资源绿色化综合利用

1、粉煤灰综合利用冶金0903 赵志强 摘要：铝资源匮乏，导致铝工业形势严峻，综述了近年来国内外从粉煤灰中提取氧化铝的制备工艺及进展。分别从各制备工艺的特点、优点及其存在的缺陷等方面进行简要的评述,并对其发展趋势进行了阐述。关键词：铝资源；粉煤灰；氧化铝；提取0 引言在国家优先发展铝的方针指导下,我国铝工业走过了半个世纪的发展历程,已形成地质、采矿、选矿、冶炼、产品开发、教育、科研、设计、施工、商务贸易较完整的工业体系,先后建成抚顺、山东、郑州、贵州、兰州、青海、白银、陕西、包头、青铜峡、平果、云南、焦作等一批电解铝厂和一批中小电解铝厂,带动了相关产业的发展。但是，这也使得我国的铝矿石资源被大量开

2、发，导致铝资源匮乏。 我国正处于工业化中期阶段,随着我国经济和社会发展进程加快,对铝的需求日益增长, 20世纪90年代以来,我国原铝消费年均以16%的速度递增, 2004年我国原铝的消费量占世界份额的24%。按照我国国民经济发展规划到2020年GDP比2000年翻两番,年均保持7. 3%的增长速度,对铝的需求会越来越大。目前我国铝土矿正规开采的比例不到50%。而采富弃贫、采大弃小、采易弃难、乱采滥挖高达50%以上,资源浪费很大。我国铝土矿目前主要是私营小规模群采,约占全国冶金用铝土矿的65%,是国有矿山产量的2倍,采矿方法落后,回采率不到30%,最低为12%。据我国国土资源部公布的资料显示，截

3、至2010 年底，全国铝矾土累计查明资源储量为 37.5亿 t，基础储量约为 8.97 亿 t。与其他铝矾土资源丰富的国家相比，我国铝矾土资源相对匮乏，现已探明可经济利用的铝矾土储量静态保障年限仅有 9 年。而目前我国已成为世界氧化铝生产第二大国，铝矾土资源需求大幅增长。我国国内铝矾土的特点是高铝、高硅、低铁；铝硅比（A/S）大都在 47之间，矿石类型绝大部分为一水硬铝石，这种矿石不能直接使用拜耳法生产氧化铝，使得我国以联合法生产氧化铝为主。为了进一步降低氧化铝成本，提高国际竞争力，国内多家氧化铝企业开始进口铝矾土矿石采用拜耳法生产氧化铝。而且，近年来我国铝矾土矿石进口量呈现连续快速增加之势，

4、除了 2009 年有所下降之外对外依存度逐年提高，2011 年甚至已接近 60%。我国铝矾土进口主要来源是印尼和澳大利亚，并有少量来自印度，根据 2011 年前 11 个月的统计数据，我国将近 80%的铝矾土进口依靠印尼（百川资讯，2012）。正是由于我国铝土矿资源的匮乏，从粉煤灰中提取氧化铝的制备工艺越来越广泛的收到人们的关注。粉煤灰是无机煤在高温燃烧后所残留的固体废弃物。有关资料显示,我国的煤年总消耗量约11.06亿t,到2020年,我国粉煤灰的年总排放量加上目前我国已有的20亿t粉煤灰累积堆存量,总的堆存量将达到30多亿t。粉煤灰中含有许多可回收利用的元素,如Si，Al，Fe等。如果能将

5、粉煤灰中的Al、Fe等提取出来,加以利用,一方面,可以解决粉煤灰带来的占用土地、污染环境等问题,缓解粉煤灰废置给环境带来的负面影响,另一方面,也可以使之成为一种廉价的再生资源。粉煤灰不仅可以作为一种宝贵的铝资源，在其他行业中同样有广泛的应用。1 粉煤灰的基本特征研究表明,粉煤灰是一种高分散度的固相集合体,其颗粒形态主要为非晶质相的空心微珠、无定形的碳粒、不规则的玻璃体及其它矿物碎屑。矿物组合中除了一部分未燃尽的细小碳粒外,大部分是SiO2和Al2O3的固熔体,另有-石英、方解石、钙长石、赤铁矿、磁铁矿及莫来石,还有一些残留的煤矸石等。这些矿物一般不以单体矿物状态存在,通常以多相集合体形式出现。

6、2 从粉煤灰中提取铝的工艺2.1 直接酸浸法 硫酸浸取法是以粉煤灰和硫酸为原料,经细磨焙烧活化,用硫酸浸出硫酸铝,结晶制备出硫酸铝结晶,再经煅烧等过程而制备出氧化铝。研究了硫酸浸取法从粉煤灰中提取氧化铝,回收率最高可达93. 2%。最佳实验条件为:在8590温度下溶出Al3+,浸出时间4090 min,硫酸铝溶液在110120浓缩出硫酸铝晶体,然后在810左右煅烧4. 06. 0 h而制得-Al2O3。以氟化铵作为助溶剂,采9.0mol/L的浓硫酸直接浸取法制备氧化铝了,最佳条件为:m(粉煤灰) /m(浓硫酸)=0. 5,溶解2. 0 h,氟化铵用量为粉煤灰的8%,然后沸腾下反应,过滤、纯化、

