粉煤灰是燃煤中的各種伴生礦物與黏土等高溫煅燒產生的固體廢棄物，是最大宗、最復雜的工業固體廢料之一。2015年我國年產粉煤灰6.2億噸，據權威機構預測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，而且容易造成環境污染。粉煤灰資源化的傳統領域為工程和材料，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。隨著技術的發展，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量和質量上均不占優勢，因此，從粉煤灰中提取氧化鋁對減少土地占用和環境負荷、保障我國鋁行業可持續發展具有重要的意義。

國內外開展粉煤灰提取氧化鋁研究已有數十年，也開發了多種工藝方案，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法、石灰石燒結法和預脫硅—堿石灰燒結法等，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的硫酸銨焙燒法。

一、堿法提取氧化鋁

1、石灰石燒結法

石灰石燒結法與鋁土礦燒結法生產氧化鋁工藝相似，技術成熟，工藝和設備可靠性高，對原料的適應性強，易實現。石灰石燒結法包括燒結、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 粉煤灰石灰石燒結法生產氧化鋁流程

2、預脫硅—堿石灰燒結法

燒結工藝中，粉煤灰中的二氧化硅與石灰反應形成硅酸二鈣從而實現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，導致燒結量大、能耗高。對粉煤灰進行堿浸預先脫除大部分非晶態的二氧化硅，從而提高粉煤灰中的鋁硅比，對于減少石灰石配入量、降低燒結能耗、減少二次渣量具有重要作用。預脫硅—堿石灰燒結法的工藝如圖 2 所示。

圖二 粉煤灰預脫硅—堿石灰燒結法生產氧化鋁流程

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、濃縮結晶產出含18個結晶水的硫酸鋁，硫酸鋁結晶經干燥、脫水后煅燒分解生產氧化鋁，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，在反應過程中加入NH₄F 以活化粉煤灰，用 NH₄F先絡合硅氧化物，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，氯化氫氣體經過回收、加水調節濃度后用于酸浸工序。也可以先將粉煤灰粉碎后經濕法磁選除鐵，然后將除鐵后的粉煤灰與鹽酸反應浸出氧化鋁。

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， 將粉煤灰中的鋁轉變成硫酸鋁，然后用水浸出，浸出液經濃縮結晶析出硫酸鋁晶體，硫酸鋁晶體經焙燒脫水、煅燒得到粗氧化鋁，粗氧化鋁經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拜耳法制備冶金級氧化鋁，硫酸銨溶液濃縮結晶析出硫酸銨循環使用。

圖六 粉煤灰硫酸銨焙燒生產氧化鋁流程

采用粉煤灰提取氧化鋁的方法雖然很多，國內也先后建成了多個基于不同工藝的中試或工業試驗裝置，但至今仍難以實現大規模推廣和應用，其根本原因是現有技術在二次污染、工藝能耗、氧化鋁生產成本、副產品市場需求、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，開發粉煤灰提取氧化鋁新技術依然十分重要。新一代粉煤灰提取氧化鋁技術應能大規模消納粉煤灰，同時實現二次渣量最小化和不產生二次污染，生產具有競爭力的適銷產品，應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設備，且應無特殊的防腐要求，同時應加強工藝過程水的循環利用。

作者：谷雨