粉煤灰酸法提取氧化铝的工艺研究进展

王雷钟

摘 要：现如今，我国社会经济日新月异的飞速发展，对氧化铝的需求量与日俱增，相反，燃煤电厂排放的大量固体废弃物--粉煤灰，不但会占用大面积的土地，同时也会对生态环境形成严重的影响。将粉煤灰中的氧化铝提取出来，既能够降低其对环境的污染，同时也能够使我国铝土资源紧缺的问题得以良好解决。为此，文章对粉煤灰酸法提取氧化铝工艺进行了详细探讨，旨在可以实现资源的合理化利用，降低生态环境污染。

关键词：粉煤灰;酸法提取;氧化铝;工艺研究;进展

粉煤灰是火电厂燃煤工业的副产品，是我国固体废物污染的关键性来源。粉煤灰富含氧化铝，是铝土矿的一个潜在替代品。火电厂粉煤灰中富含大量的氧化铝，用于氧化铝的生产，不但可使氧化铝资源短缺的问题得以解决，同时也能够使电厂粉煤灰资源被充分利用，现实意义十分巨大。与此同时，采用酸法从高铝粉煤灰中提取氧化铝，既能实现高附加值的废物回收利用，而且也能有效防止粉煤灰堆放对环境形成的污染。

1 粉煤灰提取氧化铝的意义

现如今，在燃煤电厂飞速发展的背景下，使得粉煤灰的排放量和堆积量日益增多，粉煤灰的排放与堆积既会占用很多土地面积，又会严重的污染到空气、水以及土壤，最终会严重破坏生态与环境。但我国粉煤灰没有较高的综合利用率，我国多年来始终在研究着粉煤灰综合利用。当前，建筑、建工等很多领域中都广泛的应用着粉煤灰，然而从整体上看，它属于一种技术含量低、附加值低的一种粗放式利用，然而，随着我国铝资源需求持续增加，使得铝土矿消耗也日渐上涨，导致资源矛盾越发显著。我国很多地区，如宁夏石嘴山、山西北部、内蒙古中西部，火力发电厂所产的粉煤灰中，氧化铝约达40%-50%的含量。因此，为了适应国民经济、社会、战略和环境的需要，发展粉煤灰中氧化铝的提取技术具有非凡的现实意义。

2 粉煤灰酸法提取氧化铝工艺

2.1 盐酸溶解+盐析结晶除杂法

用盐酸处理粉煤灰和提取氧化铝的过程已经持续了几十年。20世纪中期，美国矿务局在研究用盐酸浸出含铝矿物后，并用盐析结晶将杂质去除，进而得到冶金级的氧化铝。此工艺主要是用盐酸将浸出的矿物同其他杂质进行固液分离，然后将盐酸气体注入含氯化铝原料液的杂质中。此方法通过氯化铝等杂质的不同溶解性，在盐酸浓度增加的同时，将铝同其他杂质分离开，采用两步煅烧法对结晶氯化铝进行制备，氯化氢气体通过冷却吸收，可以循环利用。伯明翰大学报道了使用HCl气体注射法从氯化物溶液和氯化物/氟化物溶液中结晶六水氯化铝以实现杂质去除。

2.2 细磨焙烧活化浸出法

粉煤灰是锅炉经高温燃烧、熔融和快速制冷后产生的废弃物，大多数均呈现了玻璃状态，其中的非活性体为Al2O3，所以想要使溶出率达到最高状态，就需要将Al2O3的活性进行提升。为了解决铝浸出率低的问题，一些学者为了提高铝的浸出率，对粉煤灰中铝在酸浸前的活化进行了一定的研究。

例如，李来石等提出了采用细磨和焙烧活化技术，研磨粉煤灰到相应的尺寸，从而增加粉煤灰比表面积，即增加与酸反应的接触面积。然后将磨好的粉煤灰在一定温度下焙烧，消除了快速冷却过程中粉煤灰的淬火亚稳态和表面吸水现象。最终实现Al2O3活性的提升。然后在常温下用浓硫酸浸出，可使粉煤灰中氧化铝的浸出率超出85%。此工艺的主要优势就是在265～290℃时浓硫酸不会分解，因此，它可以打破氧化铝玻璃，无需添加氟化物添加剂，缺点：液体中有大比例的固体含量，硫酸循环过大，副反应多，使工艺变得更加复杂。

