1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

一、前言

灰渣是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国煤炭产量大，电力生产大多以煤炭为原料。近些年，随着我国能源工业的快速发展，发电产能保持7.3%的增长率，同时电力工业的发展，大幅度的增加了灰渣的产量，造成我国灰渣总量在不断增加[1] 同时也给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力[2]。

现代火力发电厂的锅炉，都用磨细的煤粉作为燃料。当煤粉喷入炉膛中，就以细颗粒或团的形式进行燃烧，充分释放热能。燃烧后的灰渣，因原煤灰分含量不同，一般占原煤质量的15%～40%。煤粉锅炉的灰渣有两种形态：一是从排烟系统中用收尘设施收集下来的细粒灰尘，叫做粉煤灰或飞灰，约占灰渣总质量的70%～85%；另一种是在炉膛黏结起来的粒状灰渣，落入锅炉底部，有的结成大块，经破碎后从炉底排出，就叫做炉底灰或灰渣，约占灰渣总重的15%～30%。其中粉煤灰是一种自然界所不存在的而由人工过程产生的粉状矿物质资源，或者说是”再生矿产粉状资源”[3]。

由于鼓风机在锅炉尾部的抽气作用，大量含有灰分的烟气流向炉尾。烟气温度迅速降低，因而受到了急冷作用而呈玻璃体状态，所以粉煤灰具有较高的潜在活性。在烟气被排入大气之前，烟气中细小的球形颗粒经过除尘器，被分离、收集，即为粉煤灰[4]。由于灰渣和粉煤灰的组分相似，故借鉴粉煤灰的提取方法。

1 粉煤灰概述

1.1 粉煤灰的化学组成

粉煤灰质量分数70%以上是由Al2O3、 SiO2、 Fe2O3组成的，还包括Ca、 Mg、 S、 K、Na、Ti、P的氧化物及多种微量元素，还有未燃尽碳[5]。我国粉煤灰大多数是低钙粉煤灰，只有极少数地方会产出高钙粉煤灰。粉煤灰化学组成受煤产地、煤种 燃烧方式和燃烧程度等因素影响较大。我国华东、华北地区粉煤灰普遍是 氧化铝含量超过30%的粉煤灰，在山西、内蒙古等地氧化铝含量超过40%的高铝粉煤灰也有发现。表1-1[6]列出了我国粉煤灰中各组分的大概含量。

1.2 粉煤灰的矿物组成

粉煤灰在矿物组成上由无定形态物质、 非晶矿物和晶体矿物组成。 非晶体矿物包括硅铝酸玻璃体、 无定形碳和次生褐铁矿等， 晶体矿物包括石英、 莫来石、 磁铁矿、 氧化镁、生石灰和无水石膏等[7]。 Barbara G. Kutchko[8]等对不同燃煤电厂12个F级粉煤灰进行分析，发现非晶态矿物（主要是玻璃体）含量均超过65%，晶体矿物（包括石英、莫来石等）均低于50%。 张占军[9]等对内蒙古某热电厂高铝粉煤灰的研究表明， Al2O3含量高达48.5%，粉煤灰中莫来石-刚玉相占73.7%，玻璃相却仅占24.6%。粉煤灰铝含量和物相构成的不确定性为粉煤灰提铝技术的深入研究及推广带来困难。同时,粉煤灰的主要物相是莫来石(3Al2O3#183;2SiO2)和铝硅玻璃相(两者之和gt;80%)，莫来石性质比较稳定，铝硅玻璃相因保持着高温液态结构排列方式的介稳结构，也表现出较高的化学稳定性，使得粉煤灰中可溶性SiO2、Al2O3活性较低。

1.3 粉煤灰的危害

随着人们生活质量的不断提高，在国家政策的大力支持下，经过十几年不断建设和发展，地方热电厂已遍布各大城市和乡镇，取代了原来的高耗能、高污染的小锅炉。然而，众多的地方中小型热电厂在为社会创造巨大经济效益和环境效益的同时，大量的固体废弃物又成了热电行业新的环境污染物，其中粉煤灰便是重要一项，由于我国燃烧用煤含有灰分较高，所以排出的粉煤灰量很大，粉煤灰的产生主要集中在火电厂和大型工矿企业的动力锅炉上。按全国平均计，每增加10MW装机容量，每年将增加近万吨粉煤灰的排放量。如果不进行其有效处理，会产生扬尘，污染大气对，人体健康危害很大；排入河道水系会造成河流淤塞，污染水质，必将对环境造成二次污染[10]。

