碳含量對煤矸石活化及酸浸提鋁的影響

曹麗瓊，張麗宏，郭彥霞，程芳琴

(山西大學 資源與環境工程研究所 國家環境保護煤炭廢棄物資源化高效利用技術重點實驗室，山西 太原 030006)

0 引 言

煤矸石是我國排放量最大的工業固體廢棄物之一，每生產1億t原煤就會產出0.14億t左右的煤矸石[1]。目前我國累計堆放的煤矸石總積存量已達60多億t[2]，其資源化利用引起關注。近年來，我國煤矸石的資源化利用率達到60%以上[3]，但因利用方式單一，利用水平以低端消耗為主，帶來了嚴重的資源浪費和環境污染問題[4]。從化學成分上看，煤矸石是由無機物和少量有機質組成的混合物[5]，煤矸石中的無機質主要包括SiO2、Al2O3、Fe2O、CaO、MgO、Na2O、K2O、SO3、P2O等[6-7]礦物，其中SiO2和Al2O3占比高；有機質含量隨含煤量增多而增高，碳、氫是有機質的主要成分，此外，還有硫、氧、氮等存在形式[8]。我國煤矸石中Al2O3含量為15%～40%，但在高嶺土和鋁質巖為主的煤矸石中可達40%以上。從煤矸石中提取Al2O3制備鋁產品(如γ-Al2O3、剛玉、結晶氯化鋁、金屬鋁等)是其高值利用的重要途徑之一。另一方面，我國鋁資源嚴重匱乏，以煤矸石作為鋁礦資源的替代品，不僅可以緩解我國鋁資源嚴重缺口的局面，對提高煤矸石的高值利用也有重要意義[6]。

從煤矸石中提取氧化鋁主要采用酸法[9-12]和堿法[13-14]。煤矸石低鋁硅比的特點更適于采用酸法提鋁。酸法一般流程是：煤矸石經過磨碎、篩分、煅燒→酸浸條件下反應→固液分離→濾液經過蒸發結晶→焙燒生產氧化鋁[7]。煤矸石中鋁元素主要以結構穩定、反應活性低的高嶺石(Al2O3·2SiO2·2H2O)形式存在，因而煤系高嶺巖需經活化才能提取氧化鋁[15]。……