2.3 一步酸溶法

“一步酸溶法”是神华集团为缓解我国铝土矿资源紧缺局面，历时九年，自主研发的一种用盐酸直接溶出高铝粉煤灰等含铝资源生产氧化铝的工艺技术，并在世界上首次应用该工艺技术建成了4000t/a氧化铝工业化中试装置。生产的氧化铝产品化学成分符合国标冶金级氧化铝一级品标准，具备了工业化条件。

“一步酸溶法”工艺主要是将粉煤灰与盐酸混合，通过一工序，如溶出、分离洗涤、过滤除杂、蒸发结晶、高温煅烧等，制得冶金级一级氧化铝，盐酸回收后会返回到氧化铝生产系统中。此工艺流程较短，不会太过消耗原料，有较低的氧化铝生产成本，硅渣为产生的主要固废，因为酸浸过程中氧化铝的表面活化，使得活性十分良好，所以，成为了良好的白碳黑、橡、塑填料的原料，其生产中形成的废水，因其中富含了金属离子与酸，通过简单处理一部分返回流程，其余部分通过对金属离子的应用，制成了附加值高的产品，进而使氧化铝生产成本以及环保治理费用得以有效降低，而HCL气体为具体生产中产生的废气，通过酸雾吸收塔的吸收之后向氧化铝生产系统返回，余下的尾气通过一级碱吸收之后，符合标准向外进行排放，在这一生产过程中达到了零排放目标，有很高的经济与环保价值。

2.4 一步酸溶法生产氧化铝工艺流程

当前阶段，内蒙古鄂尔多斯市神华准格尔矿区高铝粉煤灰综合利用工业示范生产线在顺利的运转，正朝着一年“消耗30万t粉煤灰，生产12.5万t氧化铝”的目标发展。本项目以“一步酸溶法”核心技术为基础，正式达产时，中国有色金属工业协会和中国煤炭工业协会对技术创新进行这样的认识和评价：全世界首创，上升到国际领先水平。

据相关资料统计：内蒙古准格尔煤田中，已探明煤炭储量267亿t，经过全部燃烧，会产生粉煤灰70亿t，每吨粉煤灰中含有氧化铝约0.5t、85克镓、20克钪、290克锂，这部分稀有元素的价值会高出煤炭很多倍。

这已不再是简单的煤炭开发，而是以技术创新为支撑的能源资源的绿色开发和循环利用，从而拥有了努力的方向和目标，例如粉煤灰协同提取有价值的元素，始终为世界性的一个重大难题。

相比于传统碱法，一步酸溶法具有还原性好、工艺流程短、工艺条件宽、酸回收利用率高、铝硅比不受限制、综合利用率高、成本低等优点。在提取高纯度氧化铝的同时，能够综合高效的利用资源，可以说，切实发挥了彻底吃干榨净粉煤灰的作用。

以该核心技术为支撑，建立了粉煤灰、铝、镓、锂、钪等产品含煤伴生资源的产业综合利用新模式。将神华准格尔矿区高铝粉煤灰综合利用产业化示范生产线作为例子，实现高铝粉煤灰有价值元素的产业化利用，从而使得铝土矿资源短缺、对外依存度高的战略安全问题得以成功、有效解决。

新技术不仅解决了粉尘污染问题，而且为高铝煤、低品位铝土矿等资源的高价值利用提供了新渠道。总之，它实现了以煤炭开采为代价换取更多地区的环境保护，为铝土矿矿区实现绿水青山环境保护奠定了基础。

3 结束语

总体而言，现如今，我国铝土矿资源持续减少，因此，对非铝土矿提取氧化铝工艺进行发展具有重要的作用。通过“一步酸溶法”将高铝粉煤灰中的氧化铝进行提取，既能够实现对废弃物高附加值的回收和利用，并且也能够降低因堆放粉煤灰而导致的环境污染。因此，在今后研究粉煤灰提取氧化铝时，需要重视起对新技术的开发和利用，并将侧重点放在对粉煤灰高附加值成分系统回收上，从而形成一套立体型的循环经济产业链条。在对产品品质提升、降低生产成本的同时也能够增加企业利润，在对资源进行充分利用的基础上，实现低污染--低排放向零污染--零排放的转变，最终实现经济、环境双赢局面，为我国国家繁荣、社会稳定以及人们生活质量的提升助力。

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