粉煤灰变身氧化铝：一场关于废物利用的魔术盛宴！

中国粉体网讯  粉煤灰是在燃煤发电、供热取暖、金属冶炼以及其他使用燃煤行业中燃煤过程产生的细微固体颗粒物，是我国主要工业固废之一，早在2020 年底，我国粉煤灰的年产量便达到9亿 t，累计堆积量突破到30亿t。

粉煤灰中含有大量的氧化铝，尚未得到有效的利用，因此，从粉煤灰中提取氧化铝不仅可以减轻环境污染，也可以解决我国铝土矿资源短缺的问题。

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1920年美国发现粉煤灰中氧化物具有火山灰特性，开始粉煤灰的综合利用研究，1978年希腊雅典国家技术大学研发了一种用氢氟酸浸溶粉煤灰提取氧化铝的新技术，1980年美国橡树山国家实验室采用直接酸溶法从粉煤灰中回收氧化铝，1982年加拿大用高温氯化法从粉煤灰中回收氧化铝，日本化学技术研究院1990年研发了一种用HF和盐酸的混合酸为溶剂的新的直接酸浸工艺。我国对粉煤灰提取氧化铝的研究开始于20世纪80年代，到现在已有三四十年，已形成碱法、酸法、酸碱联合法等多种方法。

酸法工艺

基于粉煤灰中的二氧化硅几乎不溶于酸的特性，一系列的酸被用作浸出剂，如硫酸、盐酸、硝酸等。酸法包括直接酸浸、酸或酸性盐焙烧法、硫酸氢铵法、氟化物助溶法、加压浸出法、两步酸浸法等。

酸法工艺流程

酸法提取氧化铝的工艺流程如上图所示，首先使用无机酸（硫酸、盐酸、硝酸）处理粉煤灰中含铝物质且不与二氧化硅发生反应，使之成为酸性的铝盐溶液，进而分离硅渣与铝盐溶液，然后通过蒸发结晶和煅烧得到氧化铝。虽然流程短，温度低，但由于粉煤灰中的Al₂O₃主要以莫来石相（Al₆Si₂O₁₃）形式存在，结构稳定，难以活化，不易反应，使得酸浸提取困难。为了克服这一弊端，企业往往需要耗费大量时间和成本。

碱法工艺

碱法提取氧化铝的工艺流程如下图所示，在1300～1400℃的烧结过程中，加入定量的石灰，活化莫来石相以及其他的硅酸盐，然后添加碳酸钠溶出，进而提高浸取率。烧结过程产品自崩解，降低能耗，使得该法可成功应用于工业生产。

碱法工艺流程

碱法主要分为碱石灰烧结法和预脱硅石灰石烧结法。碱石灰烧结法工艺便捷，适于大规模生产，但是每生产1t的Al₂O₃会带来8～10t的CaSiO₃残渣，不仅浪费资源，也会污染环境，固废处理压力极大；而预脱硅石灰石烧结法虽然提高了硅的利用率，减少了水泥的产出，生产的氧化铝符合工业级，但是仍然会产生大量CaSiO₃渣。二氧化硅在浸出过程中不可避免地溶解了2～3wt%（以氧化铝为基准），降低了氧化铝的产率。因此，应避免烧结法存在的能耗高、投资大的问题，减少甚至消除CaSiO₃渣，处理好粉煤灰中的二氧化硅资源，将进一步拓宽对粉煤灰的深层次利用，衍生相关产业，进而促进其产业化进程。

酸碱联合法

酸碱联合法是一种利用Na₂CO₃和粉煤灰混合烧结的方法，通过分解粉煤灰中的莫来石和铝硅酸盐来提高其活性。该方法中，熟料经稀酸溶解浸出后，生成的AlCl₃或Al₂(SO₄)₃溶液经过除杂处理后与NaOH中和，形成Al(OH)₃沉淀，再通过煅烧得到Al₂O₃产品。

酸碱联合法结合了碱法和酸法的优点，可以得到高纯度和高提取率的氧化铝，且该工艺耗能低。不过，该工艺操作流程相对较复杂，大量消耗酸碱试剂，且碳酸钠难以回收，造成了二次污染。目前，酸碱联合法仍处于实验室研究阶段。

小结

随着我国经济社会的快速发展，对铝土资源的需求与资源储量的矛盾日益显著，从高铝粉煤灰中提取Al₂O₃已经成为缓解供需矛盾的有效措施。尤其在高铝粉煤灰制备高端氧化铝实现高值化应用方面具有重要意义。

9月27日，中国粉体网将在江苏·扬州举办2024全国高纯氧化铝粉体制备技术及应用交流大会。沈阳工业大学吴玉胜教授将莅临大会并作题为《氢氨法制备高纯氧化铝及其应用》的报告，吴玉胜教授将在报告中介绍硫酸氢氨溶液湿法浸出高铝粉煤灰制备前驱体硫酸铝铵的工艺方法和工艺参数，硫酸铝铵在添加剂存在的条件下纯化过程；同时介绍以纯化后的硫酸铝铵直接焙烧获得氧化铝产品为原料，制备透明陶瓷的工艺条件及其性能，进而对以纯化硫酸铝铵直接形成溶液采用沉淀法制备介孔氧化铝的工艺条件进行介绍；整体对硫酸氢氨溶液浸出高铝粉煤灰生产氧化铝的可行性加以分析。

参考来源：

[1]于波等.粉煤灰提取氧化铝的资源化利用

[2]冯叶等.粉煤灰提取氧化铝工艺的研究进展

[3]王卫江等.从粉煤灰提取氧化铝的技术现状及工艺进展

[4]张宇娟等.高铝粉煤灰提取氧化铝工艺研究进展

（中国粉体网编辑整理/山川）

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