粉煤灰和鋁灰回收氧化鋁的工藝研究進展

黃初紹

云南文山鋁業有限公司 云南文山州 663000

1 粉煤灰的危害

粉煤灰的危害。粉煤灰是主要的燃煤副產物，其在中國的排放量逐年增加。2006-2015 年中國粉煤灰產量和利用量。可以看出，2006-2015 年中國粉煤灰產量為3.5 億-6.2 億t/a，每年有1.2 億-2.0 億t 粉煤灰未被利用，利用率為65%-70%，而已被利用部分的粉煤灰80%用于較低附加值的產品（如建材、鋪路等），而高附加值產品（如提取Al2O3、制取沸石分子篩等）用量較小。

2 粉煤灰、鋁灰制備氧化鋁的工藝

粉煤灰和鋁灰制備氧化鋁的工藝一般可以概括成反應、浸出、除雜、轉化四部分。反應部分是用酸、堿、堿式鹽在一定條件下將粉煤灰、鋁灰中的鋁轉化為可溶性鋁鹽。浸出部分是將可溶性鹽溶解提純。除雜部分是在一定條件下除去粉煤灰和鋁灰中的Fe、Ti、Mg、Si 等雜質。轉化部分是將提純的可溶性鹽進一步處理成氧化鋁[1]。

2.1 酸法

潛在鋁資源和一定濃度的酸反應，Al 以可溶性鋁鹽浸出，直接煅燒得氧化鋁粉末，或者用溶出液與銨鹽溶液反應，生成前驅體，然后煅燒就可得到Al2O3粉末。用粉煤灰和石灰石為原料提取鋁鐵工藝。粉煤灰與石灰石的質量比為2.5、焙燒溫度850℃、燒成時間為2h、CaF2用量為生料的1%，液固比3.5，用濃度為7mol/L鹽酸在80℃對粉煤灰溶出2.0h 時，鋁鐵溶出率高達90.5%。以鋁灰為原料，與硫酸溶液一起加熱，趁熱過濾，制得Al2（SO4）3溶液，制得的溶液加入NH4HCO3 溶液和聚乙二醇（表面活性劑）反應后，經陳化、過濾、水洗、醇洗等操作后得到碳酸鋁銨中間體，再經微波干燥煅燒得到高純度納米級α-Al2O3。得出優化工藝條件，硫酸的濃度為2mol/L、浸取時間為120min、浸取溫度為373K、反應配料比n（H2SO4）:n（Al）=1.5:1.3、顆粒粒度為80μm。在此條件下，鋁灰中鋁的浸出率為95%以上，且氧化鋁的純度達到99.12%。Mu 等以粉煤灰為原料和H2SO4（98%）混合，在一定溫度下燒結，燒結后的樣品用水溶解，過濾，結晶，煅燒得到Al2O3粉末。并對粉煤灰粒度、燒結溫度、燒結時間、硫酸與粉煤灰質量比等對氧化鋁的提取率的影響作了論述，從而得出結論，粉煤灰粒度為6.98μm、燒結溫度為260℃、燒結時間為1.5h、硫酸與粉煤灰質量比為1.2:1。并且氧化鋁的提取率大于87.64%。

酸法能夠解決鋁灰本身對環境的污染以及鋁灰堆積占用土地資源等問題，但本方法不但工藝流程較為復雜，設備成本高，而且工藝用到大量用酸等，必然是能耗大，對設備腐蝕性強。再比如任根寬報道的用粉煤灰和石灰石為原料提取鋁鐵工藝中，雖然鋁鐵溶出率高達90.5%，但因大量用石灰石和CaF2，導致煅燒過程能耗高，且對含氟化物沒有好的處理方法，會對大氣形成新的污染。

2.2 堿法

潛在鋁資源和一定物質的量的堿性物質反應，Al 以可溶性鋁鹽形式存在，用溶劑將其溶解，再將鋁鹽溶液進行結晶析出，然后煅燒得Al2O3粉末。以粉煤灰、石灰、純堿為原料，高溫燒結得到可溶性鋁鹽，用水溶液將其溶解，然后結晶，煅燒等操作制得Al2O3粉末。以鋁灰為原料，和NaOH、添加劑（NaNO3、Na2O2）在一定溫度下熔煉，得到可溶性鋁鹽，用水將其溶解、過濾（除雜），結晶，煅燒制得Al2O3粉末。采用焙燒脫氟后鋁灰用NaOH 燒結法處理，燒結后在1:5 固液比及80℃時，1h 水中進行溶出得到鋁酸鈉溶液，最后溶出液通過除雜和液固分離后并入氧化鋁水解系統生產砂狀氧化鋁。溶出渣中鋁殘余為14%，鋁的溶出率可達94.35%，高于鋁土礦生產氧化鋁工藝中鋁的溶出率。以用低濃度堿溶液（NaOH15wt%）處理過的粉煤灰（脫硅）為原料，和混合堿（NaOH 和Ca（OH）2）溶液一起反應，得到可溶性鋁鹽，用水將其溶解、過濾（除雜），結晶，煅燒制得Al2O3粉末。并對反應溫度、鈣硅比、堿灰比等對氧化鋁的萃取率的影響作了論述，從而得出結論，反應溫度為280℃、鈣硅比為1.0、堿灰比為6，氧化鋁的萃取率為92%。堿法基本都用到了煅燒過程，相對于酸法來說能耗高，且生產過程中用到強堿，依然存在腐蝕設備等問題，但是該工藝流程相對于酸法生產工藝流程較簡單，設備投資費用相對較小，具有了一定的經濟效益[2-3]。

3 結語

總而言之，鋁灰是鋁電解、鋁加工等鋁冶煉加工過程中產生的危險廢棄物，含鋁量10%-80%。生產每噸鋁平均產生15-25kg鋁灰，因此，世界上每年有數百萬噸的鋁灰產生。據不完全統計，我國每年產生的鋁灰量將達112-180 萬噸。粉煤灰是燃煤火力發電的固體廢棄物，據不完全統計到2020 年，我國粉煤灰的年總排放量將達到了30 億噸，如此多的鋁灰和粉煤灰會污染大氣、水體，占用大量土地資源。氧化鋁因其具有良好的熱穩定性、電阻高、多孔結構好、良好的催化活性，廣泛引用于熱加工、半導體、陶瓷工藝、催化工藝等多個領域。因此，有效利用鋁灰和粉煤灰制備氧化鋁，不僅減少資源浪費和環境污染，而且從鋁灰中回收鋁及其他元素，充分合理利用，對提高企業的經濟效益，保護生態環境具有重要的現實意義和實用價值。