7、煅烧,制得氧化铝。氧化铝的浸出率达到97. 36%。该工艺虽然具有较高的浸出率,但由于采用了用氟化物作为助溶剂对环境造成一定的污染,使得该方法的应用受到一定的限制。2.2 煅烧-酸浸法粉煤灰中的SiO2和Al2O3是结合强度较高的玻璃体,大部分Al2O3是以活性很差的莫来石结构存在,采用直接酸浸法Al2O3很难有较高的浸出率,因此必须对粉煤灰进行活化处理,以提高Al2O3的活性。通常主要有两种方式活化粉煤灰中的Al2O3,一是采用石灰,二是用纯碱与粉煤灰混合后,经过煅烧处理,破坏粉煤灰中的莫来石结构,从而使Al2O3得以活化再用酸浸出而制得Al2O3。2.2.1 石灰煅烧-酸浸法 该方法通常采

8、用石灰或者石灰石与粉煤灰混合后高温煅烧,使莫来石结构得以破坏而使其活化,然后采用酸浸法使Al3+溶出到溶液中制得Al2O3。石灰活化煅烧过程的反应式为:7(3Al2O3SiO2)+64CaO3(12CaO7Al2O3)+14(2CaOSiO2)酸浸溶出过程的反应式为:12CaO7Al2O3+12Na2CO3+33H2O14NaAl(OH)4+12CaCO3+10NaOH2.2.2 纯碱煅烧-酸浸法 该法是以纯碱代替石灰对粉煤灰进行活化,煅烧活化过程的主要反应式为:Na2CO3Na2O+CO2 Na2O+4SiO2Na2Si(Si3O9)Na2O+ Al2O32NaAlO2 3Na2O+4SiO

9、2+3Al2O3SiO23Na2OAl2O32SiO2铝溶出过程的反应式为:NaAlO2+4H+Al3+Na+2H2O Al3+3OH-Al(OH)33 粉煤灰在其他行业中的应用3.1 粉煤灰微量元素肥料粉煤灰微量元素肥料是一种肥效长，易被植物吸收，见效快，易储存的新型肥料。制法:将粉煤灰、硼砂、闪锌矿、软锰矿制成细粒状物，根据一定比例混合均匀入窑，在13001600高温下锻烧成硅酸盐结晶微量元素块，而后粉碎成粉状即成。本品易被植物吸收，故肥效高，安全可靠，用于谷物、豆、麻、棉花、蔬菜、果树等作物，可增产1050%，是很理想的微量元素肥料。3.2 利用粉煤灰制造磷肥国内首创粉煤灰磷肥获得成功。

10、由中科院南京土壤所、安徽淮南田家庵发电厂、淮南市农科所共同研制的粉煤灰新型高温磷肥，通过了省级鉴定，并获国家专利，目前这项成果获得国家星火科技发明奖。这种高温磷肥是利用电厂粉煤灰，采用特殊工艺，选用优质磷矿石和新型添加剂配合而成。除含磷素外，还含有钾、硅、锌等20多种营养元素，肥效快，有效率达9名%以上。据专家们认为，这项成果在国内尚属首创，为火力电厂综合利用粉煤灰开辟了新的途径。3.3 利用粉煤灰制造含硅复合肥煤粉被充分燃烧后，在保持高温状态下立即投入常温(不高于20)水中使其完全非晶化，从而使煤灰中大部分硅酸盐成为植物易吸收的可溶性硅酸质肥料。该肥料对于稻科植物特别是对于增加水稻的硅化细胞

11、增大其耐病虫害、倒伏等能力有着重要的生理作用，同时粉煤灰中还含有不同量的硼、钼、锰等多种植物生育必需元素，因此它实质上是一种高效复合肥料。除此之外粉煤灰还是优良的土壤改良剂，能使农药(有机物)无机化，促进农药分解，有助于细菌增殖，从而使作物难以吸收。我国天津、北京吉林等地，经过大面积使用证明，施用粉煤灰的土地，有较好的增产效果，每亩施粉煤灰0.51.5吨，水稻、小麦、玉米、高粱约增产510%;大白菜、土豆、茄子等蔬菜作物可增产1035%。3.4 利用粉煤灰生产复合絮凝剂四川乐山东风电机厂推出一种用粉煤灰作原料生产复合絮凝剂的新工艺。该工艺以特定的物理和化学方法将含于粉煤灰中的有效元素置换出来，

12、再用添加剂和氢氧化钠进行重聚合，使聚合度近于极限。溶液呈黄褐色或灰褐色，也可经干燥后制成固态产品。该絮凝剂效果优良，用于水处理具有用药量少、成本低、净化迅速、水质好、脱色能力较强等优点。3.5 粉煤灰在建筑业上的新应用甘肃开发粉煤灰在建筑业上应用的新技术，干排粉煤灰直接使用，不需要磨细，大掺量，在灰土地基中掺粉煤灰取代大部分石灰。据测算，粉煤灰土可节约石灰149177kg/m3，降低成本57元/m，;粉煤灰水泥砂浆可节约水泥70%以上;200号混凝土可节约水泥7080kg/m3。3.6 粉煤灰综合利用生产岩棉纤维保定新型电力岩棉厂生产的产品，即节约了耕地，解决了污染，又为粉煤灰的综合利用开创了一条新路。该厂产品岩棉纤维制品在河北省第五届技术交易会上获得金奖。经有关部门报告，该项研究成果为国内首创。新型粉煤灰岩棉是以粉煤灰为主要原料研制而成的岩棉纤维，它具有保温、吸音、不蛀、不腐等优良性能，可用于工业保温、隔热和建筑等领域。经能源部电力建设研究所测试该厂产品，四项主要指标部全达到了优质标准，从而赢得了保温材料的管理部门和用户的信认。目前，该厂定货己超饱和。这个仅有64人的小厂年产值达到515万元，年增利税额224万元，投资利润