粉煤灰的大量排放对生产以及人们的生活环境造成极大危害，主要体现在：侵占土地、污染土壤、水污染、空气污染和威胁人类健康等方面[11]。

2 粉煤灰中提取氧化铝的现状

目前国内外提取粉煤灰中氧化铝的方法主要可分为酸法、碱法、酸碱法、硫酸铵烧结法等。

2.1酸浸法

酸浸法一般将粉煤灰细磨焙烧活化，再用酸（如硫酸）浸取一定时间，结晶制备出 Al2(SO4)3#183;18H2O，再经煅烧、碱溶、晶种分解、氢氧化铝焙烧等工序制备氧化铝。

将粉煤灰先磨细活化，再与硫酸铵按一定配比混合，在高温下煅烧一段时间，取出后于90℃下硫酸在H2SO4中浸提 4 h，过滤，调pH至2，继续搅拌12 h。过滤出固体，冷风吹干，得到纯的硫酸铝铵，再经分解可得到α-Al2O3，在此条件下烧结混合料，粉煤灰中Al2O3提取率可达96%。

高铝粉煤灰中的氧化铝主要以Al2O3#183;SiO2形式存在，很难用酸直接溶解，为了打开Si-Al键，常需加入一些助浸剂（如氟化氨）。如唐云等研究表明，常压下不加助浸剂时只能浸出粉煤灰氧化铝，浸出率最高仅为29.01%；而在酸浸过程中加入助浸剂氟化铵时，可使粉煤灰中氧化铝的浸出率大幅提高，浸出率最高达98.68% 以上。可见，助浸剂的加入，大大提高了粉煤灰中的氧化铝的浸出率，但是此工艺污染比较严重，应引起今后人们的注意。

酸溶及氟化物在酸性体系助溶方法也存在一些缺点，如有用元素浸出率低、环保性差，一些研究者以氟化钾为助剂，对工艺做了改进。佟志芳[12]报道了以氟化钾(KF)为助剂粉煤灰中铝铁的提取工艺，在焙烧时间1 h、粉煤灰与氟化钾质量比为20:4、焙烧温度800℃，酸浸条件：浸出温度100℃、浸出时间2 h、浸出酸浓度6 mol/L、液固比4:1的条件下，粉煤灰铝铁浸出率可达到96.92%。该工艺采用了细磨焙烧活化工艺，避免了用助熔剂氟化物对环境的污染，但铝溶出率低于氟氨助溶法，且过量使用硫酸对腐蚀设备较重，材质要求高。

酸浸法是一种传统的粉煤灰提取氧化铝方法，工艺成熟，在工业上的应用也较多。对粉煤灰磨细后再焙烧活化，但提取率较低、污染大、生产周期长等缺点，今后应注重选择合适的助浸剂，注意降低污染，提高生产效益。

2.2 碱法

2.2.1 碱溶法

碱溶法原理是用碱液直接与粉煤灰作用，先对粉煤灰进行一定的预处理，用碱液将粉煤灰中的铝和硅溶出，再对溶出液进行碳化，使铝和硅沉淀，然后往沉淀中加酸使硅铝分离，再将得到的滤液进行浓缩得到AlCl3#183;6H2O晶体，继续对AlCl3#183;6H2O晶体加热，得到氧化铝产品[13]。

如唐云[14]研究确定了碱浓度 80 g/L、溶出时间 10 min、溶出温度 100℃ 时，粉煤灰中氧化铝的溶出率可达 84.69%。当赤泥洗涤条件为稀碱液浓度 0.2 mol/L、温度 100℃、洗涤次数 5 次、冲洗水温度 100℃、洗涤次数5 次时，粉煤灰中氧化铝的溶出率可达 87.03%。

