高鋁粉煤灰綜合利用研究進展

劉 捷，王澤黎，張佳馨，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，又叫飛灰，是一種從燃煤電廠煙囪中收集的粉塵。我國是一個以燃煤為重要能源的國家，煤炭消耗量占能源消耗總量的約60%。隨著內蒙古自治區能源示范基地定位的逐步確立，我區粉煤灰的產量在今后很多年還將有大量增長的趨勢。如得不到有用處置，將對生態環境釀成必然風險。從20世紀中期開始，美國和日本等國接踵對粉煤灰的理化性質及應用開展研究，目前已經明確可將粉煤灰作為一種重要的二次資源進行研究利用。

粉煤灰的主要成分為SiO2和Al2O3，占粉煤灰總含量的60%以上。另外根據產地的不同還含有少量Fe2O3、CaO、MgO、未燃盡的碳及其他一些金屬氧化物。高鋁粉煤灰是內蒙古中西方地域挖掘的一種粉煤灰新范例，此中Al2O3含量可以高達40%以上，相當于我國中低品位鋁土礦中Al2O3的含量。我國Al2O3目前主要從鋁土礦中生產，經過近幾年的快速發展，鋁土礦呈現供不應求狀態，嚴重依賴進口。因而，正視和加大粉煤灰的高效綠色綜合利用，特別是鋁資本的利用，是我國節省資本、發展輪回經濟、保護環境的必經之路。傳統上，粉煤灰的利用項目包括五大類，即填筑材料、制備水泥、陶粒、粉煤灰磚等建筑材料，提取空心微珠等有價物質，農業應用和環境保護領域等。對于高鋁粉煤灰，除了傳統利用項目外，其還應用于合成沸石分子篩、制備莫來石和堇青石、制備鋁鹽混凝劑、提取納米Al2O3等方面。

1 用于制備沸石

沸石是一種含鋁珪的人造合成礦物，分子中有很高含量的結晶水。分子篩被加熱時，結晶水被脫去而形成具有特定尺寸結構的孔洞，具有一定的吸附性可作為催化劑載體。國內外許多學者從合成條件和合成路線上進行研究開發，開展了粉末和煤灰配制分子篩的研究，目前已制備出了NaA、NaX、F型等多種分子篩。

2 制備莫來石

莫來石是鋁硅酸鹽礦體，屬于斜方晶系，其性質穩定，廣泛應用于耐火材料領域。由于天然莫來石比較少，工業上主要用燒結法人工合成，其原料包括高嶺石等。高鋁粉煤灰含有大量莫來石礦相，因此也被用來合成莫來石。姜曉謙等以高鋁粉煤灰為原料，與硫酸鋁銨和磷酸二氫鈉夾雜后焙燒，獲得長徑比為17～30的莫來石晶須。由于高鋁粉煤灰的氧化鋁含量高，其可用于高牌號的（M60，M70）莫來石的合成。相比普通粉煤灰制備莫來石，使用高鋁粉煤灰可顯著降低氧化鉛加入量，因此能夠節約礬土和高嶺石等資源，而且有助于減少因礦物開采導致的環境破壞。

3 合成堇青石

堇青石的化學構成為2MgO·2Al2O3·5SiO2，具備杰出的抗熱震性，其熱膨脹系數和介電常數都很低。堇青石在耐火材料、催化劑載體、汽車尾氣處置和熱交換器等方面都有普遍的利用。因為堇青石的自然礦物很少，產業上首要采取人工合成的方式制備。現在堇青石合成的首要方式是燒結法，合成原料首要來自高嶺石。采用高鋁粉煤灰合成堇青石，可降低高嶺石原料成本，増加了利潤空間。

4 制備納米Al2O3

納米Al2O3孔隙率高、耐熱性強，成型性好，它具備較強的表面酸性和比表面堿性，廣泛應用于催化和催化載體等新型綠色化學材料。李智偉等采用鹽析及重結晶聯合法對粉煤灰浸取的鋁鹽進行除雜，并用分散劑輔助沉淀制備球形單分散納米α-Al2O3，制備出了純度達99.99%，粒徑為200nm，且分散性高、球形圓度好、粒徑分布窄的α-Al2O3。

5 制備鋁鹽混凝劑

粉煤灰利用過程當中的一個主要瓶頸問題是除雜。鋁鹽混凝劑是以鋁為主要成分，可與許多其他元素復合形成多種多樣的混凝劑品種，如聚硅硫酸鋁、聚合氯化鋁鐵等。與粉煤灰其他利用方法不同的是，粉煤灰中的硅、鐵、鈦等都能作為混凝有效成分被利用。粉煤灰制備鋁鹽混凝劑方式主要有酸法和堿法。堿法最常用的方法是石灰石燒結法以及堿石灰燒結法。酸法的研究有硫酸法、鹽酸法等。酸浸法比堿燒結法更靈活，二次殘渣少，容易實現粉煤灰中硅、鋁、鐵的完全分離。

6 結束語

概括起來，粉煤灰的利用方式可歸結為兩大類：一是利用粉煤灰的火山灰特性，用于建筑、建材、農業領域和基礎工程等，這類用途能消耗大量粉煤灰，但粉煤灰中大量高價值的氧化鋁資源沒有充分利用。另一類是將高鋁粉煤灰作為一種再生資源，經由處置，制備高值產物，充分發揮高鋁粉煤灰中有價金屬的價值。