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        技術進展
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        【技術】一文了解粉煤灰提鋁技術及研究進展
        來源:中國粉體技術網    更新時間:2023-11-01 15:34:41    瀏覽次數:
         
          粉煤灰主要是發電廠燃煤燃燒后的產物,粉煤灰中除了未燃炭,還有大量的SiO2和Al2O3,其中Al2O3的含量達到30%以上,某些地區的高鋁粉煤灰中Al2O3甚至高達50%,是代替鋁土礦的理想材料。
          
          目前,粉煤灰中鋁回收技術主要是濕法浸出,包括酸浸法、堿浸法、酸堿聯合法等。
         
        【技術】一文了解粉煤灰提鋁技術及研究進展   
         
          1、堿法工藝
          
          粉煤灰堿法回收鋁主要以燒結法為主,先將粉煤灰與燒結劑的混合料在高溫下燒結,然后采用濕法浸出燒結熟料,浸出液經脫硅、沉淀、焙燒等過程得到氧化鋁。
         
        【技術】一文了解粉煤灰提鋁技術及研究進展   
          
          該方法目前采用最多的燒結劑是石灰石和堿石灰,存在產渣量大、能耗高和鋁浸出率低的問題,是傳統粉煤灰堿法回收鋁工藝的致命性缺點。
          
          預脫硅-堿石灰燒結法在一定程度上可以減少產渣量和提高鋁浸出率。該工藝的預脫硅處理可以使粉煤灰的硅含量下降40%左右,灰中鋁硅比得到大幅度提高,從而減少了燒結劑的用量,使產渣量降低70%左右,但預脫硅增加了工藝的復雜性,且不可避免會損失部分氧化鋁,使鋁的總回收率有所降低。
          
          為了降低能耗,許多學者開發了一些新型工藝技術。Zhang等采用微波加熱輔助燒結粉煤灰與石灰石混合料,微波輔助加熱技術大幅度降低了工藝能耗,但微波加熱設備價格一般比較昂貴,整體經濟性尚需論證。Sun等提出了一種預脫硅-混合堿浸出的方法,先用低濃度的NaOH溶液處理粉煤灰,然后用NaOH+Ca(OH)2混合堿溶液從預脫硅粉煤灰提取鋁,在最優條件下,Al的提取率可達92%。該方法以強堿溶出替代高溫燒結,能耗較小,但其耗堿量較大。
          
          2、酸法工藝
          
          粉煤灰酸法回收鋁主要以酸浸工藝為主,先采用鹽酸或硫酸對粉煤灰進行浸出,粉煤灰中氧化鋁與酸反應生成AlCl3或Al2(SO4)3進入酸浸液,然后酸浸液經除雜、結晶、焙燒等過程得到氧化鋁。
         
        【技術】一文了解粉煤灰提鋁技術及研究進展   
          
          CFB粉煤灰中鋁的活性普遍較高,采用直接酸浸法即可獲得較高的鋁浸出率。李文清等以CFB粉煤灰為原料,采用HCl浸出,Al的浸出率達到了85.84%。與CFB粉煤灰相比,PC粉煤灰中的鋁主要以莫來石和剛玉形式存在,酸溶活性較差。因此需要在浸出前對粉煤灰進行活化預處理,使灰中的莫來石和剛玉轉化為酸溶相,從而獲得較高的鋁浸出率。張云峰等采用(NH4)2SO4在400℃下活化PC粉煤灰,然后使用HCl浸出,Al的提取率達到85.4%。Li等以NaCl為活化劑,HCl為浸出劑,Al的提取率超過90%。
          
          在酸浸出的過程中,Fe、Ca等雜質元素隨Al一起進入酸浸液,酸浸液中金屬離子眾多,使Al和雜質元素實現高效分離得到高純度的富鋁液,一直是鋁回收過程中的研究重點。目前,主要采用的方法有溶劑萃取法和樹脂吸附法。
          
          賈光林等采用N503+TBP+正辛醇萃取體系對酸浸液進行除鐵試驗,在最優條件下,鐵的去除率高達99.8%。溶劑萃取法設備簡單、處理量大、成本低,可以獲得較高除鐵率,但強酸環境對萃取有機相溶損嚴重、對萃取設備腐蝕性強,目前很難實現工業化生產。
          
          李世春等采用樹脂吸附法對酸浸液進行了除鐵中試試驗,Fe的去除率高達99.63%。王愛愛等比較了多種從酸浸液中除鈣的方法,結果表明,樹脂除鈣法效果最佳,Ca的去除率高達99.2%。
          
          國家能源集團在粉煤灰鹽酸法生產氧化鋁過程中,酸浸液除鐵和除鈣均采用了樹脂吸附法,取得了比較好的效果,產品氧化鋁中Fe含量不大于0.002%,Ca含量不大于0.03%。與溶劑萃取法相比,樹脂吸附法效率高、操作環境好,但存在處理能力有限,投資成本比較高的缺點,整體經濟性不佳。
          
          3、酸堿聯合法
          
          酸堿聯合法主要是Na2CO3和粉煤灰按比例燒結,熟料用烯酸溶解后,得到的含鋁溶液加入NaOH調節pH值得到NaAlO2溶液,煅燒后得到Al2O3產品。
          
          蔣訓雄等研究人員以高鋁粉煤灰為原料,采用酸堿聯合法從粉煤灰中提取氧化鋁,氧化鋁提取率達92.46%;宗燕兵等研究人員將造塊焙燒引入酸堿聯合法,在堿灰比為0.6、焙燒溫度為825℃、焙燒時間為150min、硫酸濃度為3mol/L、酸浸溫度為70℃、酸浸時間為100min的最優條件下氧化鋁浸出率為84%。
          
          4、其他方法
          
          除了研究比較多的堿法和酸法工藝外,陸續出現了一些新型的粉煤灰提鋁工藝,如水化學法、真空熱還原法、碳熱氯化法等。
         
        【技術】一文了解粉煤灰提鋁技術及研究進展   
          
          水化學法的優點是鋁提取率高、能耗低、硅渣易分解,但相對高的堿濃度導致漿料的黏度很高,不利于漿料的流動;另外,反應介質的循環效率比較低,造成物耗比較大。真空熱還原法與傳統的燒結工藝相比,幾乎沒有二次污染物,更加綠色環保。
          
          碳熱氯化法與酸堿法相比,不產生酸、堿、水、渣廢物,循環中可使用氯氣作為原料,且在提鋁的同時提取了硅、鈣和鈦,實現了粉煤灰中多種元素的協同提取。
          
          但真空熱還原法和碳熱氯化法目前還處于實驗室小試研究階段,能否適用于工業化還需進一步驗證。
          
          資料來源:《武飛樂,李世春.粉煤灰中鋁、鎵、鋰回收技術研究進展[J].中國有色冶金,2023,52(02):116-125》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
          
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