从粉煤灰中提取氧化铝的六种工艺方法及其优缺点分析

　　粉煤灰是煤炭燃烧后从电厂排出的工业固体废物。锅炉内，煤炭中的大部分可燃物被完全燃烧;在高温下，不燃物(主要是灰粉)熔化后形成大量细小的球形颗粒，经过除尘器收集和与气体分离后形成粉煤灰。根据燃煤锅炉类型的不同，粉煤灰可分为循环流化床粉煤灰和煤粉炉粉煤灰。

　　一碱法粉煤灰提取氧化铝工艺

　　碱法粉煤灰提取氧化铝工艺以拜耳法为基础，主要利用碱与氧化铝的反应，生成可溶解的铝酸钠，实现粉煤灰中铝元素与杂质的分离。碱法的优点是方法简单，技术成熟，氧化铝纯度好，溶出率高，缺点是能耗大，尾渣大。

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　　石灰石锻烧法

　　石灰石锻烧法的反应温度为1300℃~1400℃，反应物为粉煤灰和石灰，旨在将氧化铝转化为溶解铝酸钙(12CaO·7Al2O3);与此同时，石灰与硅发生反应，产生不溶性硅酸二钙(2CaO·SiO2);熟料活化后，溶解在Na2CO3溶液中，从而实现元素硅与铝的分离;溶液先后经过脱硅、碳分、烘焙，形成氧化铝产品。

　　过程中存在的问题：①需要引入大量的石灰石，造成后续废渣较多，需要配套产能较高的水泥。②1300℃~1400℃的烘焙温度，能耗高。③烘焙难以控制，烘焙温度狭窄，熟料质量难以保证。

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　　预脱硅-碱石灰烧结法

　　预脱硅-碱石灰烧结法是在一定条件下，先用粉煤灰和NaOH液体溶解灰中的SiO2获得硅酸钠溶液，进一步生产白炭黑或活性硅酸钙;提取部分硅后的固体渣A/S得到改善，氧化铝通过烧结法获得。

　　这种工艺具有以下优点：①预脱硅可显著减少产渣量。②由于CaCO3的用量减少，因此能耗会低于直接锻烧法。③基于碱石灰烧结法的广泛应用，技术成熟可靠。

　　过程中存在的问题：①主要问题是预脱硅不彻底，成渣量仍较大。②能源消耗仍然很高。

　　二酸法粉煤灰提取氧化铝工艺

　　酸法粉煤灰提取氧化铝，首先使用无机酸(HCl、H2SO4、HNO3)处理粉煤灰，制成相应的铝盐溶液，除杂后蒸发结晶，烘烤后氧化铝，吸收后循环使用相应的酸气。在酸法中，硅不参与反应，SiO2在溶解过程中以渣的形式被去除。酸法主要包括HCl浸出法和浓硫酸浸出法。

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　　盐酸浸出法

　　在盐酸法中，更具代表性的是“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝工艺，同时联产硅、钒、铁等副产品。

　　“一步酸溶法”工艺主要由原料和溶解、沉降、除杂、蒸发结晶、锻烧、酸吸收等工艺组成。具体来说，电厂排放的粉煤灰和HCl、水按一定比例配制成浆料;高温高压溶出达到预定溶出率后，送至沉降单元进行固液分离;氯化铝溶液通过液相除杂净化获得，六水氯化铝晶体通过三效顺流蒸发形成;在烘焙过程中，晶体氯化铝通过高温煅烧形成终产品氧化铝。

　　这种工艺具有以下优点：①工艺短，能耗低，酸可循环利用。②不但能产生氧化铝，还能提取有价值的元素，如钒、锂、硅等。

　　过程中存在的问题：①因为灰中的氧化钙和氧化铁是一起溶解的，所以对除杂物的净化要求很高。②因为盐酸具有很强的腐蚀性，所以对设备材料的要求很高。

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　　浓硫酸浸出法

　　硫酸浸出法是将粉煤灰和硫酸按一定比例混合，在一定温度和压力下发生反应。灰中的氧化铝和硫酸反应产生Al2(SO4)3，而灰中的SiO2不参与反应，从而实现硅和铝的分离。溶解反应后的物料通过固液分离，获得Al2(SO4)3粗制液;去除杂质，去除铁、钙等杂质，获得精制液;精制液通过浓缩晶体获得硫酸铝晶体;晶体烘焙产生氧化铝产品，烘焙产生的烟气通过酸吸收工艺产生硫酸回收。

　　现在，工艺还没有看到工业化的应用，主要是实验室研究。

　　这种工艺具有以下优点：①氧化铝在粉煤灰中的浸出率高达85%以上。②酸能回收利用。

　　三是其它粉煤灰提取氧化铝工艺

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　　碱溶法

　　采用粉煤灰为原料，通过两步碱溶法提取氧化铝，避免了粉煤灰活化过程中的高能耗，减少了废渣产量。

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　　亚熔盐法

　　利用亚熔盐介质流动性好、沸点高、反应活性高、分离功能可调等优良特性，自主研发了亚熔盐提取粉煤灰中的氧化铝工艺。主要包括:将粉煤灰与NaOH溶液混合加热，溶解熔盐，破坏灰中稳定的物相结构，使Al元素以NaAlO2的形式进入亚溶盐，其余的Si、Ca、Na进入脱铝渣，实现铝渣分离，保证氧化铝溶出率高于90%。与传统的固相碱熔烧结反应相比，液体亚熔盐与粉煤灰之间的液体固体反应具有更高的传质效率和更快的速度，同时有效降低能耗和尾渣产生。