粉煤灰酸法提取氧化鋁的工藝研究進(jìn)展

王雷鐘

摘 要：現(xiàn)如今，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)日新月異的飛速發(fā)展，對(duì)氧化鋁的需求量與日俱增，相反，燃煤電廠排放的大量固體廢棄物--粉煤灰，不但會(huì)占用大面積的土地，同時(shí)也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境形成嚴(yán)重的影響。將粉煤灰中的氧化鋁提取出來，既能夠降低其對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也能夠使我國(guó)鋁土資源緊缺的問題得以良好解決。為此，文章對(duì)粉煤灰酸法提取氧化鋁工藝進(jìn)行了詳細(xì)探討，旨在可以實(shí)現(xiàn)資源的合理化利用，降低生態(tài)環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞：粉煤灰;酸法提取;氧化鋁;工藝研究;進(jìn)展

粉煤灰是火電廠燃煤工業(yè)的副產(chǎn)品，是我國(guó)固體廢物污染的關(guān)鍵性來源。粉煤灰富含氧化鋁，是鋁土礦的一個(gè)潛在替代品?；痣姀S粉煤灰中富含大量的氧化鋁，用于氧化鋁的生產(chǎn)，不但可使氧化鋁資源短缺的問題得以解決，同時(shí)也能夠使電廠粉煤灰資源被充分利用，現(xiàn)實(shí)意義十分巨大。與此同時(shí)，采用酸法從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁，既能實(shí)現(xiàn)高附加值的廢物回收利用，而且也能有效防止粉煤灰堆放對(duì)環(huán)境形成的污染。

1 粉煤灰提取氧化鋁的意義

現(xiàn)如今，在燃煤電廠飛速發(fā)展的背景下，使得粉煤灰的排放量和堆積量日益增多，粉煤灰的排放與堆積既會(huì)占用很多土地面積，又會(huì)嚴(yán)重的污染到空氣、水以及土壤，最終會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)與環(huán)境。但我國(guó)粉煤灰沒有較高的綜合利用率，我國(guó)多年來始終在研究著粉煤灰綜合利用。當(dāng)前，建筑、建工等很多領(lǐng)域中都廣泛的應(yīng)用著粉煤灰，然而從整體上看，它屬于一種技術(shù)含量低、附加值低的一種粗放式利用，然而，隨著我國(guó)鋁資源需求持續(xù)增加，使得鋁土礦消耗也日漸上漲，導(dǎo)致資源矛盾越發(fā)顯著。我國(guó)很多地區(qū)，如寧夏石嘴山、山西北部、內(nèi)蒙古中西部，火力發(fā)電廠所產(chǎn)的粉煤灰中，氧化鋁約達(dá)40%-50%的含量。因此，為了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、戰(zhàn)略和環(huán)境的需要，發(fā)展粉煤灰中氧化鋁的提取技術(shù)具有非凡的現(xiàn)實(shí)意義。

2 粉煤灰酸法提取氧化鋁工藝

2.1 鹽酸溶解+鹽析結(jié)晶除雜法

用鹽酸處理粉煤灰和提取氧化鋁的過程已經(jīng)持續(xù)了幾十年。20世紀(jì)中期，美國(guó)礦務(wù)局在研究用鹽酸浸出含鋁礦物后，并用鹽析結(jié)晶將雜質(zhì)去除，進(jìn)而得到冶金級(jí)的氧化鋁。此工藝主要是用鹽酸將浸出的礦物同其他雜質(zhì)進(jìn)行固液分離，然后將鹽酸氣體注入含氯化鋁原料液的雜質(zhì)中。此方法通過氯化鋁等雜質(zhì)的不同溶解性，在鹽酸濃度增加的同時(shí)，將鋁同其他雜質(zhì)分離開，采用兩步煅燒法對(duì)結(jié)晶氯化鋁進(jìn)行制備，氯化氫氣體通過冷卻吸收，可以循環(huán)利用。伯明翰大學(xué)報(bào)道了使用HCl氣體注射法從氯化物溶液和氯化物/氟化物溶液中結(jié)晶六水氯化鋁以實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)去除。

2.2 細(xì)磨焙燒活化浸出法

粉煤灰是鍋爐經(jīng)高溫燃燒、熔融和快速制冷后產(chǎn)生的廢棄物，大多數(shù)均呈現(xiàn)了玻璃狀態(tài)，其中的非活性體為Al2O3，所以想要使溶出率達(dá)到最高狀態(tài)，就需要將Al2O3的活性進(jìn)行提升。為了解決鋁浸出率低的問題，一些學(xué)者為了提高鋁的浸出率，對(duì)粉煤灰中鋁在酸浸前的活化進(jìn)行了一定的研究。

例如，李來石等提出了采用細(xì)磨和焙燒活化技術(shù)，研磨粉煤灰到相應(yīng)的尺寸，從而增加粉煤灰比表面積，即增加與酸反應(yīng)的接觸面積。然后將磨好的粉煤灰在一定溫度下焙燒，消除了快速冷卻過程中粉煤灰的淬火亞穩(wěn)態(tài)和表面吸水現(xiàn)象。最終實(shí)現(xiàn)Al2O3活性的提升。然后在常溫下用濃硫酸浸出，可使粉煤灰中氧化鋁的浸出率超出85%。此工藝的主要優(yōu)勢(shì)就是在265～290℃時(shí)濃硫酸不會(huì)分解，因此，它可以打破氧化鋁玻璃，無需添加氟化物添加劑，缺點(diǎn)：液體中有大比例的固體含量，硫酸循環(huán)過大，副反應(yīng)多，使工藝變得更加復(fù)雜。

