從粉煤灰中提取氧化鋁的六種工藝方法及其優(yōu)缺點分析

　　粉煤灰是煤炭燃燒后從電廠排出的工業(yè)固體廢物。鍋爐內(nèi)，煤炭中的大部分可燃物被完全燃燒;在高溫下，不燃物(主要是灰粉)熔化后形成大量細(xì)小的球形顆粒，經(jīng)過除塵器收集和與氣體分離后形成粉煤灰。根據(jù)燃煤鍋爐類型的不同，粉煤灰可分為循環(huán)流化床粉煤灰和煤粉爐粉煤灰。

　　一堿法粉煤灰提取氧化鋁工藝

　　堿法粉煤灰提取氧化鋁工藝以拜耳法為基礎(chǔ)，主要利用堿與氧化鋁的反應(yīng)，生成可溶解的鋁酸鈉，實現(xiàn)粉煤灰中鋁元素與雜質(zhì)的分離。堿法的優(yōu)點是方法簡單，技術(shù)成熟，氧化鋁純度好，溶出率高，缺點是能耗大，尾渣大。

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　　石灰石鍛燒法

　　石灰石鍛燒法的反應(yīng)溫度為1300℃~1400℃，反應(yīng)物為粉煤灰和石灰，旨在將氧化鋁轉(zhuǎn)化為溶解鋁酸鈣(12CaO·7Al2O3);與此同時，石灰與硅發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生不溶性硅酸二鈣(2CaO·SiO2);熟料活化后，溶解在Na2CO3溶液中，從而實現(xiàn)元素硅與鋁的分離;溶液先后經(jīng)過脫硅、碳分、烘焙，形成氧化鋁產(chǎn)品。

　　過程中存在的問題：①需要引入大量的石灰石，造成后續(xù)廢渣較多，需要配套產(chǎn)能較高的水泥。②1300℃~1400℃的烘焙溫度，能耗高。③烘焙難以控制，烘焙溫度狹窄，熟料質(zhì)量難以保證。

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　　預(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法

　　預(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法是在一定條件下，先用粉煤灰和NaOH液體溶解灰中的SiO2獲得硅酸鈉溶液，進(jìn)一步生產(chǎn)白炭黑或活性硅酸鈣;提取部分硅后的固體渣A/S得到改善，氧化鋁通過燒結(jié)法獲得。

　　這種工藝具有以下優(yōu)點：①預(yù)脫硅可顯著減少產(chǎn)渣量。②由于CaCO3的用量減少，因此能耗會低于直接鍛燒法。③基于堿石灰燒結(jié)法的廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟可靠。

　　過程中存在的問題：①主要問題是預(yù)脫硅不徹底，成渣量仍較大。②能源消耗仍然很高。

　　二酸法粉煤灰提取氧化鋁工藝

　　酸法粉煤灰提取氧化鋁，首先使用無機(jī)酸(HCl、H2SO4、HNO3)處理粉煤灰，制成相應(yīng)的鋁鹽溶液，除雜后蒸發(fā)結(jié)晶，烘烤后氧化鋁，吸收后循環(huán)使用相應(yīng)的酸氣。在酸法中，硅不參與反應(yīng)，SiO2在溶解過程中以渣的形式被去除。酸法主要包括HCl浸出法和濃硫酸浸出法。

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　　鹽酸浸出法

　　在鹽酸法中，更具代表性的是“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁工藝，同時聯(lián)產(chǎn)硅、釩、鐵等副產(chǎn)品。

　　“一步酸溶法”工藝主要由原料和溶解、沉降、除雜、蒸發(fā)結(jié)晶、鍛燒、酸吸收等工藝組成。具體來說，電廠排放的粉煤灰和HCl、水按一定比例配制成漿料;高溫高壓溶出達(dá)到預(yù)定溶出率后，送至沉降單元進(jìn)行固液分離;氯化鋁溶液通過液相除雜凈化獲得，六水氯化鋁晶體通過三效順流蒸發(fā)形成;在烘焙過程中，晶體氯化鋁通過高溫煅燒形成終產(chǎn)品氧化鋁。

　　這種工藝具有以下優(yōu)點：①工藝短，能耗低，酸可循環(huán)利用。②不但能產(chǎn)生氧化鋁，還能提取有價值的元素，如釩、鋰、硅等。

　　過程中存在的問題：①因為灰中的氧化鈣和氧化鐵是一起溶解的，所以對除雜物的凈化要求很高。②因為鹽酸具有很強(qiáng)的腐蝕性，所以對設(shè)備材料的要求很高。

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　　濃硫酸浸出法

　　硫酸浸出法是將粉煤灰和硫酸按一定比例混合，在一定溫度和壓力下發(fā)生反應(yīng)。灰中的氧化鋁和硫酸反應(yīng)產(chǎn)生Al2(SO4)3，而灰中的SiO2不參與反應(yīng)，從而實現(xiàn)硅和鋁的分離。溶解反應(yīng)后的物料通過固液分離，獲得Al2(SO4)3粗制液;去除雜質(zhì)，去除鐵、鈣等雜質(zhì)，獲得精制液;精制液通過濃縮晶體獲得硫酸鋁晶體;晶體烘焙產(chǎn)生氧化鋁產(chǎn)品，烘焙產(chǎn)生的煙氣通過酸吸收工藝產(chǎn)生硫酸回收。

　　現(xiàn)在，工藝還沒有看到工業(yè)化的應(yīng)用，主要是實驗室研究。

　　這種工藝具有以下優(yōu)點：①氧化鋁在粉煤灰中的浸出率高達(dá)85%以上。②酸能回收利用。

　　三是其它粉煤灰提取氧化鋁工藝

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　　堿溶法

　　采用粉煤灰為原料，通過兩步堿溶法提取氧化鋁，避免了粉煤灰活化過程中的高能耗，減少了廢渣產(chǎn)量。

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　　亞熔鹽法

　　利用亞熔鹽介質(zhì)流動性好、沸點高、反應(yīng)活性高、分離功能可調(diào)等優(yōu)良特性，自主研發(fā)了亞熔鹽提取粉煤灰中的氧化鋁工藝。主要包括:將粉煤灰與NaOH溶液混合加熱，溶解熔鹽，破壞灰中穩(wěn)定的物相結(jié)構(gòu)，使Al元素以NaAlO2的形式進(jìn)入亞溶鹽，其余的Si、Ca、Na進(jìn)入脫鋁渣，實現(xiàn)鋁渣分離，保證氧化鋁溶出率高于90%。與傳統(tǒng)的固相堿熔燒結(jié)反應(yīng)相比，液體亞熔鹽與粉煤灰之間的液體固體反應(yīng)具有更高的傳質(zhì)效率和更快的速度，同時有效降低能耗和尾渣產(chǎn)生。