高鋁粉煤灰制備鋁鹽混凝劑工藝研究進展

吳佩佩，劉 捷，王 娜，王躍梅，吳 珍

（鄂爾多斯應用技術學院，內蒙古鄂爾多斯 017000）

粉煤灰是火力發電廠煤炭燃燒后排出的固體廢物，每天都會有大量的粉煤灰廢料被堆積。有這樣一類粉煤灰，它的鋁含量大于42%，氧化硅含量約43%，此外還含有鈣、鈦、鐵等元素，這樣的資源頗具有開發意義。如果合理利用這些物質，就能夠緩解資源浪費的同時，發展綠色循環經濟，減少資源浪費，并保護生態環境。

研究表明大量的氧化鋁存在于粉煤灰中，而且質量分數多為12%～40%，最高含量達到50%以上。其中西北地區是我國煤炭生產的主要地區，原煤產量超過全國產量的1/3以上，每年產生的粉煤灰產量超過1億t。這些粉煤灰中都含有大量氧化鋁，在40%左右，接近于中等品位鋁礬土中氧化鋁含量。我國的鋁土礦大量依靠進口，將高鋁粉煤灰作為鋁的一種重要生產資源加以利用，對我國鋁工業的可持續發展具有非常重要的戰略意義。

鋁鹽混凝劑被廣泛運用于污水處理領域，作為強化固液分離的手段，加強污水的初次沉淀、浮選處理、活性污泥法處理之后的二次沉淀。隨著快速發展的氧化鋁提取工業，供應鋁土礦的工廠卻在減少，高鋁粉末粉煤灰可作為鋁土資源的補充用于鋁鹽混凝劑的制備。粉煤灰提鋁的方法主要是酸法和堿法。

1 粉煤灰堿法制備混凝劑工藝

典型的堿法制備混凝劑工藝流程為：在燒瓶中加入粉煤灰和氫氧化鈉溶液，并加入少量的聚乙二醇或醇胺從而得到預脫硅漿液。之后在溶液中補充聚乙二醇或醇胺，沉降獲得剩余漿液以及上清液。將剩余漿液過濾得到脫硅粉煤灰和硅酸鈉溶液，再將脫硅粉煤灰與碳酸鈉和碳酸鈣混合制得干熟料，干熟料加氫氧化鈉會溶出漿液，漿液通過補充聚乙二醇或醇胺在沉淀、過濾后分為硅鈣渣以及偏鋁酸鈉溶液。這樣就分為兩個部分，一部分偏鋁酸鈉經過深度脫硅變成偏鋁酸鈉精液，經過碳分轉變成氫氧化鋁，氫氧化鋁焙燒最終得到氧化鋁。另一部分得到的硅鈣渣與氫氧化鈉溶液結合并補充聚乙二醇或醇胺就能制的硅鈣渣脫堿漿液，漿液進一步變成脫堿硅鈣渣和脫堿液。脫堿液經過除雜可以獲得氫氧化鈉溶液，相應的硅酸鈉溶液經由碳分、苛化這些步驟也可以生成氫氧化鈉溶液，從而實現廢料回收再利用。

2 粉煤灰酸法制備混凝劑工藝

粉煤灰酸法提鋁根據采用酸的種類不一樣可分為硫酸法和鹽酸法。

硫酸法利用濃硫酸高溫下的強氧化性破壞氧化鋁與氧化硅鍵的結合，使玻璃體中的氧化鋁浸出。實驗過程，為確保反應過程中硫酸的濃度，則使用的酸過量，即高的酸灰比例來保證。不僅反應后酸液和廢渣的分離提高，濾出的酸還能二次利用。酸浸后將濾液過濾獲得濾渣以及溶出液，浸出液經濃縮蒸發和結晶等工藝步驟制備得到十八水硫酸鋁。酸浸得到的廢渣經過表面處理再干燥就能制得可利用的高硅填料。硫酸浸取法的優點是酸浸出后產生的高硅渣可以制備白炭黑等硅產品，除此之外，高硅渣經過處理后還可以作為高硅填料。制備氧化鋁過程中產生的高鐵渣是可用的煉鐵原料，所以從理論上講，在此方法中粉煤灰中的鋁、硅、鐵都得到了合理有效的利用。缺點是實驗用到的濃硫酸對容器的材質有很高的要求，硫的排放量增加了環境的負擔，固硫措施增加了成本。

鹽酸浸取法：把高鋁粉煤灰與一定濃度的鹽酸混合后浸出，浸出液經過濾和析晶等過程制備得到含雜的六水合氯化鋁結晶，被煅燒得到雜質很高的γ-Al2O3中間物，再將其通過拜耳法溶出，在此流程中，六水合氯化鋁結晶煅燒后產生的氯化氫氣體可回收利用制備工業鹽酸。鹽酸浸取法中結晶氯化鋁分解溫度低，較為節能；回收氯化氫來制備鹽酸的工藝比較簡單，生產成本低；由于體系中沒有其他物質的投入，產生的浸出渣少，廢渣的處理和儲存問題較容易解決。

3 結束語

隨著化工行業的蓬勃發展和粉煤灰排放量的增加，越來越多的人研究粉煤灰，現在粉煤灰不止用于筑路、土壤改良、建筑材料的骨料等中、低技術。粉煤灰在高技術領域越來越多地被使用和研究，提取粉煤灰中的有用元素研制工程塑料玻璃鋼等填料，或用于制備處理污水所用的復合型高分子混凝劑等。