中国粉体网讯 我国是一个以煤为主要能源的国家，在一次能源探明总量中煤炭占90%。目前，我国煤炭资源75%左右用于火力发电，燃煤电厂发电会产生大量的粉煤灰，其中只有一小部分被利用，大部分都被堆存。
粉煤灰的主要成分组成表
粉煤灰是燃煤电厂以及煤矸石、煤泥综合利用电厂排出的主要固体废物。近年来，研究者通过对位于我国中西部地区的部分电厂飞灰进行分析，发现飞灰中氧化铝含量高达50%以上，是一种新类型的粉煤灰——高铝粉煤灰。高铝粉煤灰比普通的粉煤灰中Al2O3含量近高一倍，接近于传统铝土矿(一般在55%～65%)的含量，是一种十分重要的非传统铝资源。
铝土矿又称铝矾土，是工业上能利用的以三水铝石、软水铝石或硬水铝石为主要矿物成分的矿石统称。世界铝土矿产量的92％用于生产冶金级氧化铝，其余８％用于其他行业，称为非冶金用氧化铝或多品种氧化铝。金属铝是仅次于钢铁的重要金属材料。每生产１t金属铝约需２t冶金级氧化铝原料。根据中国海关，2019年全年我国共进口铝土矿10066.39万吨，而2018年我国共进口铝土矿8256.97万吨，同比增加21.91%，年度进口量首度破亿吨水平。从国别角度看，几内亚、澳大利亚、印尼三国依旧维持三足鼎立局面，系我进口铝土矿最大来源国的前三位，占总进口量的94%以上。
针对中国铝土矿资源不足的状况，利用高铝粉煤灰生产氧化铝不仅有望缓解铝资源的不足，而且可减少粉煤灰对大气、水体的污染和大量土地资源的占用。目前，粉煤灰主要利用于建筑（生产水泥、砌砖、制作微晶玻璃）、农业（改良土壤、生产肥料）、环保（废水处理、烟气脱硫）等方面。除了以上这些粉煤灰利用的传统领域之外，我国自“十一五”期间，大力积极引导企业开展高铝粉煤灰的综合利用。科研工作者根据高铝粉煤灰的特点，提高对其资源化利用，开始着眼于粉煤灰内铝硅等主量元素和稼、锗、镍、钒等微量元素的提取，实现高铝粉煤灰的资源综合利用。
粉煤灰制取氧化铝的方法
粉煤制取氧化铝，按提取方式的不同，可分为碱法和酸法。碱法主要有：碱——石灰烧结法、石灰石煅烧法、预脱硅-烧结法等。
碱法
石灰石煅烧法
石灰石煅烧法的主要原理是:在1300～1400℃的高温条件下使石灰与粉煤灰中的氧化铝反应生成易溶的铝酸钙12CaO•7Al2O3，与硅反应生成难溶的硅酸二钙2CaO•SiO2；活化后的熟料以Na2CO3溶液浸出，实现铝硅分离;浸出液经深度脱硅、碳分、煅烧最终获得氧化铝。
石灰石煅烧工艺流程
碱－石灰石煅烧法
碱－石灰石煅烧法是将粉煤灰、石灰石、碳酸钠在1100～1200℃的条件下进行煅烧，煅烧过程中Na2CO3与灰中Al2O3、Fe2O3反应生成易溶于水的NaAlO2、NaFeO2，而灰中的TiO2、SiO2与CaO反应生成难溶钛酸钙、原硅酸钙;用稀碱或水溶铝时，氯酸钠溶解进入溶液，NaFeO2水解生成NaOH、Fe2O3•H2O沉淀，而原硅酸钙及钛酸钙不溶成为残渣，分离铝残渣后得到氯酸钠溶液，再通入CO2进行碳酸化分解，析出Al(OH)3，碳分母液经蒸发浓缩返回配料烧结，循环使用。Al(OH)3经煅烧成为氧化铝产品。
碱-石灰石煅烧法工艺流程
