凡是以煤炭作为能源直接燃烧的过程,都会产生粉煤灰。在火力发电厂,煤粉在高温燃烧的过程中,其中的碳、硫、磷、氮等挥发分大多以气体的形式排入大气,无机矿物中的绝大部分经熔融、聚合而形成粉煤灰粒子,随烟气进入收尘设备被收集为粉煤灰。粉煤灰一般占电厂灰渣总量的 80% ~90%。近年来,一种叫做“高铝粉煤灰”的粉煤灰引起注意。这种粉煤灰中的 A12O3+SiO2+ Fe2O3≥80%,其特点是含 A12O3高,一般≥38% ,高者甚至超过 50% ,相当于国外三水铝石矿的 A12O3含量。这种粉煤灰主要产于我国山西省的中北部和内蒙的广大地区。山西朔州和内蒙地区的粉煤灰中 A12O3含量明显高于国内平均值,也大大高于世界其它地区。这些地区的煤炭中含有丰富的A12O3。上述地区的煤炭资源储量极为丰富,又是火电厂集中的地区,每年可产出大量的高铝粉煤灰,且产量逐年递增。
中国是铝土矿消费大国。随着国内铝土矿资源的迅速枯竭,高铝粉煤灰的回收利用越来越受到人们的关注。充分利用这一储量巨大、前景良好的重要资源,用高铝粉煤灰作为铝土矿的重要替代品,前景可观,意义重大。
铝土矿一般指A12O3 & ge40%含铝矿物。单从A12O3含量来看,高铝粉煤灰已经完全具备了铝土矿的特征。然而,高铝粉煤灰含有比铝土矿高得多的硅。因此,高铝粉煤灰要想成为真正的铝土矿替代资源,就必须尽可能地去除其中的二氧化硅。
沈阳铝镁设计研究院提出了一种粉煤灰氨处理生产氧化铝的方法,包括以下步骤:将粉煤灰与硫酸铵混合并研磨成生料,其中粉煤灰中硫酸铵与氧化铝的重量比为4.5-8∶1;将生料加热至230-600℃,控制烧成时间为0.5-5小时,制得含硫酸铝铵和氨气的熟料;煅烧后的熟料在热水中溶解0.1 ~ 2h,铝以硫酸铝铵的形式进入溶液,硅留在残渣中形成高硅渣;向硫酸铝铵溶液中加入氨气或氨水,得到粗氢氧化铝和含杂质的硫酸铵溶液;采用循环碱液低温拜耳法处理粗氢氧化铝,去除铁、钙等杂质,得到冶金级氧化铝和高铁渣。
山西省朔州市每年产生大量高铝粉煤灰,其数量高达400万吨。为了充分利用这些资源,湖南仲达冶金设计公司为中煤平朔煤业集团设计了粉煤灰综合利用项目。该项目采用最新技术,可生产高质量的白炭黑和冶金级氧化铝产品,其二氧化硅提取率达到了较高水平。平朔煤业集团的这项工作实现了高铝粉煤灰中铝和硅的同时利用,为高铝粉煤灰的综合利用提供了有益的经验。
总之,高铝粉煤灰是我国特有的高铝资源,储量丰富,利用潜力巨大。如何利用好这一资源,弥补我国铝土矿资源的不足,是一个非常重要的课题。
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