粉煤灰主要是發(fā)電廠燃煤燃燒后的產(chǎn)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(dá)到30%以上，某些地區(qū)的高鋁粉煤灰中Al2O3甚至高達(dá)50%，是代替鋁土礦的理想材料。
目前，粉煤灰中鋁回收技術(shù)主要是濕法浸出，包括酸浸法、堿浸法、酸堿聯(lián)合法等。
1、堿法工藝
粉煤灰堿法回收鋁主要以燒結(jié)法為主，先將粉煤灰與燒結(jié)劑的混合料在高溫下燒結(jié)，然后采用濕法浸出燒結(jié)熟料，浸出液經(jīng)脫硅、沉淀、焙燒等過程得到氧化鋁。
該方法目前采用最多的燒結(jié)劑是石灰石和堿石灰，存在產(chǎn)渣量大、能耗高和鋁浸出率低的問題，是傳統(tǒng)粉煤灰堿法回收鋁工藝的致命性缺點(diǎn)。
預(yù)脫硅－堿石灰燒結(jié)法在一定程度上可以減少產(chǎn)渣量和提高鋁浸出率。該工藝的預(yù)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(jié)劑的用量，使產(chǎn)渣量降低70%左右，但預(yù)脫硅增加了工藝的復(fù)雜性，且不可避免會(huì)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(xué)者開發(fā)了一些新型工藝技術(shù)。Zhang等采用微波加熱輔助燒結(jié)粉煤灰與石灰石混合料，微波輔助加熱技術(shù)大幅度降低了工藝能耗，但微波加熱設(shè)備價(jià)格一般比較昂貴，整體經(jīng)濟(jì)性尚需論證。Sun等提出了一種預(yù)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(yù)脫硅粉煤灰提取鋁，在最優(yōu)條件下，Al的提取率可達(dá)92%。該方法以強(qiáng)堿溶出替代高溫?zé)Y(jié)，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(jìn)行浸出，粉煤灰中氧化鋁與酸反應(yīng)生成AlCl3或Al2(SO4)3進(jìn)入酸浸液，然后酸浸液經(jīng)除雜、結(jié)晶、焙燒等過程得到氧化鋁。
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(dá)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(jìn)行活化預(yù)處理，使灰中的莫來石和剛玉轉(zhuǎn)化為酸溶相，從而獲得較高的鋁浸出率。張?jiān)品宓炔捎?NH4)2SO4在400℃下活化PC粉煤灰，然后使用HCl浸出，Al的提取率達(dá)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，F(xiàn)e、Ca等雜質(zhì)元素隨Al一起進(jìn)入酸浸液，酸浸液中金屬離子眾多，使Al和雜質(zhì)元素實(shí)現(xiàn)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(diǎn)。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(jìn)行除鐵試驗(yàn)，在最優(yōu)條件下，鐵的去除率高達(dá)99.8%。溶劑萃取法設(shè)備簡單、處理量大、成本低，可以獲得較高除鐵率，但強(qiáng)酸環(huán)境對萃取有機(jī)相溶損嚴(yán)重、對萃取設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，目前很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
李世春等采用樹脂吸附法對酸浸液進(jìn)行了除鐵中試試驗(yàn)，F(xiàn)e的去除率高達(dá)99.63%。王愛愛等比較了多種從酸浸液中除鈣的方法，結(jié)果表明，樹脂除鈣法效果最佳，Ca的去除率高達(dá)99.2%。
國家能源集團(tuán)在粉煤灰鹽酸法生產(chǎn)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(chǎn)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(huán)境好，但存在處理能力有限，投資成本比較高的缺點(diǎn)，整體經(jīng)濟(jì)性不佳。
3、酸堿聯(lián)合法
酸堿聯(lián)合法主要是Na2CO3和粉煤灰按比例燒結(jié)，熟料用烯酸溶解后，得到的含鋁溶液加入NaOH調(diào)節(jié)pH值得到NaAlO2溶液，煅燒后得到Al2O3產(chǎn)品。
蔣訓(xùn)雄等研究人員以高鋁粉煤灰為原料，采用酸堿聯(lián)合法從粉煤灰中提取氧化鋁，氧化鋁提取率達(dá)92.46%；宗燕兵等研究人員將造塊焙燒引入酸堿聯(lián)合法，在堿灰比為0.6、焙燒溫度為825℃、焙燒時(shí)間為150min、硫酸濃度為3mol/L、酸浸溫度為70℃、酸浸時(shí)間為100min的最優(yōu)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(xù)出現(xiàn)了一些新型的粉煤灰提鋁工藝，如水化學(xué)法、真空熱還原法、碳熱氯化法等。
水化學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)是鋁提取率高、能耗低、硅渣易分解，但相對高的堿濃度導(dǎo)致漿料的黏度很高，不利于漿料的流動(dòng);另外，反應(yīng)介質(zhì)的循環(huán)效率比較低，造成物耗比較大。真空熱還原法與傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝相比，幾乎沒有二次污染物，更加綠色環(huán)保。
碳熱氯化法與酸堿法相比，不產(chǎn)生酸、堿、水、渣廢物，循環(huán)中可使用氯氣作為原料，且在提鋁的同時(shí)提取了硅、鈣和鈦，實(shí)現(xiàn)了粉煤灰中多種元素的協(xié)同提取。
但真空熱還原法和碳熱氯化法目前還處于實(shí)驗(yàn)室小試研究階段，能否適用于工業(yè)化還需進(jìn)一步驗(yàn)證。
資料來源：《武飛樂,李世春.粉煤灰中鋁、鎵、鋰回收技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國有色冶金,2023,52(02):116-125》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
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