中國粉體網訊 我國是一個以煤為主要能源的國家，在一次能源探明總量中煤炭占90%。目前，我國煤炭資源75%左右用于火力發電，燃煤電廠發電會產生大量的粉煤灰，其中只有一小部分被利用，大部分都被堆存。
粉煤灰的主要成分組成表
粉煤灰是燃煤電廠以及煤矸石、煤泥綜合利用電廠排出的主要固體廢物。近年來，研究者通過對位于我國中西部地區的部分電廠飛灰進行分析，發現飛灰中氧化鋁含量高達50%以上，是一種新類型的粉煤灰——高鋁粉煤灰。高鋁粉煤灰比普通的粉煤灰中Al2O3含量近高一倍，接近于傳統鋁土礦(一般在55%～65%)的含量，是一種十分重要的非傳統鋁資源。
鋁土礦又稱鋁礬土，是工業上能利用的以三水鋁石、軟水鋁石或硬水鋁石為主要礦物成分的礦石統稱。世界鋁土礦產量的92％用于生產冶金級氧化鋁，其余８％用于其他行業，稱為非冶金用氧化鋁或多品種氧化鋁。金屬鋁是僅次于鋼鐵的重要金屬材料。每生產１t金屬鋁約需２t冶金級氧化鋁原料。根據中國海關，2019年全年我國共進口鋁土礦10066.39萬噸，而2018年我國共進口鋁土礦8256.97萬噸，同比增加21.91%，年度進口量首度破億噸水平。從國別角度看，幾內亞、澳大利亞、印尼三國依舊維持三足鼎立局面，系我進口鋁土礦最大來源國的前三位，占總進口量的94%以上。
針對中國鋁土礦資源不足的狀況，利用高鋁粉煤灰生產氧化鋁不僅有望緩解鋁資源的不足，而且可減少粉煤灰對大氣、水體的污染和大量土地資源的占用。目前，粉煤灰主要利用于建筑（生產水泥、砌磚、制作微晶玻璃）、農業（改良土壤、生產肥料）、環保（廢水處理、煙氣脫硫）等方面。除了以上這些粉煤灰利用的傳統領域之外，我國自“十一五”期間，大力積極引導企業開展高鋁粉煤灰的綜合利用。科研工作者根據高鋁粉煤灰的特點，提高對其資源化利用，開始著眼于粉煤灰內鋁硅等主量元素和稼、鍺、鎳、釩等微量元素的提取，實現高鋁粉煤灰的資源綜合利用。
粉煤灰制取氧化鋁的方法
粉煤制取氧化鋁，按提取方式的不同，可分為堿法和酸法。堿法主要有：堿——石灰燒結法、石灰石煅燒法、預脫硅-燒結法等。
堿法
石灰石煅燒法
石灰石煅燒法的主要原理是:在1300～1400℃的高溫條件下使石灰與粉煤灰中的氧化鋁反應生成易溶的鋁酸鈣12CaO•7Al2O3，與硅反應生成難溶的硅酸二鈣2CaO•SiO2；活化后的熟料以Na2CO3溶液浸出，實現鋁硅分離;浸出液經深度脫硅、碳分、煅燒最終獲得氧化鋁。
石灰石煅燒工藝流程
堿－石灰石煅燒法
堿－石灰石煅燒法是將粉煤灰、石灰石、碳酸鈉在1100～1200℃的條件下進行煅燒，煅燒過程中Na2CO3與灰中Al2O3、Fe2O3反應生成易溶于水的NaAlO2、NaFeO2，而灰中的TiO2、SiO2與CaO反應生成難溶鈦酸鈣、原硅酸鈣;用稀堿或水溶鋁時，氯酸鈉溶解進入溶液，NaFeO2水解生成NaOH、Fe2O3•H2O沉淀，而原硅酸鈣及鈦酸鈣不溶成為殘渣，分離鋁殘渣后得到氯酸鈉溶液，再通入CO2進行碳酸化分解，析出Al(OH)3，碳分母液經蒸發濃縮返回配料燒結，循環使用。Al(OH)3經煅燒成為氧化鋁產品。
堿-石灰石煅燒法工藝流程
預脫硅－堿－石灰石燒結法
