??????粉煤灰長期以來都作為廢物堆放在儲灰場中，之所以被稱為廢棄物，其源于由于對粉煤灰的認識和利用經(jīng)濟技術(shù)條件的限制，造成有的儲灰場庫滿為患，逢大雨決堤越壩毀壞農(nóng)田或草場、樹木，覆蓋農(nóng)田，嚴重時破壞土壤；在大風(fēng)頻發(fā)季節(jié)灰塵滿天，有時還可局部造成砂塵暴；有的粉煤灰含有微量有害元素，污染水源等。通過研究證明粉煤灰不僅僅是較好的建筑材料，而且含有巨量的某些國家重點礦產(chǎn)，具有開發(fā)條件好和易選性。因此具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，是實現(xiàn)礦產(chǎn)資源安全和礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

1、國內(nèi)外利用粉煤灰提取鋁或生產(chǎn)鋁制品的試驗及利用情況

? ???利用粉煤灰提取鋁或生產(chǎn)鋁制品，在國內(nèi)外早已有人試驗，并取得專利。

? ???從粉煤灰中提取Al203通常采用化學(xué)處理方法，其殘渣仍可做混凝土原料。我國淮陰電廠曾于1990年初建立了一個從粉煤灰中提取氧化鋁生產(chǎn)沸石產(chǎn)品的工業(yè)試驗車間。

? ? ?美國橡膠嶺實驗室(ORNL)曾于20世紀80年代研究了從粉煤灰中提取多種金屬的方法，如直接酸浸法和反應(yīng)一酸浸法，前者主要分離極易釋放到環(huán)境中去的金屬，氧化鋁和Fe203的浸出率分別為50%和80%，后者是在化學(xué)處理前增加預(yù)處理工藝，改變粉煤灰的性質(zhì)，從而最大限度的回收金屬，鋁鐵浸出率高達90%以上。波蘭研究了用石灰燒結(jié)一自行粉化法從粉煤灰中提取Al203的可能性，粉煤灰與石灰石按一定比例磨成生料，燒結(jié)成球，經(jīng)高溫燃燒后在空氣中冷卻，使之成粉末，然后用60g/L濃度的蘇打溶液浸出Al203，此方法在格羅索維茲水泥廠進行了半工業(yè)性試驗，取得成功。我國珠州電廠于1977年進行了石灰燒結(jié)法提取鋁的試驗研究，Al203的提取率為80%。

2利用粉煤灰制取結(jié)晶三氯化鋁的試驗?zāi)康募胺椒ǖ倪x擇

2.1試驗?zāi)康?/h4>

????吉林省是缺少鋁礦資源的省份，本項調(diào)查發(fā)現(xiàn)并評價了粉煤灰型鋁礦，結(jié)束了吉林省無鋁礦的歷史?，F(xiàn)在的關(guān)鍵是要研制經(jīng)濟合理的提取鋁或生產(chǎn)鋁制品的工藝方法，使鋁資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢，也只有這樣才能實現(xiàn)粉煤灰高附加值利用與大摻量、低成本相結(jié)合的最佳利用技術(shù)路線。

2.2方法的選擇

????①本次研究成果證明吉林省粉煤灰中Al203主要賦存于莫來石和玻璃球珠中。莫來石粒度為微米一納米級，目前科技水平尚不能將其分選出來，所以用化學(xué)方法提取工藝是唯一的選擇。②從粉煤灰中提取鋁或研制鋁產(chǎn)品的工藝比較多。通過收集資料，并加以科學(xué)的綜合分析、對比，掌握各種工藝方法的優(yōu)缺點和技術(shù)關(guān)鍵，吸取優(yōu)點，來優(yōu)化或改進可取的化學(xué)提取工藝。迄今為止，已報導(dǎo)的從粉煤灰中提取鋁工藝有多種，根據(jù)其原理歸納起來有：堿性、酸浸法、酸堿聯(lián)合法、氣體氯化法和電熱直接還原法等，其優(yōu)缺點見表1。結(jié)合吉林省粉煤灰的特征認為酸浸法較適合，但必須解決鐵等雜質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)。

表1從粉煤灰中提取鋁的工藝一覽表

3試驗方法及步驟

3.1試驗方法

? ? ??用粉煤灰原灰加鹽酸浸取制結(jié)晶三氯化鋁[AlCl3.6H20]，該種方法雖然獲得了成功，但是由于原灰中含鐵礦物較多，在反應(yīng)過程中形成了[FeCl2-FeCl3]，使得結(jié)晶三氯化鋁（實際上是AlCl3.6H20與FeCl2-FeCl3的混合物）顏色呈褐紅色，含雜質(zhì)多，尚不能完全達到產(chǎn)品要求。為解決除鐵等雜質(zhì)，設(shè)計增加重選或浮選工藝，然后再將淘洗后去掉重礦物的粉煤灰加鹽酸浸取，制得結(jié)晶三氯化鋁，但產(chǎn)品中仍含有少量鐵雜質(zhì)。為此再用堿法提純可得純度較高的工業(yè)結(jié)晶三氯化鋁產(chǎn)品。

3.2小試試驗步驟

? ? ??選取含鋁少、中、多；灰的粒度為粗、中、細有代表性的A2、D2和F為試驗樣品。取A2、D2、F人工淘洗后去掉重礦物的粉煤灰樣品各1g，加20%鹽酸5mL，于加熱器上恒溫100℃加熱，加熱時間為0.5h、1h、2h，測定Al的浸出量，其浸出量見表2。

表2 A2、D2、F樣品Al的浸出量及浸出率

3.3利用粉煤灰制取[Alcl3.6H20]，小試流程

????????取淘洗去掉重礦物F樣品300g，加20%鹽酸300mL，恒溫100℃加熱1～2h，趁熱過濾，在過濾后的溶液用20%的NaOH溶液調(diào)pH值為3，過濾除鐵，濾液蒸發(fā)結(jié)晶得[AlCl3.6H20]。

4結(jié)果討論

? ???(1)利用粉煤灰酸法與利用煤矸石酸法生產(chǎn)結(jié)晶三氯化鋁[AlCl3.6H20]比較，利用煤矸石酸法制取結(jié)晶三氯化鋁需經(jīng)矸石粉碎、焙燒、球磨等過程，較粉煤灰酸法復(fù)雜。

利用的煤矸石Al203必須大于等于37.8%，每生產(chǎn)1t[AlCl3.6H20]，消耗2.54t煤矸石，如此計算，煤矸石中的Al203被利用率僅為22%，而利用含Al203<20%粉煤灰小試初步可達到16.95%。而且減少了采礦、運輸、粉碎、焙燒、球磨等多道工序。

? ? ?(2)利用粉煤灰酸法生產(chǎn)結(jié)晶三氯化鋁的控制因素：在小試中A2、D2、F各樣品Al203的質(zhì)量分數(shù)分別為(22.86～22.8)%、(19.8～19.35)%、(32.57～32.60)%，平均22.83%、19.57%、32.85%。試驗查明Al的浸出率與樣品鋁的質(zhì)量分數(shù)無明顯正相關(guān)關(guān)系。

圖1利用粉煤灰生產(chǎn)結(jié)晶三氯化鋁流程圖

? ? ? ?在工業(yè)上用鋁灰生產(chǎn)結(jié)晶三氯化鋁時，研究發(fā)現(xiàn)Al浸出的數(shù)量與鹽酸濃度的1.5次方成正比，該試驗是否存在Al的浸出率與鹽酸濃度成正比的關(guān)系有待試驗證明。

? ? ? ?在小試中的試驗及小試都是在恒溫100℃下，采用不同的時間下進行的，時間與Al的浸出率的關(guān)系（見圖2），在溫度，鹽濃度一定的情況下，Al的浸出率與時間成正相關(guān)關(guān)系，但不顯著，最大為時間延長1h，浸出率提高1.35%。是否存在溫度升高或溫度升高與時間延長同時進行，Al的浸出率會有顯著的升高呢？還要經(jīng)進一步的小試來驗證。

圖2 A2、D2、F樣品Al浸出率與時間的關(guān)系圖

? ? ? ?(3)化學(xué)工藝提取試驗證明浸出率X與入選試料品位(x1)、酸或堿濃度(X2)、溫度(X3)和反應(yīng)時間(X4)等因素是復(fù)雜的函數(shù)，f(x)=f(xl、X2、X3、X4、x5……)。對某種確定試料，其x1為不變量，而其它因素都是可變量；但具體如何優(yōu)化各可變因素，這就是技術(shù)工藝的關(guān)鍵。從粉煤灰中提取鋁的工藝，若酸濃度太大，含有強腐蝕性，若用量增加，會增加成本，反應(yīng)時間過長會影響生產(chǎn)效率，所以適當(dāng)調(diào)整溫度提高反應(yīng)速度應(yīng)是解決浸出率低的技術(shù)關(guān)鍵。此次實驗室試驗雖然獲得了合格的產(chǎn)品，但浸出率不高，最佳試驗參數(shù)組合還沒得到很好的解決，所以還有待進一步試驗研究。

? ? ? ?(4)吉林省粉煤灰物質(zhì)組分與全國粉煤灰物質(zhì)組分基本一致，石英含量高，玻璃質(zhì)和莫來石、鐵礦物含量低，但普遍出現(xiàn)RA和Cor。RA礦物的發(fā)現(xiàn)在全國尚屬首次，如果把粉煤灰中的鋁和RA礦產(chǎn)在發(fā)電廠中轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，實現(xiàn)熱一電力一礦產(chǎn)資源聯(lián)合企業(yè)一體化，對實現(xiàn)減低電力成本運營、提高附加值、維系礦業(yè)永續(xù)發(fā)展有不可估量的作用。