從粉煤灰中提取氧化鋁的六種工藝方法及其優缺點分析
從粉煤灰中提取氧化鋁的六種工藝方法及其優缺點分析
粉煤灰是煤炭燃燒后從電廠排出的工業固體廢物。鍋爐內，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)熔化后形成大量細小的球形顆粒，經過除塵器收集和與氣體分離后形成粉煤灰。根據燃煤鍋爐類型的不同，粉煤灰可分為循環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，主要利用堿與氧化鋁的反應，生成可溶解的鋁酸鈉，實現粉煤灰中鋁元素與雜質的分離。堿法的優點是方法簡單，技術成熟，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溫度為1300℃~1400℃，反應物為粉煤灰和石灰，旨在將氧化鋁轉化為溶解鋁酸鈣(12CaO·7Al2O3);與此同時，石灰與硅發生反應，產生不溶性硅酸二鈣(2CaO·SiO2);熟料活化后，溶解在Na2CO3溶液中，從而實現元素硅與鋁的分離;溶液先后經過脫硅、碳分、烘焙，形成氧化鋁產品。
過程中存在的問題：①需要引入大量的石灰石，造成后續廢渣較多，需要配套產能較高的水泥。②1300℃~1400℃的烘焙溫度，能耗高。③烘焙難以控制，烘焙溫度狹窄，熟料質量難以保證。
02
預脫硅-堿石灰燒結法
預脫硅-堿石灰燒結法是在一定條件下，先用粉煤灰和NaOH液體溶解灰中的SiO2獲得硅酸鈉溶液，進一步生產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，氧化鋁通過燒結法獲得。
這種工藝具有以下優點：①預脫硅可顯著減少產渣量。②由于CaCO3的用量減少，因此能耗會低于直接鍛燒法。③基于堿石灰燒結法的廣泛應用，技術成熟可靠。
過程中存在的問題：①主要問題是預脫硅不徹底，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，首先使用無機酸(HCl、H2SO4、HNO3)處理粉煤灰，制成相應的鋁鹽溶液，除雜后蒸發結晶，烘烤后氧化鋁，吸收后循環使用相應的酸氣。在酸法中，硅不參與反應，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，同時聯產硅、釩、鐵等副產品。
“一步酸溶法”工藝主要由原料和溶解、沉降、除雜、蒸發結晶、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;高溫高壓溶出達到預定溶出率后，送至沉降單元進行固液分離;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形成;在烘焙過程中，晶體氯化鋁通過高溫煅燒形成終產品氧化鋁。
這種工藝具有以下優點：①工藝短，能耗低，酸可循環利用。②不但能產生氧化鋁，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因為鹽酸具有很強的腐蝕性，所以對設備材料的要求很高。
02
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生反應�；抑械难趸X和硫酸反應產生Al2(SO4)3，而灰中的SiO2不參與反應，從而實現硅和鋁的分離。溶解反應后的物料通過固液分離，獲得Al2(SO4)3粗制液;去除雜質，去除鐵、鈣等雜質，獲得精制液;精制液通過濃縮晶體獲得硫酸鋁晶體;晶體烘焙產生氧化鋁產品，烘焙產生的煙氣通過酸吸收工藝產生硫酸回收。
現在，工藝還沒有看到工業化的應用，主要是實驗室研究。
這種工藝具有以下優點：①氧化鋁在粉煤灰中的浸出率高達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，減少了廢渣產量。
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亞熔鹽法
利用亞熔鹽介質流動性好、沸點高、反應活性高、分離功能可調等優良特性，自主研發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，破壞灰中穩定的物相結構，使Al元素以NaAlO2的形式進入亞溶鹽，其余的Si、Ca、Na進入脫鋁渣，實現鋁渣分離，保證氧化鋁溶出率高于90%。與傳統的固相堿熔燒結反應相比，液體亞熔鹽與粉煤灰之間的液體固體反應具有更高的傳質效率和更快的速度，同時有效降低能耗和尾渣產生。
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