预脱硅－碱－石灰石烧结法
预脱硅－碱－石灰石烧结法是首先采用高浓度的NaOH溶液与粉煤灰在一定的温度下发生反应，灰中的非晶态氧化硅生成硅酸钠进入溶液，而铝依旧残留在渣中，从而提高渣中的铝硅比。脱硅后的渣以碱－石灰石烧结法提铝，脱硅溶液经进一步处理可制备附加值较高的白炭黑等，进一步提高了经济效益。
预脱硅-碱-石灰石煅烧法工艺
酸法
酸法是采用无机酸处理高铝粉煤灰，生产相应的铝盐如AlCl3、Al2(SO4)3 等，原料中的氧化硅生成偏硅酸胶体残渣。将铝盐净化后使之分解制得氧化铝。酸浸法提取氧化铝的主要化学反应如下：
酸碱联合法
工艺过程：高铝粉煤灰与纯碱按比例混合后中温烧结，烧结熟料浸入稀盐酸或硫酸中转化为硅胶沉淀和含铝溶液［ＡlCl3或Ａl2(SO4)3］，过滤所得硅胶可生产白炭黑、氧化硅气凝胶、多孔氧化硅等化合物；滤液经苛化、除杂、碳分或种分制备氢氧化铝，经煅烧制得氧化铝。
高铝粉煤灰提取氧化铝技术回顾
利用高铝粉煤灰提取氧化铝的技术始于20世纪50年代，波兰克拉科夫矿冶学院Grzymek教授以高铝粉煤灰（Al2O3含量≥30％）为原料，采用石灰石烧结法提取氧化铝，同时利用剩余硅钙渣生产水泥。1953年建成年产１万ｔ氧化铝和副产10万ｔ水泥生产线，采用石灰石烧结法，Al2O3提取率可达80％。1980年安徽冶金科研所和合肥水泥研究所采用石灰石烧结－碳酸钠溶液溶出工艺，从粉煤灰中提取氧化铝、其硅钙渣用作水泥原料。20世纪80年代后，又出现了碱石灰烧结法、酸溶沉淀法、盐－苏打烧结法、氟氨助溶法等利用高铝粉煤灰提取氧化铝的方法。
高铝粉煤灰制备氧化铝需要突破的方向
但当前，我国对于粉煤灰制备氧化铝生产工艺还没有实现产业化，或许是因为其在制备过程中存在的过多问题导致。研究表明从高铝粉煤灰中提取氧化铝的方法很多，国内先后建成基于不同工艺的中试厂及工业示范装置，但由于各种原因还未能达到工业化进程。从高铝粉煤灰中提取氧化铝需突破的方向有：（1）解决酸法工艺中设备材质问题。由于现有的普通生产设备无法满足酸性物质的腐蚀要求，亟需研究适合酸法工艺条件且性价比高的设备。（2）解决碱法工艺的“加量化”生产模式。利用高铝粉煤灰提取氧化铝是对固废的资源化利用，确保生产过程中产生的钙硅渣能循环利用，避免“二次污染”。（3）工艺改进的深入研究。探索新的工艺路线，利用更有效的经济手段在铝和硅的分离方面下功夫，从而提高产品品质。
总结
粉煤灰是各种煤燃烧后所产生的固体废弃物，是多种物质的混合物，其主要化学成分为硅、铝、铁以及未然碳。大量的粉煤灰排放、堆积致使土地占用，水体污染，造成了极大的环境压力。而粉煤灰中制取氧化铝生产工艺的研究，既能够解决环境压力，又能够解决我国对铝的需求。从当前环保压力问题以及部分国家战略资源安全问题、可持续发展及经济角度等各方面来看，都是多赢的结果。
参考文献：
王爱爱.高铝粉煤灰提取氧化铝技术的研究现状
许立军等.粉煤灰碱法提取氧化铝工艺分析比较
杨静等.中国铝资源与高铝粉煤灰提取氧化铝研究进展
高志强.粉煤灰综合利用研究及工程设计
新浪财经.2019年中国进口铝土矿1.007亿吨，同比增长21.91%
