??????粉煤灰長(zhǎng)期以來(lái)都作為廢物堆放在儲(chǔ)灰場(chǎng)中，之所以被稱為廢棄物，其源于由于對(duì)粉煤灰的認(rèn)識(shí)和利用經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制，造成有的儲(chǔ)灰場(chǎng)庫(kù)滿為患，逢大雨決堤越壩毀壞農(nóng)田或草場(chǎng)、樹木，覆蓋農(nóng)田，嚴(yán)重時(shí)破壞土壤；在大風(fēng)頻發(fā)季節(jié)灰塵滿天，有時(shí)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(guó)家重點(diǎn)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(jì)效益和社會(huì)效益，是實(shí)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(guó)內(nèi)外利用粉煤灰提取鋁或生產(chǎn)鋁制品的試驗(yàn)及利用情況

? ???利用粉煤灰提取鋁或生產(chǎn)鋁制品，在國(guó)內(nèi)外早已有人試驗(yàn)，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?jiān)钥勺龌炷猎?。我?guó)淮陰電廠曾于1990年初建立了一個(gè)從粉煤灰中提取氧化鋁生產(chǎn)沸石產(chǎn)品的工業(yè)試驗(yàn)車間。

? ? ?美國(guó)橡膠嶺實(shí)驗(yàn)室(ORNL)曾于20世紀(jì)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(dá)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(jìn)行了半工業(yè)性試驗(yàn)，取得成功。我國(guó)珠州電廠于1977年進(jìn)行了石灰燒結(jié)法提取鋁的試驗(yàn)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(yàn)?zāi)康募胺椒ǖ倪x擇

2.1試驗(yàn)?zāi)康?/h4>

????吉林省是缺少鋁礦資源的省份，本項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)并評(píng)價(jià)了粉煤灰型鋁礦，結(jié)束了吉林省無(wú)鋁礦的歷史。現(xiàn)在的關(guān)鍵是要研制經(jīng)濟(jì)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(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，也只有這樣才能實(shí)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(lái)石和玻璃球珠中。莫來(lái)石粒度為微米一納米級(jí)，目前科技水平尚不能將其分選出來(lái)，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(duì)比，掌握各種工藝方法的優(yōu)缺點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵，吸取優(yōu)點(diǎn)，來(lái)優(yōu)化或改進(jìn)可取的化學(xué)提取工藝。迄今為止，已報(bào)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(lái)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(diǎn)見表1。結(jié)合吉林省粉煤灰的特征認(rèn)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(yàn)方法及步驟

3.1試驗(yàn)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(shí)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(dá)到產(chǎn)品要求。為解決除鐵等雜質(zhì)，設(shè)計(jì)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(yàn)步驟

? ? ??選取含鋁少、中、多；灰的粒度為粗、中、細(xì)有代表性的A2、D2和F為試驗(yàn)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(shí)間為0.5h、1h、2h，測(cè)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(jì)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(dá)到16.95%。而且減少了采礦、運(yùn)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?jǐn)?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(yàn)查明Al的浸出率與樣品鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)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(shí)，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(yàn)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(yàn)證明。

? ? ? ?在小試中的試驗(yàn)及小試都是在恒溫100℃下，采用不同的時(shí)間下進(jìn)行的，時(shí)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(shí)間成正相關(guān)關(guān)系，但不顯著，最大為時(shí)間延長(zhǎng)1h，浸出率提高1.35%。是否存在溫度升高或溫度升高與時(shí)間延長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行，Al的浸出率會(huì)有顯著的升高呢？還要經(jīng)進(jìn)一步的小試來(lái)驗(yàn)證。

圖2 A2、D2、F樣品Al浸出率與時(shí)間的關(guān)系圖

? ? ? ?(3)化學(xué)工藝提取試驗(yàn)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(shí)間(X4)等因素是復(fù)雜的函數(shù)，f(x)=f(xl、X2、X3、X4、x5……)。對(duì)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(qiáng)腐蝕性，若用量增加，會(huì)增加成本，反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)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(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)雖然獲得了合格的產(chǎn)品，但浸出率不高，最佳試驗(yàn)參數(shù)組合還沒得到很好的解決，所以還有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

? ? ? ?(4)吉林省粉煤灰物質(zhì)組分與全國(guó)粉煤灰物質(zhì)組分基本一致，石英含量高，玻璃質(zhì)和莫來(lái)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(guó)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(shí)現(xiàn)熱一電力一礦產(chǎn)資源聯(lián)合企業(yè)一體化，對(duì)實(shí)現(xiàn)減低電力成本運(yùn)營(yíng)、提高附加值、維系礦業(yè)永續(xù)發(fā)展有不可估量的作用。