粉煤灰提取氧化铝工艺技术研究现状
发布时间：2021-06-19 14:43
提取粉煤灰中氧化铝成为近年来我国实现粉煤灰资源化综合利用的研究热点与难点,文章主要阐述了粉煤灰提取氧化现有的工艺技术,以及各工艺技术的研究进展,包括以石灰石煅烧法、碱-石灰石煅烧法、预脱硅-碱-石灰石烧结法为主的碱法工艺,以硫酸与盐酸为主的酸法工艺,以及以硫酸铵与亚熔盐法为主的盐法工艺。
【文章来源】：化工管理. 2020,(12)
【文章页数】：2 页
【部分图文】：
某电厂粉煤灰SEM图
2.2 酸法工艺技术粉煤灰中的氧化铝可溶于酸，而氧化硅不溶于酸，利用该原理可实现硅铝的分离。但由于粉煤灰的产生方式不同，其物相成分差异极大，其中碱法由于存在煅烧工艺，可将莫来石等矿物活化，因此碱法使用的粉煤灰基本为煤粉炉粉煤灰。酸法由于使用强酸的酸根离子或氢离子很难直接破坏粉煤灰中SiO2-Al2O3键和莫来石结构，故酸法采用的一般为以非晶态物相为主的循环流化床粉煤灰。目前粉煤灰酸法提取氧化铝根据原料划分，分为硫酸法与盐酸法，这两种方法的基本原理相同，主工艺均包含酸浸、固液分离、净化、结晶及煅烧，图3为酸法工艺流程图。目前对于硫酸法工艺的研究较多[4-7]，主要研究氧化铝在硫酸中的溶出条件，以及高铝溶出率对原料粉煤灰粒度、物相，以及溶出工艺的要求，虽然很多专家通过研究认为硫酸提取粉煤灰中的氧化铝可以实现铝的高效溶出，但用酸量比较大，且后期除杂处理困难，因此该方法目前一直处于实验室研究阶段，并未实现工业化。盐酸法与硫酸法极其相似，但由于盐酸的腐蚀性强，所以研究粉煤灰直接盐酸浸取提取氧化铝的较少。具有代表性的是神华集团与吉林大学联合开发的“一步酸溶法”工艺技术，该技术直接用盐酸浸取粉煤灰，然后通过沉降分离，实现高硅酸渣与氧化铝溶液的分离，进一步采用吸附法除去溶液中的杂质离子，然后结晶、煅烧获得纯度较高的氧化铝，该工艺技术目前已完成了4000吨/年氧化铝的工业化研究，正在进行产业化建设。
粉煤灰碱法提取氧化铝工艺技术主要有石灰石煅烧法、碱-石灰石煅烧法、预脱硅-碱-石灰石烧结法，这三种方法的主要原理均为粉煤灰中的主要化学成分二氧化硅、氧化铝与价格便宜的石灰石反应，生成较易溶解的铝酸钙和难以溶解的硅酸二钙[2]，达到硅铝分离的目的，然后经过多步分离技术，实现氧化铝的纯化，最终获得可利用的氧化铝。相比来说，石灰石煅烧法工艺出现最早，由20世纪50年代，波兰J.Grzymek教授发明（其工艺流程见图2），并以此工艺技术为核心建成了世界第一条粉煤灰提取氧化铝工业生产线。但由于该方法产生大量的残渣，平均每生产1吨氧化铝，约产生8～10吨残渣，因此配套了120万吨/年水泥生产线，最终因成本较高而停产。我国借鉴了石灰石煅烧工艺，1980年由安徽省冶金研究所和合肥水泥研究院共同开展了研究，提出了石灰石煅烧，碳酸钠溶出工艺，并于1982年通过国家鉴定。有报道称[3]内蒙蒙西集团以该技术为核心建设了40万吨粉煤灰提取氧化铝项目，且认为该工艺整个生产过程实现了零排放、零污染、低成本的循环产业链。但由于使用的技术与波兰水泥厂相同，因此产生的渣量依然较大，后期应用困难，后经过技术的进一步研究及改良，碱-石灰石煅烧法、预脱硅-碱-石灰石烧结法相继问世。