2.3 一步酸溶法

“一步酸溶法”是神華集團(tuán)為緩解我國(guó)鋁土礦資源緊缺局面，歷時(shí)九年，自主研發(fā)的一種用鹽酸直接溶出高鋁粉煤灰等含鋁資源生產(chǎn)氧化鋁的工藝技術(shù)，并在世界上首次應(yīng)用該工藝技術(shù)建成了4000t/a氧化鋁工業(yè)化中試裝置。生產(chǎn)的氧化鋁產(chǎn)品化學(xué)成分符合國(guó)標(biāo)冶金級(jí)氧化鋁一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)，具備了工業(yè)化條件。

“一步酸溶法”工藝主要是將粉煤灰與鹽酸混合，通過一工序，如溶出、分離洗滌、過濾除雜、蒸發(fā)結(jié)晶、高溫煅燒等，制得冶金級(jí)一級(jí)氧化鋁，鹽酸回收后會(huì)返回到氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)中。此工藝流程較短，不會(huì)太過消耗原料，有較低的氧化鋁生產(chǎn)成本，硅渣為產(chǎn)生的主要固廢，因?yàn)樗峤^程中氧化鋁的表面活化，使得活性十分良好，所以，成為了良好的白碳黑、橡、塑填料的原料，其生產(chǎn)中形成的廢水，因其中富含了金屬離子與酸，通過簡(jiǎn)單處理一部分返回流程，其余部分通過對(duì)金屬離子的應(yīng)用，制成了附加值高的產(chǎn)品，進(jìn)而使氧化鋁生產(chǎn)成本以及環(huán)保治理費(fèi)用得以有效降低，而HCL氣體為具體生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣，通過酸霧吸收塔的吸收之后向氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)返回，余下的尾氣通過一級(jí)堿吸收之后，符合標(biāo)準(zhǔn)向外進(jìn)行排放，在這一生產(chǎn)過程中達(dá)到了零排放目標(biāo)，有很高的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保價(jià)值。

2.4 一步酸溶法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程

當(dāng)前階段，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市神華準(zhǔn)格爾礦區(qū)高鋁粉煤灰綜合利用工業(yè)示范生產(chǎn)線在順利的運(yùn)轉(zhuǎn)，正朝著一年“消耗30萬t粉煤灰，生產(chǎn)12.5萬t氧化鋁”的目標(biāo)發(fā)展。本項(xiàng)目以“一步酸溶法”核心技術(shù)為基礎(chǔ)，正式達(dá)產(chǎn)時(shí)，中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)和中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行這樣的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)：全世界首創(chuàng)，上升到國(guó)際領(lǐng)先水平。

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)：內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田中，已探明煤炭?jī)?chǔ)量267億t，經(jīng)過全部燃燒，會(huì)產(chǎn)生粉煤灰70億t，每噸粉煤灰中含有氧化鋁約0.5t、85克鎵、20克鈧、290克鋰，這部分稀有元素的價(jià)值會(huì)高出煤炭很多倍。

這已不再是簡(jiǎn)單的煤炭開發(fā)，而是以技術(shù)創(chuàng)新為支撐的能源資源的綠色開發(fā)和循環(huán)利用，從而擁有了努力的方向和目標(biāo)，例如粉煤灰協(xié)同提取有價(jià)值的元素，始終為世界性的一個(gè)重大難題。

相比于傳統(tǒng)堿法，一步酸溶法具有還原性好、工藝流程短、工藝條件寬、酸回收利用率高、鋁硅比不受限制、綜合利用率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在提取高純度氧化鋁的同時(shí)，能夠綜合高效的利用資源，可以說，切實(shí)發(fā)揮了徹底吃干榨凈粉煤灰的作用。

以該核心技術(shù)為支撐，建立了粉煤灰、鋁、鎵、鋰、鈧等產(chǎn)品含煤伴生資源的產(chǎn)業(yè)綜合利用新模式。將神華準(zhǔn)格爾礦區(qū)高鋁粉煤灰綜合利用產(chǎn)業(yè)化示范生產(chǎn)線作為例子，實(shí)現(xiàn)高鋁粉煤灰有價(jià)值元素的產(chǎn)業(yè)化利用，從而使得鋁土礦資源短缺、對(duì)外依存度高的戰(zhàn)略安全問題得以成功、有效解決。

新技術(shù)不僅解決了粉塵污染問題，而且為高鋁煤、低品位鋁土礦等資源的高價(jià)值利用提供了新渠道。總之，它實(shí)現(xiàn)了以煤炭開采為代價(jià)換取更多地區(qū)的環(huán)境保護(hù)，為鋁土礦礦區(qū)實(shí)現(xiàn)綠水青山環(huán)境保護(hù)奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

總體而言，現(xiàn)如今，我國(guó)鋁土礦資源持續(xù)減少，因此，對(duì)非鋁土礦提取氧化鋁工藝進(jìn)行發(fā)展具有重要的作用。通過“一步酸溶法”將高鋁粉煤灰中的氧化鋁進(jìn)行提取，既能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)廢棄物高附加值的回收和利用，并且也能夠降低因堆放粉煤灰而導(dǎo)致的環(huán)境污染。因此，在今后研究粉煤灰提取氧化鋁時(shí)，需要重視起對(duì)新技術(shù)的開發(fā)和利用，并將側(cè)重點(diǎn)放在對(duì)粉煤灰高附加值成分系統(tǒng)回收上，從而形成一套立體型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈條。在對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)提升、降低生產(chǎn)成本的同時(shí)也能夠增加企業(yè)利潤(rùn)，在對(duì)資源進(jìn)行充分利用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)低污染--低排放向零污染--零排放的轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境雙贏局面，為我國(guó)國(guó)家繁榮、社會(huì)穩(wěn)定以及人們生活質(zhì)量的提升助力。

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