内蒙古 鄂尔多斯市 010300
摘要：粉煤灰作为一种工业废渣，会对环境和人类生存造成严重的危害。目前，利用高铝粉煤灰提取氧化铝是粉煤灰综合利用研究的一大热点。我国铝土矿资源匮乏且品位低，面对日益上涨的铝资源需求，从高铝粉煤灰中提取氧化铝成为一条有效的缓解途径，既可以高值化利用粉煤灰，降低环境危害，同时也可以保障我国铝资源的安全。该工艺方法包括碱法、酸法和酸碱联合法等，但每种方法均存在各自的不足。文章介绍了各种工艺的优缺点及该领域的最新进展，倡导加大粉煤灰综合利用的研究。 关键词：粉煤灰；氧化铝；利用
随着我国火力发电的快速发展，粉煤灰每年的排出量高达1. 6 亿t，这些粉煤灰的囤积不仅造成严重的环境污染，而且危害人类的健康，消耗大量的资金。粉煤灰是煤燃烧后产生的主要固体废弃物，其主要成分为铝、硅和铁等氧化物。大量的粉煤灰堆积带来的危害是多方面的，首先会占用大量的土地，而且在雨水的作用下露天堆放的粉煤灰中的有害物质会渗透进
麻将王土壤及周边水域中，造成土壤及水污染; 其次4级以上风力可剥离粉煤灰，刮风天气时粉煤灰贮灰场将对周边较大范围的场地和空气造成污染; 强降雨和洪涝等自然灾害发生时，堆存的粉煤灰有引起山体崩塌、滑坡和泥石流等次生灾害的隐患，对生态环境造成破坏，甚至危及人身安全。对粉煤灰的减量化、无害化和资源化利用迫在眉睫。我国是铝消费大国，但是铝土矿却相对短缺，因此每年都需要从国外进口大量的铝土矿。而粉煤灰中含有大量的氧化铝，并且尚未得到有效的利用，因此开发利用粉煤灰生产氧化铝，具有重大的现实意义。
一、粉煤灰的基本特征
我国国土面积大，地质条件千差万别，因此分布在不同地区的煤炭性质差异极大，使得我国各地产生的粉煤灰成分也相差极大，粉煤灰一般为灰黑，其颜深浅代表未燃烧炭的含量，含量越高颜越深，颜越深的粉煤灰粒度一般较小，反之较大。粉煤灰活性较高，颗粒呈现为多孔的蜂窝状，因此经常被用作水处理的吸附剂。粉煤灰的物相由其产生工艺条件所决定，当煤的燃烧温度较高时，粉煤灰中晶体矿物如石英、莫来石和石膏等含量较大，煤燃烧温度较低时粉煤灰以非晶质矿物玻璃体为主，含少量晶体矿物。产业结构调整指导目录(2011年本)
生死跳伞二、粉煤灰提取氧化铝工艺
氧化铝是粉煤灰的主要成分之一，其在粉煤灰中的含量为15%～46%，最高可达50%以上。据报道，内蒙古西部准格尔、土右、卓资山地区是中国特有的高铝煤炭资源富集地区，现已探明煤铝共存的煤炭资源量500 多亿t，煤中氧化铝含量10% ～13%，粉煤灰中氧化铝含量高达40% ～ 55%，潜在高铝粉煤灰资源量150 亿t，超过全国已探明铝土矿资源总储量，是中国重要的铝土矿后备资源。由于粉煤灰中氧化铝大多以铝硅酸盐的形态存在，所以目前从粉煤灰中回收氧化铝多采用化学法。由于氧化铝具有“两性”既溶于碱、也溶于酸，所以从粉煤灰中提取氧化铝的方法主要有: 碱法、酸法和酸碱联合法。刀之歌
1、碱法。碱法又分为拜耳法、烧结法和拜耳烧结联合法等多种流程。1) 拜耳法是指直接用大量游离的NaOH 循环母液处理粉煤灰，以溶出其中的铝而获得铝酸钠溶液，并用加晶搅拌分解的方法，使溶液中的铝以Al( OH)3晶体形式析出。粉煤灰中的主要成分之一SiO2以水合铝硅酸钠的形式进入赤泥，同时造成铝和Na2O( 相当于增加用碱量) 的损失，其余不与碱反应的碱性氧化物如Fe2O3、CaO 等直接进入赤泥。2) 烧结法是将粉煤灰配入石灰石或石灰［8］、苏打( 含碳酸钠的碳分循环母液) ，在高温下烧结得到含固体铝酸钠的熟
料，用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠，经脱硅后，用碳酸化分解法使溶液中的氧化铝以Al( OH)3的形式析出。粉煤灰中的主要成分之一SiO2以原硅酸钙的形式进入赤泥，原则上SiO2不会造成粉煤灰中的铝的损失和用碱量的增加。3) 拜耳烧结联合法兼有拜耳法和烧结法的流程，拜耳法产生的Al2O3、Na2O 和Fe2O3的赤泥因参与烧结法配料而被再次循环利用，从而减少了粉煤灰中铝的损失和碱的用量，能获得较单一的拜耳法或烧结法更好的经济效果。但该工艺复杂、流程较长，对粉煤灰中铝硅含量要求较高，且没有从根本上解决赤泥增量问题，如再次堆积将造成更严重的二次污染。
