盐酸法高铝粉煤灰制取氧化铝工艺技术

郭秋红

摘 要： 科技的进步，促进人们对能源需求的增多。我国铝土矿资源十分匮乏，铝土矿储量仅占全球总储量的2.96%，但是加工产能却高达全球总产能的53%，供需严重失衡。因此我国铝土矿资源的对外依存度极高，约60%的铝土矿需由国外进口。同时随着铝消费能力的逐年提升，我国铝土矿进口量也呈现出极强的增长趋势，因此尋找铝土矿替代资源并开发低铝硅比铝土矿经济利用技术刻不容缓。本文就盐酸法高铝粉煤灰制取氧化铝工艺技术展开探讨。

关键词： 高铝粉煤灰;盐酸一步酸溶法;工艺技术

【中图分类号】TQ133.1 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.163

引言：高铝粉煤灰中氧化铝的含量高，但铝硅比低（<2），利用现有成熟的碱法工艺生产氧化铝成本较高，固废多。目前我国粉煤灰处理方式以填埋为主，这对准格尔矿区的“高铝、富镓、富锂”粉煤灰来说，意味着铝、镓、锂等煤炭伴生资源被一同丢弃，造成资源的极大浪费。针对这一现状，大量科研人员进行了深入的研究。根据氧化铝为两性化合物的特点，目前从高铝粉煤灰中制取氧化铝的生产工艺主要分为三类，即“酸法”、“碱法”和“酸碱联合法”。

1 粉煤灰提取氧化铝的主要工艺

目前，高铝粉煤灰提取氧化铝的工艺路线主要有4种;一是石灰石烧结法，其主要的研究或产业化实践单位有波兰克拉科夫矿冶学院、内蒙古蒙西高新技术集团等;二是预脱硅-碱石灰烧结法，其主要的研究或产业化实践单位有大唐国际、中煤集团平朔煤炭工业公司、东北大学等;三是盐酸法，其主要的跟进研究单位有美国橡树岭实验室、神华集团、吉林大学等;四是硫酸铵法，其主要的跟进研究单位有东北大学、华电集团、沈阳铝镁设计研究院有限公司、沈阳工业大学等。

2 直接消耗成本对比分析

主要的四种工艺技术路线中，由于石灰石烧结法比其它三种方法消耗成本明显高出很多，因此在同等条件下，表1对预脱硅-碱石灰烧结法、盐酸法、硫酸铵法三种主要工艺路线做直接消耗成本的对比分析。但有必要说明，由于预脱硅碱石灰烧结法20万吨规模的产业化项目已经实现长周期稳定运行，而其他2种方法仅仅完成了中试或实验室研究，产业化项目还未开工，故大唐预脱硅碱石灰烧结法所有数据为投产后数据，其他2种方法的变动成本即原材料和燃料动力数据采用其实验室、中试或者规划项目数据。所以，严格意义上说，其他2种工艺与大唐预脱硅碱石灰烧结法并不具有可比性;此外高铝粉煤灰的成本只计算10元/吨的运输成本。