其中，碱-石灰石煅烧法是在石灰石煅烧法的煅烧工艺中加入了Na2CO3，降低了煅烧温度及石灰石的耗量，进而降低了能耗，并减少了渣量的产生。但该方法增加了耗碱量，降低了铝的溶出率，并不经济。预脱硅-碱-石灰石烧结法则是在煅烧之前先将粉煤灰在一定温度下进行碱浸，将大部分二氧化硅首先溶出，然后采用石灰石烧结法进行氧化铝生产。大唐国际资源开发有限公司以预脱硅-碱-石灰石烧结法为技术核心建设了粉煤灰生产氧化铝联产活性硅酸钙生产线，但经过几年的运行发现，氧化铝生产成本较大，活性硅酸钙也受到市场影响，整体工艺经济效益低，于2019年关停。2.2 酸法工艺技术
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫酸法处理粉煤灰制备冶金级氧化铝[J]. 吕莹璐,陈朝轶,茆志慧,宋强,朱明燕. 有色金属(冶炼部分). 2013(11)
[2]燃煤电厂粉煤灰生产氧化铝的发展前景[J]. 郭建民,高荣,云冬冬,王强. 华电技术. 2013(04)
[3]粉煤灰石灰石烧结法生产氧化铝的机理探讨[J]. 张佰永,周凤禄. 轻金属. 2007(06)
[4]硫酸浸取法提取粉煤灰中氧化铝[J]. 李来时,翟玉春,吴艳,刘瑛瑛,王佳东. 轻金属. 2006(12)
[5]蒙西集团粉煤灰提取氧化铝项目开工[J]. 西部资源. 2006(03)
[6]酸法提取粉煤灰中氧化铝的条件选择[J]. 王文静,韩作振,程建光,房建国,王爱云,颜蕊. 能源环境保护. 2003(04)
[7]我国火电厂粉煤灰的化学成分特征[J]. 袁春林,张金明,段玖祥,王洁. 电力环境保护. 1998(01)
本文编号：3238008
【文章来源】：化工管理. 2020,(12)
【文章页数】：2 页
【部分图文】：
某电厂粉煤灰SEM图
2.2 酸法工艺技术粉煤灰中的氧化铝可溶于酸，而氧化硅不溶于酸，利用该原理可实现硅铝的分离。但由于粉煤灰的产生方式不同，其物相成分差异极大，其中碱法由于存在煅烧工艺，可将莫来石等矿物活化，因此碱法使用的粉煤灰基本为煤粉炉粉煤灰。酸法由于使用强酸的酸根离子或氢离子很难直接破坏粉煤灰中SiO2-Al2O3键和莫来石结构，故酸法采用的一般为以非晶态物相为主的循环流化床粉煤灰。目前粉煤灰酸法提取氧化铝根据原料划分，分为硫酸法与盐酸法，这两种方法的基本原理相同，主工艺均包含酸浸、固液分离、净化、结晶及煅烧，图3为酸法工艺流程图。目前对于硫酸法工艺的研究较多[4-7]，主要研究氧化铝在硫酸中的溶出条件，以及高铝溶出率对原料粉煤灰粒度、物相，以及溶出工艺的要求，虽然很多专家通过研究认为硫酸提取粉煤灰中的氧化铝可以实现铝的高效溶出，但用酸量比较大，且后期除杂处理困难，因此该方法目前一直处于实验室研究阶段，并未实现工业化。盐酸法与硫酸法极其相似，但由于盐酸的腐蚀性强，所以研究粉煤灰直接盐酸浸取提取氧化铝的较少。具有代表性的是神华集团与吉林大学联合开发的“一步酸溶法”工艺技术，该技术直接用盐酸浸取粉煤灰，然后通过沉降分离，实现高硅酸渣与氧化铝溶液的分离，进一步采用吸附法除去溶液中的杂质离子，然后结晶、煅烧获得纯度较高的氧化铝，该工艺技术目前已完成了4000吨/年氧化铝的工业化研究，正在进行产业化建设。
