要闻

高铝粉煤灰提取氧化铝的研究

中国粉体网 2018/7/16 08:11:37 点击 1018 次

导读 铝元素在地壳中的含量位于第三位,仅次于氧和硅,是地壳中含量最丰富的金属元素。因为铝及其合金具有性能优异、价格较低、回收率较高的特点,所以在建筑、交通、电子、机械、日常耐用消费品、包装材料等领域广受好评。我国幅员辽阔,但铝土矿的资源却并不丰富。

中国粉体网讯


我国铝资源概况


铝元素在地壳中的含量位于第三位,仅次于氧和硅,是地壳中含量最丰富的金属元素。因为铝及其合金具有性能优异、价格较低、回收率较高的特点,所以在建筑、交通、电子、机械、日常耐用消费品、包装材料等领域广受好评。我国幅员辽阔,但铝土矿的资源却并不丰富。


全球铝土矿成矿带主要分布在非洲、大洋洲、南美洲及东南亚。从全球铝土矿储量角度来看,我国的铝土矿储量为9.8亿吨,不仅远低于几内亚、澳大利亚、巴西,即便在亚洲也低于越南和印度尼西亚。

 

但最近几年,我国铝行业发展较快,全国氧化铝产能占全球总产能的54%,成为全球产出氧化铝最多的国家。随着氧化铝产量的提高,我国铝行业面临的压力也就与日俱增,进口铝土矿的依存度达60%。资源供应能力面临较大压力,再者,我国人口众多,对铝加工制品的需求力度较大,因而未来供不应求的局面越来越大。所以,解决铝土矿资源匮乏,是目前我国亟待解决的一大重要资源问题之一。


我国铝土矿和氧化铝的产量及进口量

 

 

高铝粉煤灰对提取氧化铝的意义


针对我国铝土矿资源不足的状况,利用高铝粉煤灰生产氧化铝可以有望缓解铝资源的不足,而且可减少粉煤灰对大气、水体的污染和大量土地资源的占用。


高铝粉煤灰:潜在的铝资源


粉煤灰是燃煤中的粘土矿物及伴生矿物在高温下煅烧后的产物,粉煤灰的化学成分主要为硅、铝、铁、钙的硅酸盐和氧化物。据统计2015年粉煤灰排放量达5.8亿吨。再加上历年排放堆放在灰场的25亿吨以上的粉煤灰,由此产生的占地和环境污染问题十分突出。


代表性高铝粉煤灰的化学成分分析结果

 

高铝粉煤灰提取氧化铝的技术方法


目前,高铝粉煤灰提取氧化铝的技术主要包括碱法、酸法和酸碱联合法。


碱法


碱法提取氧化铝工艺有石灰石烧结法、碱石灰烧结法、两步碱溶法和碱溶-烧结法联合法。


碱法各性能对比



酸法


酸法是采用无机酸处理高铝粉煤灰,生产相应的铝盐如AlCl3、Al2(SO4)3等原料中的氧化硅生产偏硅酸胶体残渣。


酸法提取氧化铝的主要化学反应如下:

 

优点:流程简单,能耗较低,SiO2组分可用于生产高附加值的无机硅化合物产品,如白炭黑等。

加热酸液溶解粉煤灰可有效实现铝硅分离,提高氧化铝溶出率。


该法存在循环酸量大,设备腐蚀严重,酸蒸汽污染环境等问题。


缺点:反应过程生成氟化物气体,需要昂贵的钽铌合金设备,且对空气和水体造成严重污染。


酸碱联合法


工艺过程:高铝粉煤灰与纯碱按比例混合

 

优点:Al2O3提取率高达98%,且SiO2组分利用率高,产品附加值高,工艺流程能耗低。

缺点:工艺过程复杂,酸碱消耗量大,难以实现循环利用。

 

高铝粉煤灰两步碱溶法提取氧化铝工艺流程图


提取氧化铝新技术:低钙烧结法


通过对高铝粉煤灰提取氧化铝的酸碱联合法、两步碱溶法、碱溶-烧结联合法等技术研究基础上,发现,各个方法都有明显的不足之处。


低钙烧结法的主要创新点在于低钙烧结可大幅度减少石灰石消耗量和硅钙渣排放量。


工艺流程


高铝粉煤灰进行碱溶预脱硅处理,以NaOH碱液溶解玻璃体中的无定型SiO2,达到提高原料铝硅比的目的。所得Na2SiO3滤液可用于制备白炭黑和多孔氧化硅等硅酸钙沉淀,采用水热处理和煅烧制备针状硅灰石。制备硅灰石过程发生如下化学反应:

 

高铝粉煤灰预脱硅-低钙烧结法提取氧化铝工艺流程图


与石灰石烧结法和碱石灰烧结法相比,低钙烧结法技术具有低物耗和低能耗的显著优势,且铝渣排放量少,可制成新型墙体材料,从而实现高铝粉煤灰的完全资源化利用。


用高铝粉煤灰提取氧化铝相比于碱法,从资源消耗、能源消耗、尾气排放以及产品方案等方面均有很明显的改善。


高铝粉煤灰提取氧化铝技术发展前景


(1)利用高铝粉煤灰提取氧化铝,对降低中国铝资源的进口依存度和改善生态环境均具有重大战略意义,与酸法和酸碱联合法相比,以高铝粉煤灰为原料碱法提取氧化铝的技术具有良好的产业化前景。


(2)采用碱法提取氧化铝技术,必然副产大量沉淀硅酸钙或硅灰石粉体,排放大量硅钙尾渣。

国家或地方政府应出台相关的产业配套和扶持政策,在充分利用高铝粉煤灰中氧化铝资源的同时,科学规划和掌控副产品的市场定位,引导相关行业的健康发展。


(3)国家相关部门应加强统筹规划,积累倡导在国家层面上逐步建立和发展跨行业领域的循环经济产业链体系。


(4)投资高铝粉煤灰生产氧化铝的企业,必须拥有较强的技术水平和资金实力,具有长期稳定的高铝粉煤灰原料供应,以及能够消化硅钙渣副产品的市场培育能力。

   
相关新闻: