中國粉體網訊 粉煤灰是煤炭燃燒后產生的飛灰及爐渣，化學組成極其復雜，主要由 Si、Fe、Al、Ca、Mg、Ti、Na、K、Mn、P 和 O 等元素組成，其一般化學成分如下表所示。這些成分主要以氧化物、硅酸鹽、硫酸鹽等各種化合物的形式存在，其中硅含量最高，其次是鋁，以復雜的復鹽形式存在，酸溶性較差。
粉煤灰一般為灰黑色，其顏色深淺代表未燃燒炭的含量，含量越高顏色越深，顏色越深的粉煤灰粒度一般較小，反之較大。粉煤灰活性較高，顆粒呈現為多孔的蜂窩狀，因此經常被用作水處理的吸附劑。粉煤灰的物相由其產生工藝條件所決定，當煤的燃燒溫度較高時，粉煤灰中晶體礦物如石英、莫來石和石膏等含量較大，煤燃燒溫度較低時粉煤灰以非晶質礦物玻璃體為主，含少量晶體礦物。
圖片來源：六盤水日報
我們為什么要從粉煤灰中提取氧化鋁
首先有兩方面因素，其一是氧化鋁資源問題。經過多年發展，我國已成為全球第一大鋁生產國和消費國，全球40％的產能集中在中國，然而相對于龐大的消費量，我國的鋁土礦儲量比較匱乏，僅占世界的4％ 左右，且我國鋁土礦主要以一水硬鋁石型為主，品位較差。我國企業傾向于進口國外高品位礦石，因此我國每年需進口大量鋁土礦。2018年，全國共進口鋁土礦8273萬t 。隨著工業化、城鎮化及汽車智能化和新能源汽車的不斷發展，鋁材成為未來鋁資源需求的重要增長點。因此，保障我國鋁資源的安全具有重要意義。
其二是粉煤灰的有效利用。中國是全球最大的煤炭生產國和消費國，每年因燃煤電廠燃燒產生大量堆積的粉煤灰，由于利用率不足，累計產量超過30億t。粉煤灰主要成分為硅、鋁、鐵、鈣等的氧化物，而高鋁粉煤灰中Al2O3的含量可達50％ ，接近中等品位鋁土礦中的含量，因此可以作為非鋁土礦資源生產Al2O3。研究發現鄂爾多斯盆地晚古生代煤層具有煤、鋁、鎵資源共生的資源特性，內蒙古境內探明儲量319億ｔ，其中潛在高鋁粉煤灰蘊藏量約80億t，相當于目前我國鋁土礦資源保有儲量的３倍，是我國重要的鋁資源后備基地。
此外，盡管我國的能源結構在發生變化，但煤炭消費仍然是最大的，在未來幾年內，排放的粉煤灰量將會持續增加。粉煤灰的處置已正成為一個備受關注的問題，因為不當的處理會給環境帶來負面影響。
粉煤灰提取氧化鋁工藝
目前，從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝主要有石灰石燒結法、濃堿溶出法、酸浸法、水熱活化法等。
1、石灰石燒結法
石灰石燒結法工藝技術成熟，過程較為簡單，對設備耐腐蝕性要求低，應用前景較好，實現工業化生產難度低。
2、堿溶出法
堿溶出法又分為水熱法和亞熔鹽法。水熱法是用高濃度的 NaOH 溶液在高壓釜中高溫下與粉煤灰直接反應，同時加入少量的 CaO，破壞粉煤灰中的礦物相，使其中的鋁溶出，再對溶出液進行一定的處理即可得到Al2O3。
粉煤灰在亞熔鹽體系中，其穩定的含鋁物相結構被破壞，鋁元素被活化以 NaAlO2 的形式進入介質，實現鋁與其它組分的分離，其浸出率可達 90% 以上 。亞熔鹽的優異特性使亞熔鹽法避免了高溫反應，降低了堿的消耗量，實現了硅組分的高效利用，并且該法對于粉煤灰中的鋁硅比要求不高，發展前景更好，但亞熔鹽法作為高濃度堿浸出方法，對設備的高要求限制了其實現工業生產，需要對工藝過程進行優化完善。
3、酸浸法
該方法以 HCl、HF、H2SO4等濃酸作為溶出劑，以NH4F作為助溶劑與粉煤灰混合，使粉煤灰中的鋁溶出，對溶出液進行處理，使其以鋁鹽的形式沉淀析出，最后經干燥煅燒制得Al2O3。酸法包括直接酸浸、酸或酸性鹽焙燒法、硫酸氫銨法、氟化物助溶法、加壓浸出法、兩步酸浸法等。
4、水熱活化法
水熱活化法是以粉煤灰礦物特性和化學組成特點為基礎所研究的一種工藝方法。先將粉煤灰與一定量的碳酸鈉混合進行煅燒活化，然后加入適量的氧化鈣及氫氧化鈉溶液進行高壓水熱反應，經過蒸發結晶、再溶解、煅燒等步驟得到終產品氧化鋁。
結束語
粉煤灰中提取氧化鋁的工藝很多，很多先進工藝至今仍停留在實驗室階段。無論是酸法還是堿法工藝在工藝運行方面都存在一定的工藝或成本問題，總的來說，從粉煤灰中提取氧化鋁，實現可持續發展，還有很長的路要走，新材料、新設備和新工藝都是其未來發展必不可少的部分。
參考來源：
[1]我國實現粉煤灰提取氧化鋁產業化.中國化工報
[2]王麗杰.粉煤灰提取氧化鋁工藝進展
[3]王衛江等.從粉煤灰提取氧化鋁的技術現狀及工藝進展
[4]朱輝等.從粉煤灰中提取氧化鋁技術進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
