中國粉體網訊 粉煤灰是在燃煤發電、供熱取暖、金屬冶煉以及其他使用燃煤行業中燃煤過程產生的細微固體顆粒物，是我國主要工業固廢之一，早在2020 年底，我國粉煤灰的年產量便達到9億 t，累計堆積量突破到30億t。
粉煤灰中含有大量的氧化鋁，尚未得到有效的利用，因此，從粉煤灰中提取氧化鋁不僅可以減輕環境污染，也可以解決我國鋁土礦資源短缺的問題。
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1920年美國發現粉煤灰中氧化物具有火山灰特性，開始粉煤灰的綜合利用研究，1978年希臘雅典國家技術大學研發了一種用氫氟酸浸溶粉煤灰提取氧化鋁的新技術，1980年美國橡樹山國家實驗室采用直接酸溶法從粉煤灰中回收氧化鋁，1982年加拿大用高溫氯化法從粉煤灰中回收氧化鋁，日本化學技術研究院1990年研發了一種用HF和鹽酸的混合酸為溶劑的新的直接酸浸工藝。我國對粉煤灰提取氧化鋁的研究開始于20世紀80年代，到現在已有三四十年，已形成堿法、酸法、酸堿聯合法等多種方法。
酸法工藝
基于粉煤灰中的二氧化硅幾乎不溶于酸的特性，一系列的酸被用作浸出劑，如硫酸、鹽酸、硝酸等。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。
酸法工藝流程
酸法提取氧化鋁的工藝流程如上圖所示，首先使用無機酸（硫酸、鹽酸、硝酸）處理粉煤灰中含鋁物質且不與二氧化硅發生反應，使之成為酸性的鋁鹽溶液，進而分離硅渣與鋁鹽溶液，然后通過蒸發結晶和煅燒得到氧化鋁。雖然流程短，溫度低，但由于粉煤灰中的Al2O3主要以莫來石相（Al6Si2O13）形式存在，結構穩定，難以活化，不易反應，使得酸浸提取困難。為了克服這一弊端，企業往往需要耗費大量時間和成本。
堿法工藝
堿法提取氧化鋁的工藝流程如下圖所示，在1300～1400℃的燒結過程中，加入定量的石灰，活化莫來石相以及其他的硅酸鹽，然后添加碳酸鈉溶出，進而提高浸取率。燒結過程產品自崩解，降低能耗，使得該法可成功應用于工業生產。
堿法工藝流程
堿法主要分為堿石灰燒結法和預脫硅石灰石燒結法。堿石灰燒結法工藝便捷，適于大規模生產，但是每生產1t的Al2O3會帶來8～10t的CaSiO3殘渣，不僅浪費資源，也會污染環境，固廢處理壓力極大；而預脫硅石灰石燒結法雖然提高了硅的利用率，減少了水泥的產出，生產的氧化鋁符合工業級，但是仍然會產生大量CaSiO3渣。二氧化硅在浸出過程中不可避免地溶解了2～3wt%（以氧化鋁為基準），降低了氧化鋁的產率。因此，應避免燒結法存在的能耗高、投資大的問題，減少甚至消除CaSiO3渣，處理好粉煤灰中的二氧化硅資源，將進一步拓寬對粉煤灰的深層次利用，衍生相關產業，進而促進其產業化進程。
酸堿聯合法
酸堿聯合法是一種利用Na2CO3和粉煤灰混合燒結的方法，通過分解粉煤灰中的莫來石和鋁硅酸鹽來提高其活性。該方法中，熟料經稀酸溶解浸出后，生成的AlCl3或Al2(SO4)3溶液經過除雜處理后與NaOH中和，形成Al(OH)3沉淀，再通過煅燒得到Al2O3產品。
酸堿聯合法結合了堿法和酸法的優點，可以得到高純度和高提取率的氧化鋁，且該工藝耗能低。不過，該工藝操作流程相對較復雜，大量消耗酸堿試劑，且碳酸鈉難以回收，造成了二次污染。目前，酸堿聯合法仍處于實驗室研究階段。
小結
隨著我國經濟社會的快速發展，對鋁土資源的需求與資源儲量的矛盾日益顯著，從高鋁粉煤灰中提取Al2O3已經成為緩解供需矛盾的有效措施。尤其在高鋁粉煤灰制備高端氧化鋁實現高值化應用方面具有重要意義。
9月27日，中國粉體網將在江蘇·揚州舉辦2024全國高純氧化鋁粉體制備技術及應用交流大會。沈陽工業大學吳玉勝教授將蒞臨大會并作題為《氫氨法制備高純氧化鋁及其應用》的報告，吳玉勝教授將在報告中介紹硫酸氫氨溶液濕法浸出高鋁粉煤灰制備前驅體硫酸鋁銨的工藝方法和工藝參數，硫酸鋁銨在添加劑存在的條件下純化過程；同時介紹以純化后的硫酸鋁銨直接焙燒獲得氧化鋁產品為原料，制備透明陶瓷的工藝條件及其性能，進而對以純化硫酸鋁銨直接形成溶液采用沉淀法制備介孔氧化鋁的工藝條件進行介紹；整體對硫酸氫氨溶液浸出高鋁粉煤灰生產氧化鋁的可行性加以分析。
參考來源：
[1]于波等.粉煤灰提取氧化鋁的資源化利用
[2]馮葉等.粉煤灰提取氧化鋁工藝的研究進展
[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]張宇娟等.高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝研究進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
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