粉煤灰是燃煤中的各種伴生礦物與黏土等高溫煅燒產(chǎn)生的固體廢棄物，是最大宗、最復(fù)雜的工業(yè)固體廢料之一。2015年我國年產(chǎn)粉煤灰6.2億噸，據(jù)權(quán)威機構(gòu)預(yù)測2020年我國粉煤灰排放量將達到60億噸。目前我國粉煤灰的處理仍以堆存為主，不僅占用大量土地資源，而且容易造成環(huán)境污染。粉煤灰資源化的傳統(tǒng)領(lǐng)域為工程和材料，如水泥混泥土摻合料、建筑砌塊、陶瓷原料等，但利用價值低，有價金屬流失嚴重。隨著技術(shù)的發(fā)展，粉煤灰已被世界多國視為一種資源。從粉煤灰中提取氧化鋁是粉煤灰高值化的重要項目之一，通常粉煤灰中Al₂O₃為15%～35%，我國鋁土礦資源在數(shù)量和質(zhì)量上均不占優(yōu)勢，因此，從粉煤灰中提取氧化鋁對減少土地占用和環(huán)境負荷、保障我國鋁行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

國內(nèi)外開展粉煤灰提取氧化鋁研究已有數(shù)十年，也開發(fā)了多種工藝方案，大致分為堿法和酸法兩大類，其中堿法主要包括堿石灰燒結(jié)法、石灰石燒結(jié)法和預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法等，酸法主要有鹽酸浸出法、濃硫酸浸出法、氟化物助溶硫酸浸出法、硫酸熟化法等，以及近年來研究開發(fā)的硫酸銨焙燒法。

一、堿法提取氧化鋁

1、石灰石燒結(jié)法

石灰石燒結(jié)法與鋁土礦燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝相似，技術(shù)成熟，工藝和設(shè)備可靠性高，對原料的適應(yīng)性強，易實現(xiàn)。石灰石燒結(jié)法包括燒結(jié)、熟料自粉化、浸出、碳分、鍛燒等主要工序，其基本流程如圖1。

圖一 粉煤灰石灰石燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁流程

2、預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法

燒結(jié)工藝中，粉煤灰中的二氧化硅與石灰反應(yīng)形成硅酸二鈣從而實現(xiàn)粉煤灰浸出時的鋁硅分離，由于粉煤灰中二氧化硅含量高達40%以上，因此需要配加大量的石灰或石灰石粉，導(dǎo)致燒結(jié)量大、能耗高。對粉煤灰進行堿浸預(yù)先脫除大部分非晶態(tài)的二氧化硅，從而提高粉煤灰中的鋁硅比，對于減少石灰石配入量、降低燒結(jié)能耗、減少二次渣量具有重要作用。預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法的工藝如圖 2 所示。

圖二 粉煤灰預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁流程

二、酸法提取氧化鋁

1、濃硫酸浸出法

濃硫酸浸出法是將粉煤灰細磨或細磨—焙燒活化后，于200～300℃用濃度 90%以上的濃硫酸浸出，浸出好的礦漿過濾以分離余酸，余酸返回浸出，再用水從濾渣中浸出鋁，鋁浸出率可達85%，然后凈化、濃縮結(jié)晶產(chǎn)出含18個結(jié)晶水的硫酸鋁，硫酸鋁結(jié)晶經(jīng)干燥、脫水后煅燒分解生產(chǎn)氧化鋁，浸出渣為高硅渣，可用于堿浸進一步提取二氧化硅，基本流程如圖 3所示。

圖三 粉煤灰濃硫酸浸出生產(chǎn)氧化鋁流程

2、氟化物助溶浸出法

為改善原料中鋁礦物的活性、提高浸出率，國內(nèi)外都有NH₄F等氟化物助溶下用硫酸或鹽酸進行浸取的研究，如以硫酸作浸出劑，在反應(yīng)過程中加入NH₄F 以活化粉煤灰，用 NH₄F先絡(luò)合硅氧化物，從而使氧化鋁溶出。氟化物助溶硫酸 浸出工藝基本流程如圖4所示。

圖四 粉煤灰氟化物助溶酸法提取氧化鋁流程

3、鹽酸浸出法

將粉煤灰用鹽酸加壓浸出，浸出液凈化后濃縮結(jié)晶析出氯化鋁，氯化鋁煅燒分解得到冶金級氧化鋁，氯化氫氣體經(jīng)過回收、加水調(diào)節(jié)濃度后用于酸浸工序。也可以先將粉煤灰粉碎后經(jīng)濕法磁選除鐵，然后將除鐵后的粉煤灰與鹽酸反應(yīng)浸出氧化鋁。

圖五 粉煤灰鹽酸浸出法提取氧化鋁流程

4、硫酸熟化法

硫酸熟化法是將粉煤灰與濃硫酸混合均勻后，于200～450℃下焙燒或熟化， 將粉煤灰中的鋁轉(zhuǎn)變成硫酸鋁，然后用水浸出，浸出液經(jīng)濃縮結(jié)晶析出硫酸鋁晶體，硫酸鋁晶體經(jīng)焙燒脫水、煅燒得到粗氧化鋁，粗氧化鋁經(jīng)低溫拜耳法得到冶金級氧化鋁。

三、銨法提取氧化鋁

銨法主要為硫酸銨焙燒法，其基本流程如圖6所示。即將細磨后的粉煤灰與硫酸銨按比例混合得到生料，然后焙燒，將粉煤灰中的鋁轉(zhuǎn)變成硫酸鋁銨或硫酸鋁形式存在，燒成熟料用水或稀酸溶出后，液固分離得到硫酸鋁溶液和高硅渣，硫酸鋁溶液經(jīng)氨水或氨氣分解得到粗氫氧化鋁和硫酸銨溶液，粗氫氧化鋁洗滌后經(jīng)拜耳法制備冶金級氧化鋁，硫酸銨溶液濃縮結(jié)晶析出硫酸銨循環(huán)使用。

圖六 粉煤灰硫酸銨焙燒生產(chǎn)氧化鋁流程

采用粉煤灰提取氧化鋁的方法雖然很多，國內(nèi)也先后建成了多個基于不同工藝的中試或工業(yè)試驗裝置，但至今仍難以實現(xiàn)大規(guī)模推廣和應(yīng)用，其根本原因是現(xiàn)有技術(shù)在二次污染、工藝能耗、氧化鋁生產(chǎn)成本、副產(chǎn)品市場需求、工程化實施難易度等方面依然存在諸多問題，而且部分問題如二次渣、成本問題非常突出。因此，開發(fā)粉煤灰提取氧化鋁新技術(shù)依然十分重要。新一代粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)應(yīng)能大規(guī)模消納粉煤灰，同時實現(xiàn)二次渣量最小化和不產(chǎn)生二次污染，生產(chǎn)具有競爭力的適銷產(chǎn)品，應(yīng)盡量避免采用高能耗、高成本的單元操作，盡可能采用已有成熟的普通生產(chǎn)設(shè)備，且應(yīng)無特殊的防腐要求，同時應(yīng)加強工藝過程水的循環(huán)利用。

作者：谷雨