粉煤灰中有价元素的提取

粉煤灰中有价元素的提取

湖南有色金属

HUNANN0NFERR0USMETALS

第22卷第5期

2006年l0月

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环保?

粉煤灰中有价元素的提取

童军武,孙培梅,徐红艳

(中国矿业大学,北京100083)

摘要:粉煤灰的综合利用是目前我国煤炭工业的一件大事,而从粉煤灰中提取有价元素是提高粉

煤灰综合利用价值的重要途径之一.文章对其回收方法进行了咩细的综述,发现虽然在这方面也

进行了大量的工作,但大都处于实验研究阶段,实现产业化的不多.因此,加强从粉煤灰中提取有

价元素的研究,并有效地实现产业化是每个科学技术工作者的重要任务.

关键词:粉煤灰;有价元素;提取

中图分类号:X705文献标识码:A文章编号:1003—5540(2006)05—0046—05

我国作为煤炭生产和消耗大国,粉煤灰的产生

排放量也相当惊人.据统计,2000年以来,每年粉煤

灰的排放量在1.6亿t以上.随着电力工业的发展,

排放量还会进一步增大.粉煤灰的大量排放和贮存

需要占用大量的耕地,同时造成对环境的污染.我

国每年不仅要浪费大量的水资源来冲灰,也浪费大

量的土地资源作为贮灰场,对我们这个水资源缺乏,

可耕地人均占有率很低的国家来说,如何做好粉煤

灰的利用和处置确实是一个十分重要的问题.

对粉煤灰的综合利用,国内外进行过大量的工

作,目前主要用于建筑材料和筑路,从总体上来说,

属于一种低附加值的粗放式利用.

粉煤灰中含有大量有价元素,如铝,硅,铁,钙

等,同时还含有微量的稀有元素.从粉煤灰中提取

有价元素,特别是含量较大的铝和硅以及价值高的

稀有元素,使其作为一种资源加以利用,是提高粉煤

灰综合利用价值的有效途径.

1粉煤灰中的主要元素及存在形态

粉煤灰的化学成分以硅,铝,钙,钾,镁,钠等的

氧化物为主,同时还含有少量未燃尽的碳.但由于

煤的种类不同,所用锅炉类型以及煤在锅炉内燃烧

情况不同,所产生的粉煤灰的化学成分往往差异很

大,我国粉煤灰化学成分的一般变化范围列于表1.

表1粉煤灰的化学成分l,%

从表1可以看出,粉煤灰的主要成分为A1,O

和SiO2.A12O3含量一般为l6.5%～35.4%,SiO2

含量一般为33.9%～59.7%,同时含有少量的稀有

元素,如钛,镓,锗等.粉煤灰中铝,硅的存在形态主

要为莫来石(3A1203?2SiO2)和石英(SiO2),铁主要以

磁铁矿,赤铁矿形态存在,同时还有少量的方解石,

金红石,钙长石等,烧失量一般为未燃尽的碳.

为了从粉煤灰中提取有价元素,不少专家和学

者进行了研究工作.主要是从粉煤灰中提取氧化铝

作者简介:童军武(1981一),男,在渎硕士研究生.主要从事固体废弃物有价金属综合利用的研究与开发工作.

以及其他含铝化合物,提取二氧化硅及其他含硅化

合物,提取稀有元素镓和锗,从粉煤灰中回收残余碳等.

2从粉煤灰中提取有价元素方法概述

2.1从粉煤中提取氧化铝

氧化铝是生产金属铝的重要原料,也是一种重

要的化工产品.目前我国氧化铝主要是从铝土矿中

生产.粉煤灰中含有l5%～35%的氧化铝,而含氧

化铝30%以上的高铝粉煤灰约占粉煤灰排放总量的30%左右,因此,将粉煤灰作为提取氧化铝的一种后

备资源,无论对氧化铝工业的持续发展和提高粉煤

第5期童军武,等:粉煤灰中有价元素的提取47

灰的综合利用价值都具有重要意义.

关于从粉煤灰中提取氧化铝国内外都做过大量

研究工作,其主要方法有酸溶法,碱石灰烧结法,石

灰石烧结法等采用石灰石烧结熟料自粉化综合利

用高铝粉煤灰生产氧化铝和水泥的研究,是波兰Grzvmek教授【j在50年代就进行了研究并取得成果, 并建成年产l万t氧化铝和l0万t水泥的生产线.

采用石灰石烧结,熟料自粉化从含高铝粉煤灰

中生产氧化铝和水泥的方法国内也有人进行过研

究,但迄今仍处于实验室研究阶段.陆胜,方荣利

等【j处理含氧化铝26.38%和含si0252.10%的粉煤灰,使粉煤灰和石灰石在1260cI=下烧结,然后采用浓

度为8%的碳酸钠溶液溶出,溶出温度为80cI=左右,

液固比不低于3,溶出时间1h,在此条件下,粉煤灰中

氧化铝的回收率可达到70%以上.铝酸钠溶液碳酸

化分解的工艺条件为:溶出液浓度1.0mol/L,温度50

cI=,时间为1h,通气速度40mL/min.碳分过程中

加入一定量的聚乙二醇及十二烷基磺酸钠作为分散剂,用无水乙醇浸泡,洗涤所得到的沉淀物,并在30 cI=左右烘干.在1200oc下煅烧所得氢氧化铝粉体, 可以获得纯度为99.9%,粒度为100nm左右的超细氧化铝.

马双忱_5采用碱石灰烧结法处理含SiO,

48.92%和Al2O330.97%的粉煤灰.烧结过程条件为:烧结温度1100oc,保温2h,物料配比(摩尔比)

Na20/A12O3=1.25,CaO/SiO2=2.然后用浓度为

3%的Na2CO3溶液浸出烧结料,温度为60～70cI=, 保温1h,液固比为10.所得到铝酸钠溶液经脱硅,

碳分,煅烧得到氧化铝.

陈建林等_6j用盐酸溶解法处理含A1,O

28.64%和Fe2O36.20%的粉煤灰.因为粉煤灰中铝主要是以3A1203?2SiO2形态存在,很难用酸直接溶解.为了打开Si—Al键,需加助溶剂CaF2,CaF,/灰

=

0.13(质量比),盐酸浓度为5mol/L,溶出时间为

2h,试验过程使用沸腾回流装置,此时,粉煤灰中

A12O的溶出率在55%以上.

从目前而言,铝土矿资源相对丰富,用粉煤灰提

取氧化铝或其它含铝化合物的经济效益尚不能与从铝土矿中提取相竞争.但随着铝土矿资源的不断耗竭,粉煤灰将作为生产氧化铝的一种后备资源加以利用是具有重要意义的.

2.2从粉煤灰中提取硅及铝硅化合物

粉煤灰中含有大量的硅,含量一般在50%左右,

如果可以充分利用将有很大经济价值石丰一般是以硅胶的形态被提取,并进一步处理为水玻璃和白炭