粉煤灰提取氧化铝技术的新进展

王丽萍 李超（神华准能资源综合开发有限公司研发中心，内蒙古鄂尔多斯010300）

粉煤灰提取氧化铝技术的新进展

王丽萍 李超（神华准能资源综合开发有限公司研发中心，内蒙古鄂尔多斯010300）

利用工业固体废弃物粉煤灰提取氧化铝，对于解决粉煤灰环境污染，缓解我国铝土矿资源短缺具有重要意义。本文综述了高铝粉煤灰的特点、着重介绍了近几年粉煤灰提取氧化铝技术的最新进展，并对今后粉煤灰提取氧化铝的研究方向进行了展望。

粉煤灰；氧化铝；提取技术

粉煤灰是燃煤电厂排放的一种固体废弃物。中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，随着燃煤消耗量的增加，粉煤灰已经成为中国最大的工业固废。近来，在我国的西北地区发现了一种新的名为“高铝粉煤灰”的粉煤灰。这种粉煤灰中的氧化铝含量可以达到40～50wt%，远远高于普通粉煤灰中的含量，相当于中等级品味的铝土矿中氧化铝的含量。目前，我国每年都要从国外大量进口铝土矿，对外依存度常年超过50%。高铝粉煤灰每年的排放量大约有5000万吨，其中包含大约200～250万吨氧化铝，在我国铝土矿资源贫乏、国内氧化铝需求量不断快速增长的今天，这种粉煤灰被认为是替代铝土矿提取氧化铝的潜在原材料。

1 高铝粉煤灰的特点

根据燃煤电厂锅炉类型和燃烧方式的不同，粉煤灰可以分为两类：煤粉炉粉煤灰（PC）和循环流化床粉煤灰（CFB）。其化学成分主要包括：Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO等。不同地区粉煤灰的化学成分和物相组成差异较大，内蒙古准格尔地区不同类型粉煤灰的化学成分见表一。

由表一可以看出，内蒙古准格尔地区的两种粉煤灰中Al2O3的含均超过了40%，远远高于我国普通粉煤灰中氧化铝的平均含量。

表一 不同类型粉煤灰的化学成分（wt%）

2 高铝粉煤灰中提取氧化铝的技术研究进展

我国对粉煤灰中提取氧化铝的研究可以追溯到20世纪50年代。1980年，安徽冶金科研所和合肥水泥研究所提出用石灰石烧结法从粉煤灰中提取氧化铝，钙硅渣用作水泥原料的工艺路线。随后，又出现了碱石灰烧结法、盐-苏打烧结法、酸溶沉淀法、以及硫酸铵法等，直至2006年，我国的粉煤灰提取氧化铝技术有了较大突破，内蒙古蒙西集团的“年产40万t粉煤灰提取氧化铝项目”通过了国家发改委批准开始建厂，总投资16.8亿元。这标志着我国对粉煤灰提取氧化铝的研究从实验室研究阶段正式迈入了工业化阶段，但是没有进入商业化。为了加快粉煤灰提铝的商业化进程，各研究单位和相关企业一直在探索，一方面是在原有的工艺路线上不断加以完善；另一方面是不断探索和研究新的工艺方法。本文主要针对近年来粉煤灰提铝研究进展作一下总结。

2.1 低钙烧结法

2011年，中国地质大学与国电宁夏太阳能有限公司合作，研发出了预脱硅-低钙碱石灰烧结法（简称低钙烧结法）提取氧化铝技术。其工艺过程为：将高铝粉煤灰用NaOH碱液进行预脱硅处理，脱硅滤饼采用低钙烧结法进行配料。烧结熟料经清水浸出，Al2O3溶出率超过90%。所得铝酸钠粗液经两段脱硅、碳分、煅烧，最后得到冶金级氧化铝产品。该技术与其他碱法工艺相比，主要不同点在于石灰石消耗量和硅钙渣排放量大幅度减少，处理1t粉煤灰仅产生硅钙渣0.72t。

2.2 水热化学法

水热化学法最早是由前苏联的科学家发明的，在碱性溶液中，通过生成NaCaHSiO4,实现氧化铝和二氧化硅的分离。其工艺流程是：将粉煤灰与Ca(OH)2和NaOH按照一定的比例混合，然后在240-280℃反应。粉煤灰中的石英和莫来石会与Ca(OH)2和NaOH反应，分别生成NaCaHSiO4和NaAlO2。理论上，反应后，不含铝的NaCaHSiO4留在了固相残渣中，而Al2O3则全部以NaAlO2的形式留在溶液中，从而达到氧化铝和氧化硅分离的目的。铝酸钠溶液经过蒸发结晶，再溶解，种分，获得Al(OH)3,最后煅烧得到氧化铝。董宏等采用高压水热活化法对预先烧制得粉煤灰进行碱溶实验，通过优化溶出工艺条件，使得粉煤灰中氧化铝的溶出率达到了95%以上。

2.3 石灰蒸压-低温煅烧法

该方法是建立在石灰烧结法基础上所研究出来的一种新的工艺方法。其工艺流程是：将粉煤灰与石灰、水按照一定的比例混合，于蒸压反应釜中反应，生成水合硅铝酸钙。然后进行高温煅烧，生成硅酸二钙和七铝酸十二钙，加入碳酸钠溶液浸出，硅酸二钙不溶，七铝酸十二钙生成偏铝酸钠和碳酸钙，过滤之后，实现铝和硅的分离。最后，将滤液中的偏铝酸钠经过碳分，最终得到氧化铝。裴新意等利用石灰蒸压-低温煅烧法成功地从粉煤灰中提取出氧化铝，提取率达到了80%以上。

此外，中科院过程工程研究所提出了硫酸铵+硫酸浸取法来提取高铝粉煤灰中的氧化铝。该法将氧化铝先转化成硫酸铝铵，然后根据硫酸铝铵溶解度随温度变化规律，将铝与其他残渣分开。杨敬杰等采用该方法，通过优化焙烧过程各工艺参数，最终氧化铝提取率达到了84.7%。

3 结语

随着铝土矿储量的不断减少和市场对氧化铝需求量的不断增加，从粉煤灰中提取氧化铝已经引起了广泛的关注。不断优化现有工艺技术，开发研究新的提取方法，早日实现粉煤灰提取氧化铝的商业化，将是今后研究的重点方向之一。

[1]蒲维，梁杰，雷泽明等.粉煤灰提取氧化铝现状及工艺研究进展[J].无机盐工业，2016，48（2）：9-12.

[2]杨静，蒋周青，马鸿文等.中国铝资源与高铝粉煤灰提取氧化铝研究进展[J].地学前缘，2014,21（5）:313-324.