預脫硅－堿－石灰石燒結法是首先采用高濃度的NaOH溶液與粉煤灰在一定的溫度下發生反應，灰中的非晶態氧化硅生成硅酸鈉進入溶液，而鋁依舊殘留在渣中，從而提高渣中的鋁硅比。脫硅后的渣以堿－石灰石燒結法提鋁，脫硅溶液經進一步處理可制備附加值較高的白炭黑等，進一步提高了經濟效益。
預脫硅-堿-石灰石煅燒法工藝
酸法
酸法是采用無機酸處理高鋁粉煤灰，生產相應的鋁鹽如AlCl3、Al2(SO4)3 等，原料中的氧化硅生成偏硅酸膠體殘渣。將鋁鹽凈化后使之分解制得氧化鋁。酸浸法提取氧化鋁的主要化學反應如下：
酸堿聯合法
工藝過程：高鋁粉煤灰與純堿按比例混合后中溫燒結，燒結熟料浸入稀鹽酸或硫酸中轉化為硅膠沉淀和含鋁溶液［ＡlCl3或Ａl2(SO4)3］，過濾所得硅膠可生產白炭黑、氧化硅氣凝膠、多孔氧化硅等化合物；濾液經苛化、除雜、碳分或種分制備氫氧化鋁，經煅燒制得氧化鋁。
高鋁粉煤灰提取氧化鋁技術回顧
利用高鋁粉煤灰提取氧化鋁的技術始于20世紀50年代，波蘭克拉科夫礦冶學院Grzymek教授以高鋁粉煤灰（Al2O3含量≥30％）為原料，采用石灰石燒結法提取氧化鋁，同時利用剩余硅鈣渣生產水泥。1953年建成年產１萬ｔ氧化鋁和副產10萬ｔ水泥生產線，采用石灰石燒結法，Al2O3提取率可達80％。1980年安徽冶金科研所和合肥水泥研究所采用石灰石燒結－碳酸鈉溶液溶出工藝，從粉煤灰中提取氧化鋁、其硅鈣渣用作水泥原料。20世紀80年代后，又出現了堿石灰燒結法、酸溶沉淀法、鹽－蘇打燒結法、氟氨助溶法等利用高鋁粉煤灰提取氧化鋁的方法。
高鋁粉煤灰制備氧化鋁需要突破的方向
但當前，我國對于粉煤灰制備氧化鋁生產工藝還沒有實現產業化，或許是因為其在制備過程中存在的過多問題導致。研究表明從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁的方法很多，國內先后建成基于不同工藝的中試廠及工業示范裝置，但由于各種原因還未能達到工業化進程。從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁需突破的方向有：（1）解決酸法工藝中設備材質問題。由于現有的普通生產設備無法滿足酸性物質的腐蝕要求，亟需研究適合酸法工藝條件且性價比高的設備。（2）解決堿法工藝的“加量化”生產模式。利用高鋁粉煤灰提取氧化鋁是對固廢的資源化利用，確保生產過程中產生的鈣硅渣能循環利用，避免“二次污染”。（3）工藝改進的深入研究。探索新的工藝路線，利用更有效的經濟手段在鋁和硅的分離方面下功夫，從而提高產品品質。
總結
粉煤灰是各種煤燃燒后所產生的固體廢棄物，是多種物質的混合物，其主要化學成分為硅、鋁、鐵以及未然碳。大量的粉煤灰排放、堆積致使土地占用，水體污染，造成了極大的環境壓力。而粉煤灰中制取氧化鋁生產工藝的研究，既能夠解決環境壓力，又能夠解決我國對鋁的需求。從當前環保壓力問題以及部分國家戰略資源安全問題、可持續發展及經濟角度等各方面來看，都是多贏的結果。
參考文獻：
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許立軍等.粉煤灰堿法提取氧化鋁工藝分析比較
楊靜等.中國鋁資源與高鋁粉煤灰提取氧化鋁研究進展
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新浪財經.2019年中國進口鋁土礦1.007億噸，同比增長21.91%
