粉煤灰和鋁灰回收氧化鋁的工藝研究進(jìn)展

黃初紹

云南文山鋁業(yè)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(chǎn)物，其在中國(guó)的排放量逐年增加。2006-2015 年中國(guó)粉煤灰產(chǎn)量和利用量?？梢钥闯?，2006-2015 年中國(guó)粉煤灰產(chǎn)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(chǎn)品（如建材、鋪路等），而高附加值產(chǎn)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(yīng)、浸出、除雜、轉(zhuǎn)化四部分。反應(yīng)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(zhuǎn)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(zhì)。轉(zhuǎn)化部分是將提純的可溶性鹽進(jìn)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(yīng)，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(yīng)，生成前驅(qū)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(zhì)量比為2.5、焙燒溫度850℃、燒成時(shí)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(duì)粉煤灰溶出2.0h 時(shí)，鋁鐵溶出率高達(dá)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(yīng)后，經(jīng)陳化、過濾、水洗、醇洗等操作后得到碳酸鋁銨中間體，再經(jīng)微波干燥煅燒得到高純度納米級(jí)α-Al2O3。得出優(yōu)化工藝條件，硫酸的濃度為2mol/L、浸取時(shí)間為120min、浸取溫度為373K、反應(yīng)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(dá)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(jié)，燒結(jié)后的樣品用水溶解，過濾，結(jié)晶，煅燒得到Al2O3粉末。并對(duì)粉煤灰粒度、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、硫酸與粉煤灰質(zhì)量比等對(duì)氧化鋁的提取率的影響作了論述，從而得出結(jié)論，粉煤灰粒度為6.98μm、燒結(jié)溫度為260℃、燒結(jié)時(shí)間為1.5h、硫酸與粉煤灰質(zhì)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(duì)環(huán)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(fù)雜，設(shè)備成本高，而且工藝用到大量用酸等，必然是能耗大，對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)。再比如任根寬報(bào)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(dá)90.5%，但因大量用石灰石和CaF2，導(dǎo)致煅燒過程能耗高，且對(duì)含氟化物沒有好的處理方法，會(huì)對(duì)大氣形成新的污染。

2.2 堿法

潛在鋁資源和一定物質(zhì)的量的堿性物質(zhì)反應(yīng)，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(jìn)行結(jié)晶析出，然后煅燒得Al2O3粉末。以粉煤灰、石灰、純堿為原料，高溫?zé)Y(jié)得到可溶性鋁鹽，用水溶液將其溶解，然后結(jié)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(jié)晶，煅燒制得Al2O3粉末。采用焙燒脫氟后鋁灰用NaOH 燒結(jié)法處理，燒結(jié)后在1:5 固液比及80℃時(shí)，1h 水中進(jìn)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(tǒng)生產(chǎn)砂狀氧化鋁。溶出渣中鋁殘余為14%，鋁的溶出率可達(dá)94.35%，高于鋁土礦生產(chǎn)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(yīng)，得到可溶性鋁鹽，用水將其溶解、過濾（除雜），結(jié)晶，煅燒制得Al2O3粉末。并對(duì)反應(yīng)溫度、鈣硅比、堿灰比等對(duì)氧化鋁的萃取率的影響作了論述，從而得出結(jié)論，反應(yīng)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(duì)于酸法來說能耗高，且生產(chǎn)過程中用到強(qiáng)堿，依然存在腐蝕設(shè)備等問題，但是該工藝流程相對(duì)于酸法生產(chǎn)工藝流程較簡(jiǎn)單，設(shè)備投資費(fèi)用相對(duì)較小，具有了一定的經(jīng)濟(jì)效益[2-3]。

3 結(jié)語

總而言之，鋁灰是鋁電解、鋁加工等鋁冶煉加工過程中產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢棄物，含鋁量10%-80%。生產(chǎn)每噸鋁平均產(chǎn)生15-25kg鋁灰，因此，世界上每年有數(shù)百萬噸的鋁灰產(chǎn)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年產(chǎn)生的鋁灰量將達(dá)112-180 萬噸。粉煤灰是燃煤火力發(fā)電的固體廢棄物，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)到2020 年，我國(guó)粉煤灰的年總排放量將達(dá)到了30 億噸，如此多的鋁灰和粉煤灰會(huì)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(wěn)定性、電阻高、多孔結(jié)構(gòu)好、良好的催化活性，廣泛引用于熱加工、半導(dǎo)體、陶瓷工藝、催化工藝等多個(gè)領(lǐng)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(fèi)和環(huán)境污染，而且從鋁灰中回收鋁及其他元素，充分合理利用，對(duì)提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。