粉煤灰和铝灰回收氧化铝的工艺研究进展

黄初绍

云南文山铝业有限公司 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产物，其在中国的排放量逐年增加。2006-2015 年中国粉煤灰产量和利用量。可以看出，2006-2015 年中国粉煤灰产量为3.5 亿-6.2 亿t/a，每年有1.2 亿-2.0 亿t 粉煤灰未被利用，利用率为65%-70%，而已被利用部分的粉煤灰80%用于较低附加值的产品（如建材、铺路等），而高附加值产品（如提取Al2O3、制取沸石分子筛等）用量较小。

2 粉煤灰、铝灰制备氧化铝的工艺

粉煤灰和铝灰制备氧化铝的工艺一般可以概括成反应、浸出、除杂、转化四部分。反应部分是用酸、碱、碱式盐在一定条件下将粉煤灰、铝灰中的铝转化为可溶性铝盐。浸出部分是将可溶性盐溶解提纯。除杂部分是在一定条件下除去粉煤灰和铝灰中的Fe、Ti、Mg、Si 等杂质。转化部分是将提纯的可溶性盐进一步处理成氧化铝[1]。

2.1 酸法

潜在铝资源和一定浓度的酸反应，Al 以可溶性铝盐浸出，直接煅烧得氧化铝粉末，或者用溶出液与铵盐溶液反应，生成前驱体，然后煅烧就可得到Al2O3粉末。用粉煤灰和石灰石为原料提取铝铁工艺。粉煤灰与石灰石的质量比为2.5、焙烧温度850℃、烧成时间为2h、CaF2用量为生料的1%，液固比3.5，用浓度为7mol/L盐酸在80℃对粉煤灰溶出2.0h 时，铝铁溶出率高达90.5%。以铝灰为原料，与硫酸溶液一起加热，趁热过滤，制得Al2（SO4）3溶液，制得的溶液加入NH4HCO3 溶液和聚乙二醇（表面活性剂）反应后，经陈化、过滤、水洗、醇洗等操作后得到碳酸铝铵中间体，再经微波干燥煅烧得到高纯度纳米级α-Al2O3。得出优化工艺条件，硫酸的浓度为2mol/L、浸取时间为120min、浸取温度为373K、反应配料比n（H2SO4）:n（Al）=1.5:1.3、颗粒粒度为80μm。在此条件下，铝灰中铝的浸出率为95%以上，且氧化铝的纯度达到99.12%。Mu 等以粉煤灰为原料和H2SO4（98%）混合，在一定温度下烧结，烧结后的样品用水溶解，过滤，结晶，煅烧得到Al2O3粉末。并对粉煤灰粒度、烧结温度、烧结时间、硫酸与粉煤灰质量比等对氧化铝的提取率的影响作了论述，从而得出结论，粉煤灰粒度为6.98μm、烧结温度为260℃、烧结时间为1.5h、硫酸与粉煤灰质量比为1.2:1。并且氧化铝的提取率大于87.64%。

酸法能够解决铝灰本身对环境的污染以及铝灰堆积占用土地资源等问题，但本方法不但工艺流程较为复杂，设备成本高，而且工艺用到大量用酸等，必然是能耗大，对设备腐蚀性强。再比如任根宽报道的用粉煤灰和石灰石为原料提取铝铁工艺中，虽然铝铁溶出率高达90.5%，但因大量用石灰石和CaF2，导致煅烧过程能耗高，且对含氟化物没有好的处理方法，会对大气形成新的污染。

2.2 碱法

潜在铝资源和一定物质的量的碱性物质反应，Al 以可溶性铝盐形式存在，用溶剂将其溶解，再将铝盐溶液进行结晶析出，然后煅烧得Al2O3粉末。以粉煤灰、石灰、纯碱为原料，高温烧结得到可溶性铝盐，用水溶液将其溶解，然后结晶，煅烧等操作制得Al2O3粉末。以铝灰为原料，和NaOH、添加剂（NaNO3、Na2O2）在一定温度下熔炼，得到可溶性铝盐，用水将其溶解、过滤（除杂），结晶，煅烧制得Al2O3粉末。采用焙烧脱氟后铝灰用NaOH 烧结法处理，烧结后在1:5 固液比及80℃时，1h 水中进行溶出得到铝酸钠溶液，最后溶出液通过除杂和液固分离后并入氧化铝水解系统生产砂状氧化铝。溶出渣中铝残余为14%，铝的溶出率可达94.35%，高于铝土矿生产氧化铝工艺中铝的溶出率。以用低浓度碱溶液（NaOH15wt%）处理过的粉煤灰（脱硅）为原料，和混合碱（NaOH 和Ca（OH）2）溶液一起反应，得到可溶性铝盐，用水将其溶解、过滤（除杂），结晶，煅烧制得Al2O3粉末。并对反应温度、钙硅比、碱灰比等对氧化铝的萃取率的影响作了论述，从而得出结论，反应温度为280℃、钙硅比为1.0、碱灰比为6，氧化铝的萃取率为92%。碱法基本都用到了煅烧过程，相对于酸法来说能耗高，且生产过程中用到强碱，依然存在腐蚀设备等问题，但是该工艺流程相对于酸法生产工艺流程较简单，设备投资费用相对较小，具有了一定的经济效益[2-3]。

3 结语

总而言之，铝灰是铝电解、铝加工等铝冶炼加工过程中产生的危险废弃物，含铝量10%-80%。生产每吨铝平均产生15-25kg铝灰，因此，世界上每年有数百万吨的铝灰产生。据不完全统计，我国每年产生的铝灰量将达112-180 万吨。粉煤灰是燃煤火力发电的固体废弃物，据不完全统计到2020 年，我国粉煤灰的年总排放量将达到了30 亿吨，如此多的铝灰和粉煤灰会污染大气、水体，占用大量土地资源。氧化铝因其具有良好的热稳定性、电阻高、多孔结构好、良好的催化活性，广泛引用于热加工、半导体、陶瓷工艺、催化工艺等多个领域。因此，有效利用铝灰和粉煤灰制备氧化铝，不仅减少资源浪费和环境污染，而且从铝灰中回收铝及其他元素，充分合理利用，对提高企业的经济效益，保护生态环境具有重要的现实意义和实用价值。