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粉煤灰處理方法——提取鋁、硅、鐵等元素
2017-09-05 訪問量：1821
近年來，我國的煤電工業迅速發展的同時帶來了固體廢棄物粉煤灰排放量的急劇增加，到 2007 年，我國粉煤灰的年排放量已超過 2 億噸，且仍在逐年增加，累計堆存量超過25 億噸。大量排放的粉煤灰既占用大量土地，又對土壤，水資源和空氣造成嚴重污染。因此，粉煤灰的綜合利用已成為當務之急。
目前，粉煤灰已在建工，建筑等多個領域得到應用，盡管用量較大，但其消化量遠遠趕不上排放量的增長，且屬于低附加值，低技術含量的粗放式利用。另一方面，粉煤灰中含有豐富的鋁、硅、鐵等有用元素，其中二氧化硅含量 40 ～ 60%，氧化鋁含量 17 ～ 35%，氧化鐵含量 2 ～ 15%，從粉煤灰中把這些有用物質提取出來，成為粉煤灰高值化利用的熱點。而當前粉煤灰高值化利用主要集中在氧化鋁的提取方面。
國內外處理粉煤灰大致可分為堿法和酸法。上世紀六十年代，波蘭就利用堿石灰燒結法從粉煤灰中提取氧化鋁，建成了年產 5000 噸氧化鋁及 35 萬噸水泥的實驗工廠。我國安徽省冶金研究所和安徽水泥研究院在八十年代聯合申報了由石灰石燒結，碳酸鈉溶出從粉煤灰中提取氧化鋁，殘渣用于生產水泥的成果，并通過了專家鑒定。雖然堿法處理粉煤灰報道很多，但目前未見工業化的報道。其原因是堿法工藝冗長，設備投資大，能耗高，成本高，而且產生的殘渣量是粉煤灰的數倍，殘渣制成的大量水泥就地銷售困難，綜合效益差，因而阻礙了堿法在粉煤灰綜合利用方面的應用。
與堿法相比，酸法處理粉煤灰有明顯的優勢。酸法在有效提取氧化鋁的同時，可以得到硅產品，進一步處理后可制成白炭黑而出售。酸法工藝設備投資小，能耗低，成本亦低，殘渣量小，但是使用的反應設備制造有一定困難。再者，粉煤灰是經過高溫燃燒后形成的細小微粒，其中玻璃相與剛玉占到了 80% 以上，嚴重影響了粉煤灰與酸反應的活性。因此，需要改善粉煤灰與酸的反應活性以提高氧化鋁等的溶出率。文獻報道的較多的是在酸浸取反應中添加助溶劑（如 NH4F 和 CaF），但溶出率仍比較低，只有 35 ～ 45%，資源利用率低，而且添加了對環境有污染的氟元素，引起了二次污染。總之，當前粉煤灰的高值化利用只注重其中鋁的提取，而忽視了其中硅，鐵等元素的提取，很難以產生經濟效益。
一種粉煤灰處理方法，先將研磨后的粉煤灰添加碳酸鈉進行焙燒，然后用水進行浸取，浸取液碳分后得到硅膠與氫氧化鋁；將得到的硅膠與氫氧化鋁用鹽酸進行中和，過濾后得到硅膠，進一步處理，煅燒后得到白炭黑；將得到的氯化鋁溶液進行蒸發濃縮，結晶得到氯化鋁晶體，并熱解該晶體獲得初氧化鋁；將初氧化鋁用拜耳法進行處理，得到冶金級氧化鋁和高鐵渣，高鐵渣可作為煉鐵的原料。
與其它處理粉煤灰的方法相比，本發明的優點有（主要針對二氧化硅含量 40 ～60%，氧化鋁含量 17 ～ 35%，氧化鐵含量 2 ～ 15% 的粉煤灰，以上均為重量比）：
（1）本發明可將粉煤灰中的硅、鋁、鐵等有用元素提取出來，并可得到冶金級氧化鋁，白炭黑等產品，產品附加值高，經濟效益好，從而實現了粉煤灰的綜合高值化利用。
（2）本發明原料適應性廣，不受粉煤灰產地，化學成分，燃燒方式等影響，而且提取出的氧化鋁和硅膠純度高，鋁，硅的提取率均可達 90% 以上，提取后的渣量不足粉煤灰量的十分之一。
（3）本發明過程中所用的 CO2、酸、堿均可實現循環利用，無三廢污染，實現了粉煤灰的清潔化利用。
（4）本發明所涉及到的技術均為冶金化工常用技術，而且一些技術和設備已在工業化上應用，因此本發明技術風險小，是一個極具有產業化前景的粉煤灰綜合利用方法。
