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我國(guó)鋁資源概況

鋁元素在地殼中的含量位于第三位，僅次于氧和硅，是地殼中含量最豐富的金屬元素。因?yàn)殇X及其合金具有性能優(yōu)異、價(jià)格較低、回收率較高的特點(diǎn)，所以在建筑、交通、電子、機(jī)械、日常耐用消費(fèi)品、包裝材料等領(lǐng)域廣受好評(píng)。我國(guó)幅員遼闊，但鋁土礦的資源卻并不豐富。

全球鋁土礦成礦帶主要分布在非洲、大洋洲、南美洲及東南亞。從全球鋁土礦儲(chǔ)量角度來(lái)看，我國(guó)的鋁土礦儲(chǔ)量為9.8億噸，不僅遠(yuǎn)低于幾內(nèi)亞、澳大利亞、巴西，即便在亞洲也低于越南和印度尼西亞。

但最近幾年，我國(guó)鋁行業(yè)發(fā)展較快，全國(guó)氧化鋁產(chǎn)能占全球總產(chǎn)能的54%，成為全球產(chǎn)出氧化鋁最多的國(guó)家。隨著氧化鋁產(chǎn)量的提高，我國(guó)鋁行業(yè)面臨的壓力也就與日俱增，進(jìn)口鋁土礦的依存度達(dá)60%。資源供應(yīng)能力面臨較大壓力，再者，我國(guó)人口眾多，對(duì)鋁加工制品的需求力度較大，因而未來(lái)供不應(yīng)求的局面越來(lái)越大。所以，解決鋁土礦資源匱乏，是目前我國(guó)亟待解決的一大重要資源問(wèn)題之一。

我國(guó)鋁土礦和氧化鋁的產(chǎn)量及進(jìn)口量

高鋁粉煤灰對(duì)提取氧化鋁的意義

針對(duì)我國(guó)鋁土礦資源不足的狀況，利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁可以有望緩解鋁資源的不足，而且可減少粉煤灰對(duì)大氣、水體的污染和大量土地資源的占用。

高鋁粉煤灰：潛在的鋁資源

粉煤灰是燃煤中的粘土礦物及伴生礦物在高溫下煅燒后的產(chǎn)物，粉煤灰的化學(xué)成分主要為硅、鋁、鐵、鈣的硅酸鹽和氧化物。據(jù)統(tǒng)計(jì)2015年粉煤灰排放量達(dá)5.8億噸。再加上歷年排放堆放在灰場(chǎng)的25億噸以上的粉煤灰，由此產(chǎn)生的占地和環(huán)境污染問(wèn)題十分突出。

代表性高鋁粉煤灰的化學(xué)成分分析結(jié)果

高鋁粉煤灰提取氧化鋁的技術(shù)方法

目前，高鋁粉煤灰提取氧化鋁的技術(shù)主要包括堿法、酸法和酸堿聯(lián)合法。

堿法

堿法提取氧化鋁工藝有石灰石燒結(jié)法、堿石灰燒結(jié)法、兩步堿溶法和堿溶-燒結(jié)法聯(lián)合法。

堿法各性能對(duì)比

酸法

酸法是采用無(wú)機(jī)酸處理高鋁粉煤灰，生產(chǎn)相應(yīng)的鋁鹽如AlCl₃、Al₂(SO₄)₃等原料中的氧化硅生產(chǎn)偏硅酸膠體殘?jiān)��?/p>

酸法提取氧化鋁的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

優(yōu)點(diǎn)：流程簡(jiǎn)單，能耗較低，SiO₂組分可用于生產(chǎn)高附加值的無(wú)機(jī)硅化合物產(chǎn)品，如白炭黑等。

加熱酸液溶解粉煤灰可有效實(shí)現(xiàn)鋁硅分離，提高氧化鋁溶出率。

該法存在循環(huán)酸量大，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，酸蒸汽污染環(huán)境等問(wèn)題。

缺點(diǎn)：反應(yīng)過(guò)程生成氟化物氣體，需要昂貴的鉭鈮合金設(shè)備，且對(duì)空氣和水體造成嚴(yán)重污染。

酸堿聯(lián)合法

工藝過(guò)程：高鋁粉煤灰與純堿按比例混合

優(yōu)點(diǎn)：Al₂O₃提取率高達(dá)98%，且SiO₂組分利用率高，產(chǎn)品附加值高，工藝流程能耗低。

缺點(diǎn)：工藝過(guò)程復(fù)雜，酸堿消耗量大，難以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁工藝流程圖

提取氧化鋁新技術(shù)：低鈣燒結(jié)法

通過(guò)對(duì)高鋁粉煤灰提取氧化鋁的酸堿聯(lián)合法、兩步堿溶法、堿溶-燒結(jié)聯(lián)合法等技術(shù)研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)，各個(gè)方法都有明顯的不足之處。

低鈣燒結(jié)法的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于低鈣燒結(jié)可大幅度減少石灰石消耗量和硅鈣渣排放量。

工藝流程

高鋁粉煤灰進(jìn)行堿溶預(yù)脫硅處理，以NaOH堿液溶解玻璃體中的無(wú)定型SiO₂，達(dá)到提高原料鋁硅比的目的。所得Na₂SiO₃濾液可用于制備白炭黑和多孔氧化硅等硅酸鈣沉淀，采用水熱處理和煅燒制備針狀硅灰石。制備硅灰石過(guò)程發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

高鋁粉煤灰預(yù)脫硅-低鈣燒結(jié)法提取氧化鋁工藝流程圖

與石灰石燒結(jié)法和堿石灰燒結(jié)法相比，低鈣燒結(jié)法技術(shù)具有低物耗和低能耗的顯著優(yōu)勢(shì)，且鋁渣排放量少，可制成新型墻體材料，從而實(shí)現(xiàn)高鋁粉煤灰的完全資源化利用。

用高鋁粉煤灰提取氧化鋁相比于堿法，從資源消耗、能源消耗、尾氣排放以及產(chǎn)品方案等方面均有很明顯的改善。

高鋁粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)發(fā)展前景

（1）利用高鋁粉煤灰提取氧化鋁，對(duì)降低中國(guó)鋁資源的進(jìn)口依存度和改善生態(tài)環(huán)境均具有重大戰(zhàn)略意義，與酸法和酸堿聯(lián)合法相比，以高鋁粉煤灰為原料堿法提取氧化鋁的技術(shù)具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。

（2）采用堿法提取氧化鋁技術(shù)，必然副產(chǎn)大量沉淀硅酸鈣或硅灰石粉體，排放大量硅鈣尾渣。

國(guó)家或地方政府應(yīng)出臺(tái)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)配套和扶持政策，在充分利用高鋁粉煤灰中氧化鋁資源的同時(shí)，科學(xué)規(guī)劃和掌控副產(chǎn)品的市場(chǎng)定位，引導(dǎo)相關(guān)行業(yè)的健康發(fā)展。

（3）國(guó)家相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃，積累倡導(dǎo)在國(guó)家層面上逐步建立和發(fā)展跨行業(yè)領(lǐng)域的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈體系。

（4）投資高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的企業(yè)，必須擁有較強(qiáng)的技術(shù)水平和資金實(shí)力，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定的高鋁粉煤灰原料供應(yīng)，以及能夠消化硅鈣渣副產(chǎn)品的市場(chǎng)培育能力。