中國粉體網(wǎng)訊 粉煤灰是煤炭燃燒后產(chǎn)生的飛灰及爐渣，化學(xué)組成極其復(fù)雜，主要由 Si、Fe、Al、Ca、Mg、Ti、Na、K、Mn、P 和 O 等元素組成，其一般化學(xué)成分如下表所示。這些成分主要以氧化物、硅酸鹽、硫酸鹽等各種化合物的形式存在，其中硅含量最高，其次是鋁，以復(fù)雜的復(fù)鹽形式存在，酸溶性較差。
粉煤灰一般為灰黑色，其顏色深淺代表未燃燒炭的含量，含量越高顏色越深，顏色越深的粉煤灰粒度一般較小，反之較大。粉煤灰活性較高，顆粒呈現(xiàn)為多孔的蜂窩狀，因此經(jīng)常被用作水處理的吸附劑。粉煤灰的物相由其產(chǎn)生工藝條件所決定，當(dāng)煤的燃燒溫度較高時(shí)，粉煤灰中晶體礦物如石英、莫來石和石膏等含量較大，煤燃燒溫度較低時(shí)粉煤灰以非晶質(zhì)礦物玻璃體為主，含少量晶體礦物。
圖片來源：六盤水日?qǐng)?bào)
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首先有兩方面因素，其一是氧化鋁資源問題。經(jīng)過多年發(fā)展，我國已成為全球第一大鋁生產(chǎn)國和消費(fèi)國，全球40％的產(chǎn)能集中在中國，然而相對(duì)于龐大的消費(fèi)量，我國的鋁土礦儲(chǔ)量比較匱乏，僅占世界的4％ 左右，且我國鋁土礦主要以一水硬鋁石型為主，品位較差。我國企業(yè)傾向于進(jìn)口國外高品位礦石，因此我國每年需進(jìn)口大量鋁土礦。2018年，全國共進(jìn)口鋁土礦8273萬t 。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化及汽車智能化和新能源汽車的不斷發(fā)展，鋁材成為未來鋁資源需求的重要增長點(diǎn)。因此，保障我國鋁資源的安全具有重要意義。
其二是粉煤灰的有效利用。中國是全球最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，每年因燃煤電廠燃燒產(chǎn)生大量堆積的粉煤灰，由于利用率不足，累計(jì)產(chǎn)量超過30億t。粉煤灰主要成分為硅、鋁、鐵、鈣等的氧化物，而高鋁粉煤灰中Al2O3的含量可達(dá)50％ ，接近中等品位鋁土礦中的含量，因此可以作為非鋁土礦資源生產(chǎn)Al2O3。研究發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯盆地晚古生代煤層具有煤、鋁、鎵資源共生的資源特性，內(nèi)蒙古境內(nèi)探明儲(chǔ)量319億ｔ，其中潛在高鋁粉煤灰蘊(yùn)藏量約80億t，相當(dāng)于目前我國鋁土礦資源保有儲(chǔ)量的３倍，是我國重要的鋁資源后備基地。
此外，盡管我國的能源結(jié)構(gòu)在發(fā)生變化，但煤炭消費(fèi)仍然是最大的，在未來幾年內(nèi)，排放的粉煤灰量將會(huì)持續(xù)增加。粉煤灰的處置已正成為一個(gè)備受關(guān)注的問題，因?yàn)椴划?dāng)?shù)奶幚頃?huì)給環(huán)境帶來負(fù)面影響。
粉煤灰提取氧化鋁工藝
目前，從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝主要有石灰石燒結(jié)法、濃堿溶出法、酸浸法、水熱活化法等。
1、石灰石燒結(jié)法
石灰石燒結(jié)法工藝技術(shù)成熟，過程較為簡單，對(duì)設(shè)備耐腐蝕性要求低，應(yīng)用前景較好，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)難度低。
2、堿溶出法
堿溶出法又分為水熱法和亞熔鹽法。水熱法是用高濃度的 NaOH 溶液在高壓釜中高溫下與粉煤灰直接反應(yīng)，同時(shí)加入少量的 CaO，破壞粉煤灰中的礦物相，使其中的鋁溶出，再對(duì)溶出液進(jìn)行一定的處理即可得到Al2O3。
粉煤灰在亞熔鹽體系中，其穩(wěn)定的含鋁物相結(jié)構(gòu)被破壞，鋁元素被活化以 NaAlO2 的形式進(jìn)入介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)鋁與其它組分的分離，其浸出率可達(dá) 90% 以上 。亞熔鹽的優(yōu)異特性使亞熔鹽法避免了高溫反應(yīng)，降低了堿的消耗量，實(shí)現(xiàn)了硅組分的高效利用，并且該法對(duì)于粉煤灰中的鋁硅比要求不高，發(fā)展前景更好，但亞熔鹽法作為高濃度堿浸出方法，對(duì)設(shè)備的高要求限制了其實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，需要對(duì)工藝過程進(jìn)行優(yōu)化完善。
3、酸浸法
該方法以 HCl、HF、H2SO4等濃酸作為溶出劑，以NH4F作為助溶劑與粉煤灰混合，使粉煤灰中的鋁溶出，對(duì)溶出液進(jìn)行處理，使其以鋁鹽的形式沉淀析出，最后經(jīng)干燥煅燒制得Al2O3。酸法包括直接酸浸、酸或酸性鹽焙燒法、硫酸氫銨法、氟化物助溶法、加壓浸出法、兩步酸浸法等。
4、水熱活化法
水熱活化法是以粉煤灰礦物特性和化學(xué)組成特點(diǎn)為基礎(chǔ)所研究的一種工藝方法。先將粉煤灰與一定量的碳酸鈉混合進(jìn)行煅燒活化，然后加入適量的氧化鈣及氫氧化鈉溶液進(jìn)行高壓水熱反應(yīng)，經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶、再溶解、煅燒等步驟得到終產(chǎn)品氧化鋁。
結(jié)束語
粉煤灰中提取氧化鋁的工藝很多，很多先進(jìn)工藝至今仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。無論是酸法還是堿法工藝在工藝運(yùn)行方面都存在一定的工藝或成本問題，總的來說，從粉煤灰中提取氧化鋁，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，還有很長的路要走，新材料、新設(shè)備和新工藝都是其未來發(fā)展必不可少的部分。
參考來源：
[1]我國實(shí)現(xiàn)粉煤灰提取氧化鋁產(chǎn)業(yè)化.中國化工報(bào)
[2]王麗杰.粉煤灰提取氧化鋁工藝進(jìn)展
[3]王衛(wèi)江等.從粉煤灰提取氧化鋁的技術(shù)現(xiàn)狀及工藝進(jìn)展
[4]朱輝等.從粉煤灰中提取氧化鋁技術(shù)進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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