3 适合循环流化床高铝粉煤灰的“盐酸一步酸溶法”制取氧化铝工艺

在“盐酸法”制取粉煤灰工艺的研究过程中，神华准能开发有限公司与吉林大学联合开发的“盐酸一步酸溶法”高铝粉煤灰提取氧化铝工艺技术很具有代表意义。该方法在提取氧化铝的同时，还可以同时生产硅、镓、铁等一系列副产品，且该工艺已经过连续性的工业化中试试验研究。对于大规模高铝粉煤灰提取氧化铝的生产具有较强的指导意义和实践意义。该工艺采用循环流化床高铝粉煤灰。主要工艺流程为由罐车送至配料车间储灰罐，经皮带秤或螺旋计量送至配料槽，与来自储酸罐的盐酸、蒸发车间的冷凝水（初次启动时使用工业水）按一定比例配料，合格的成品料浆送至溶出工序进行溶出反应;在溶出反应罐高温蒸汽的加热（150℃-160℃）作用下，粉煤灰中的氧化铝、氧化铁等与盐酸反应，溶出料浆经闪蒸降温后，与来自沉降系统的一次洗液稀释，稀释料浆送至沉降分离工序;稀释料浆进入分离沉降槽进行固液分离后，其底流进入六次分离洗涤系统，六洗底流的一部分由立盘进行过滤分离，滤液由滤液池返回五洗洗涤槽;立盘滤饼加入石灰进行中和处理，经过板框过滤后外排。其余底流分别送至对应的板框压滤机处理，滤液返回五洗洗涤槽，此部分滤饼用于进行白泥综合实验。分离溢流通过一级深床过滤过滤浮游物，过滤后的粗液经离心泵送至新型氧化系统进行氧化，将氯化铝溶液中的Fe2+全部反应成Fe3+;当氧化系统出现故障时，则使用备用方案，即分离溢流通过一级深床过滤后，在粗精液槽直接加入固体氧化剂，使粗精液中的Fe2+全部反应成Fe3+;氧化后的氯化铝溶液进入除铁系统制得除铁精制液。除铁洗脱液进入镓回收系统提镓，提镓废液进入提镓洗脱液临时处理系统处理，经喷雾干燥后固体包装堆存，回收液体进入水处理系统处理。除铁精制液通过除钙系统去除钙杂质制得除钙精制液，一部分除钙精制液送至二级精滤系统进行过滤处理后再送至蒸发工序;一部分直接输送至蒸发工序。除钙洗脱液进入除钙废水处理系统，经蒸发浓缩后，加浓硫酸进行反应，反应后的料浆经板框过滤后滤饼和白泥一起外排，液体回用至酸回收车间的酸回收系统。除钙精制液经三效顺流蒸发系统蒸发浓缩生成含有一定固含的氯化铝料浆，经离心机分离后固体结晶氯化铝送至焙烧工序;蒸发产生的冷凝水送至配料工序、沉降工序、酸吸收工序回用，部分冷凝水送入水处理工序，经中和、沉降、超滤及反渗透处理后，高盐水送至露天矿抑尘，合格的回用水作为循环水补水返回至循环水系统。结晶氯化铝经皮带送至回转窑，在高温作用下，结晶氯化铝分解成氧化铝、氯化氢气体和水蒸气，氧化铝经冷却机冷却降温后包装储存。氯化氢气体和水蒸气随煅烧烟气送至酸回收车间，经洗涤塔洗涤降温吸收，再经三级酸吸收塔吸收，生成一定浓度的盐酸，送至盐酸储罐作为配料盐酸循环使用，尾气经碱洗塔中和处理后达标外排。

4 废水处理技术

本工艺技术中的废水处理要充分考虑水的回收利用以及资源化利用，以减轻对环境的污染和降低生产成本，确保利用该技术生产的氧化铝具有市场竞争力，从而使粉煤灰酸法提取氧化铝工业化技术全面推广。根据废水成分特点，可以把废水分为二类，第一类是借鉴现有水处理中的一些技术可以实现中水回用、盐外排的废水，包含蒸发二次汽冷凝水、碱洗塔排水、循环水废水。第二类是含盐量特别高，富含有价元素，具有较高经济价值，可以制造工业产品的废水，包含除铁洗脱液、除钙洗脱液、蒸垢液。对二类水的处理及利用需要采取不同的处理技术，才能达到预期目标。

结语：“盐酸法”高铝粉煤灰制取氧化铝工艺具有工艺流程短、能耗低、固废减量化、酸循环利用综合利用率高、生产成本低、适用于高铝粉煤灰和低品位铝土矿等优点。

参考文献

[1] 高铝粉煤灰提取氧化铝技术实现产业化[J].中国有色建设.2018（01）.

[2] 黎娜.高铝粉煤灰提取氧化铝工艺的经济比较[J].产业与科技论坛.2019（24）.

[3] 周秋生.高铝粉煤灰在碱溶过程中的结构演变及行为[J].矿冶工程.2018（05）.