粉煤灰碱法提取氧化铝工艺技术主要有石灰石煅烧法、碱-石灰石煅烧法、预脱硅-碱-石灰石烧结法，这三种方法的主要原理均为粉煤灰中的主要化学成分二氧化硅、氧化铝与价格便宜的石灰石反应，生成较易溶解的铝酸钙和难以溶解的硅酸二钙[2]，达到硅铝分离的目的，然后经过多步分离技术，实现氧化铝的纯化，最终获得可利用的氧化铝。相比来说，石灰石煅烧法工艺出现最早，由20世纪50年代，波兰J.Grzymek教授发明（其工艺流程见图2），并以此工艺技术为核心建成了世界第一条粉煤灰提取氧化铝工业生产线。但由于该方法产生大量的残渣，平均每生产1吨氧化铝，约产生8～10吨残渣，因此配套了120万吨/年水泥生产线，最终因成本较高而停产。我国借鉴了石灰石煅烧工艺，1980年由安徽省冶金研究所和合肥水泥研究院共同开展了研究，提出了石灰石煅烧，碳酸钠溶出工艺，并于1982年通过国家鉴定。有报道称[3]内蒙蒙西集团以该技术为核心建设了40万吨粉煤灰提取氧化铝项目，且认为该工艺整个生产过程实现了零排放、零污染、低成本的循环产业链。但由于使用的技术与波兰水泥厂相同，因此产生的渣量依然较大，后期应用困难，后经过技术的进一步研究及改良，碱-石灰石煅烧法、预脱硅-碱-石灰石烧结法相继问世。其中，碱-石灰石煅烧法是在石灰石煅烧法的煅烧工艺中加入了Na2CO3，降低了煅烧温度及石灰石的耗量，进而降低了能耗，并减少了渣量的产生。但该方法增加了耗碱量，降低了铝的溶出率，并不经济。预脱硅-碱-石灰石烧结法则是在煅烧之前先将粉煤灰在一定温度下进行碱浸，将大部分二氧化硅首先溶出，然后采用石灰石烧结法进行氧化铝生产。大唐国际资源开发有限公司以预脱硅-碱-石灰石烧结法为技术核心建设了粉煤灰生产氧化铝联产活性硅酸钙生产线，但经过几年的运行发现，氧化铝生产成本较大，活性硅酸钙也受到市场影响，整体工艺经济效益低，于2019年关停。2.2 酸法工艺技术
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫酸法处理粉煤灰制备冶金级氧化铝[J]. 吕莹璐,陈朝轶,茆志慧,宋强,朱明燕. 有色金属(冶炼部分). 2013(11)
[2]燃煤电厂粉煤灰生产氧化铝的发展前景[J]. 郭建民,高荣,云冬冬,王强. 华电技术. 2013(04)
[3]粉煤灰石灰石烧结法生产氧化铝的机理探讨[J]. 张佰永,周凤禄. 轻金属. 2007(06)
[4]硫酸浸取法提取粉煤灰中氧化铝[J]. 李来时,翟玉春,吴艳,刘瑛瑛,王佳东. 轻金属. 2006(12)
[5]蒙西集团粉煤灰提取氧化铝项目开工[J]. 西部资源. 2006(03)
[6]酸法提取粉煤灰中氧化铝的条件选择[J]. 王文静,韩作振,程建光,房建国,王爱云,颜蕊. 能源环境保护. 2003(04)
[7]我国火电厂粉煤灰的化学成分特征[J]. 袁春林,张金明,段玖祥,王洁. 电力环境保护. 1998(01)
本文编号：3238008
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