2、酸法。从粉煤灰中直接用酸浸出提取氧化铝的方法，最早是由美国橡树岭国家实验室研究开发的。该方法的特点是不考虑对某种特定金属进行选择提取，而是最大限度的使所有粉煤灰变为各种产品( 针对粉煤灰物相多为莫来石和硅铝玻璃体) 。该方法铝的提取率不足50%，因此国内外一些专家学者采取加入氟化氢或其他氟化物( 如氟化铵、氟化钙和氟化钾) 的方式来破坏莫来石及硅铝玻璃体，从而有效提高铝的浸出率。酸溶法提取氧化铝的优点是粉煤灰中SiO2不会被浸出到溶液中，因此无需脱硅工艺，但由于使用氟化物做助熔剂，会对环境造成污染，而且对设备的材质也要求较高。因此，该方法目前只停留在实验室研究阶段，并无工业化应用［1］。
3、酸碱联合法。酸碱联合法是指用酸( 包括硫酸法、盐酸法和硫酸铵法) 与细磨后飞粉煤灰按一定比例混合在焙烧溶出、或在高温高压下浸出，反应后经固液分离、结晶制备出含杂质较多的相应晶体( 硫酸法:Al2( SO4)3·18H2O; 盐酸法: AlCl3·6H2 O; 硫酸铵法: 硫酸铝铵溶液再经氨水调节得到粗Al( OH)3) ，经煅烧得到含杂质较多的Al2O3固体，粗Al2O3经拜耳法溶出、种分、Al( OH)3焙烧等过程制备出冶金级氧化铝。酸碱联合法的优点是: ①与碱法相比，能耗较低，产品成本低; ②与酸法相比，不需要加入助熔剂，对设备的耐腐蚀性要求相对较低，对环境污染也较小; ③酸碱联合产生的固体废弃物( 高铁渣和高硅渣) 可作为生产高附加值的原料如作为分别炼铁和生产白炭黑、填料的原料。但由于酸碱联合法相继用到了酸和碱，彼此中和消耗，增加了各原料的相对用料量和生产废水( 高盐水) 的处理量，使得氧化铝生产成本较高［4］。
三、粉煤灰的综合利用
aurita中国自20 世纪50 年代起就开展对粉煤灰综合利用的研究，已在许多领域有所应用。如用粉煤灰回填、筑堤、灌浆的低技术高容量的应用，还有在建筑材料方面如水泥原料、混合材料等中等技术中等容量的应用［5］，再有就是高技术方面的应用，如金属与矿物的分选
等。目前，就国内外粉煤灰综合利用的情况来看，粉煤灰在建材、建筑、道路和农业中的应用技术比较成熟，高技术、更高附加值方面的应用还有待进一步研究开发。
随着我国铝土矿资源的枯竭和Al2O3需求量的增加，从粉煤灰中回收Al2O3引起广泛关注。但粉煤灰提铝工艺均存在一定不足和局限性，大多数工艺仍处于实验室阶段、或商业化试运行阶段，需进一步完善，加大对粉煤灰综合利用的研究，尤其是针对粉煤灰富含资源的综合利用开发研究，不仅有利于减少粉煤灰对环境的污染，还能解决中国铝土矿资源短缺问题，从而创造良好的经济效益和社会效益。国家应加大对粉煤灰综合利用的支持力度，特别是一些创新类的、具有开拓新的应用领域的项目，给予相应的优惠政策，从而使粉煤灰创造更高的综合利用。
参考文献：
［1］唐云，陈福林，刘安荣． 燃煤电厂粉煤灰提取氧化铝研究［J］． 煤炭学报，2019，34( 1) : 105 － 110．
［2］刘亚青． 硫酸铝铵法氧化铝前驱体制备工艺研究［D］． 石家庄:河北科技大学，2018．
［3］申小清，李中军，要红昌． 碳酸铝铵热分解制备纳米氧化铝粉体［J］． 无机化学学报，2018( 6) : 6．
［4］吴艳，辛海霞，刘佳囡． 从硫酸铝铵溶液中提取氧化铝的研究［J］． 轻金属，2019( 6) : 11 － 14．
［5］雷泽明．粉煤灰提取Al2 O3及其塑料填充导热性研究［D］． 贵阳: 贵州大学，2017．
［6］茅沈栋，李镇，方莹． 粉煤灰资源化利用的研究现状［J］． 混凝土，2017( 7) : 82 － 84．邵东新发现
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