粉煤灰中铝资源回收技术研究进展

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中国是煤炭大国，根据《２０２２煤炭行业发展年度报告》，２０２２年我国煤炭总产量４４.５亿ｔ，同比增长８％，尽管近几年风电、太阳能、核能等新能源占比不断提高，但煤炭仍以６０％以上的比例占据主导地位，而粉煤灰作为火力发电厂煤炭燃烧形成的副产物，是中国大宗工业固废之一。图１（ａ）为中国粉煤灰２０１５-２０２１年排放量，可以看出，截至２０２１年底，我国粉煤灰产量达到８.２７亿ｔ，产量高居世界第一。根据灰色预测模型估计，２０２４年将达到９.２５亿ｔ。２０２１年我国粉煤灰的累计堆存量达３１亿ｔ，大量排放的利用不足的粉煤灰引起了诸多环境问题。

迄今为止，研究人员已经提出了多种从粉煤灰中提取氧化铝的技术路线，由于铝是两性金属，既可溶于酸，又能溶于碱，所以根据粉煤灰中含铝物相的核心反应分为酸法、碱法和其他方法。本文重点从核心反应步骤、氧化铝提取率、反应条件等方面进行论述，并介绍了粉煤灰提取铝资源的前景与展望。

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碱法体系由于对铝具有良好的选择性，而使铝与铁、钙、钛等其他金属杂质选择性分离，同时碱法体系与设备也具有良好的耐腐蚀匹配性，使得碱法具有广阔的工业化应用前景。碱法主要由石灰石烧结法、碱石灰烧结法、高压水化学法等。

２.１　石灰石烧结法

２０世界５０年代波兰最早开展粉煤灰石灰石烧结法的研究与生产试验，我国于１９８０年提出石灰石烧结工艺，主要将粉煤灰和石灰石（或生石灰）在一定比例下混合，然后进行高温烧结，一般在１３２０～１４００℃，煅烧过程中的反应如下：

ＹＡＮＧ等针对烧结法存在的高能耗问题，采用了一种温和水热法回收氧化铝的方法，此工艺氧化铝的提取率可达到９２.３１％，提高了氧化铝的提取率，具有大规模应用的潜力。李会泉等进一步提出预脱硅—两步碱水热法提取氧化铝的工艺，预脱硅后使粉煤灰铝硅比从１.２提高到１.８，然后采用两步水热反应提取氧化铝，并将第二步碱水热反应的溶出液用于第一步碱水热反应，总提取率可达９４.９％，并且有效降低了提铝溶液的苛性比。

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现有粉煤灰提铝产业化推广项目见表１。可以看出，目前唯一实现长周期连续运行的为大唐国际发电股份有限公司研发的预脱硅—碱石灰烧结法项目，实现了连续八年的长周期运行，而目前仍在运行的为蒙西鄂尔多斯铝业有限公司研发的石灰石烧结-低温拜耳法项目，近期已经打通流程，同样鄂尔多斯市蒙泰铝业有限公司研发的粉煤灰酸碱联合除杂进一步电解制备铝硅合金项目目前进入中试试验阶段。

结束语和展望

国家《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》指出，对于粉煤灰等大宗工业固废，要坚持规模利用与高值利用相结合的基本原则，而提取利用其中的铝资源，协同提取金属锂、镓、钪等有价元素是实现其高值利用的必由之路。现有工艺在技术上突破了强化脱硅提高粉煤灰铝硅比、酸性溶液碱金属离子除杂、烧结法狭窄温度段调控以及溶出二次反应抑制等多项关键技术，但仍存在反应条件苛刻、除杂成本高、过程控制难等系列技术问题，因此根据粉煤灰原料的物理化学特性，研究绿色温和的活化预处理技术（物理活化、化学活化、微波活化等），以及低能耗的铝硅深度分离技术是未来研发的主要方向。

我国在“十二五”、“十三五”期间建成了一批粉煤灰提铝工业化示范项目，取得了一定科研成果和工程技术经验，但造成工程项目不可持续性发展的主要原因来自上下游产业链的不完善，如燃煤电厂为降低成本采用“配煤掺烧”，造成排放的粉煤灰指标波动较大，所形成的硅副产品找不到下游用户企业，尾渣没有配套相应的消纳措施等。因此由政府和工业园区主导，结合地方区域循环经济发展，加强粉煤灰提铝上下游产业链的监控与管理，优化现有产业链供给模式，稳定高铝煤炭质量，保障粉煤灰提铝企业原料的稳定性及可靠性，进一步引进硅副产品加工利用的企业，配套建设尾渣消纳利用的措施，延伸现有粉煤灰提铝产业链条，以冶金级氧化铝为主，大力发展多品种氧化铝等多种类产品，形成煤电－铝－材等上下游一体化产业链，将是实现粉煤灰规模化利用的必由之路。