此工艺提高了粉煤灰中氧化铝的提取率和降低了溶出过程中的碱耗，使大量的碱可以循环利用，降低了生产成本，提高了经济效益。

2.2.2 碱石灰烧结法

先利用碱溶法从粉煤灰中提取氧化硅，再用碱石灰烧结法对提硅后的粉煤灰(脱硅灰)提取Al2O3，取得了非常有用的价值成果。如王佳东等[15]采用碱石灰烧结法，对脱硅粉煤灰中提取Al2O3过程进行了研究，结果表明：烧结过程中，在生料配比氧化钙比氧化硅(CaO/SiO2)为2、一氧化钠比氧化铝(Na2O/Al2O3)为1，烧结温度为1200℃，保温时间 60 min 的烧结条件下烧成熟料，在一定条件下，熟料中氧化铝的溶出率可达90% 以上。也有研究者采用石灰蒸压-低温缎烧法提取粉煤灰中氧化铝。具体过程如下：先将粉煤灰和石灰与水按一定比例混合后，经蒸压反应得到水合钙铝硅酸盐，低温锻烧水合钙铝硅酸盐分解成七铝十二钙和硅酸二钙，再经过碱浸、碳化等步骤，实现了从粉煤灰中提取氧化铝。如赵鹏[16]研究石灰蒸压-低温缎烧法最佳工艺条件：蒸压温度为180℃，蒸压时间为12 h，锻烧温度为900℃ 左右，锻烧时间4 h，石灰与粉煤灰重量比2.2:1，水灰重量比2:1~2.2:1，酸钠溶液浓度(重量) 6.00%，浸出温度75℃，浸出时间15 min，浸出次数为2次，碳化温度为50℃，Al2O3提取率达到56%。此工艺适合于粉煤灰提取Al2O3炉外技术，较石灰锻烧自粉法降低锻烧温度300~600℃，采用煤粉燃烧发电附产氧化铝熟料，实现了粉煤灰提取Al2O3节能最大化。但是该法制得的氧化铝纯度不高，仍需研究者探讨。另外，浸出剩余废渣(硅钙渣)含有碳酸钙和硅酸二钙，可用于水泥生产。

2.2.3 石灰石烧结法

石灰石烧结法原理是将粉煤灰与石灰石混合后进行烧结，使粉煤灰中的莫来石和石英变为硅酸二钙和七铝十二钙，自粉化的熟料用碳酸钠溶液浸出烧结后的熟料，硅酸二钙和七铝十二钙等不溶物以固体的形式残留于溶液中，而铝酸钙分解，以偏铝酸钠(NaAlO2)的形式转入溶液[17]。与碱石灰烧结法相比，石灰石烧结法对原料的适用性广，熟料烧结时不必配碱，且熟料会自粉化，溶出时不需要进行湿磨。研究表明[18]：在生料配方氧化钙和氧化铝的摩尔比为1.9:1，温度在1320～1360℃范围内，铝硅的反应产物主要是 12CaO#183;7Al2O3和γ-2CaO#183;SiO2，在此条件下，熟料中的氧化铝在碳酸钠溶液中能较好地溶出。此法的优点是原料丰富，炉料不需配碱，碱溶液只在湿法过程中循环，熟料可以自粉化等，是目前具有工业应用价值的的烧结方法。但也存在一些问题，如熟料烧结温度高、物料流量大。

2.2.4 石灰石-烧碱联合烧结法

石灰石-烧碱联合操作工艺是碱法中一种，只是在烧结过程中利用烧碱与生石灰的混合物作为烧结剂与粉煤灰进行烧结，相对于石灰石烧结法和碱石灰烧结法，石灰石-烧碱联合烧结法温度较低，从而大大降低了烧结过程的能耗。

如唐云等[19]研究表明：并确定了较佳烧结参数：碱比2:1、钙比0.5:1、烧结温度 700℃、烧结时间30 min，在此条件下粉煤灰中氧化铝溶出率达到76.2%。烧结工艺，尤其多种烧结方法联合使用来降低烧结温度，是大幅降低能耗及生产成本的关键，也是当前研究的重点。碱法发展至今已经成为目前研究的比较成熟的工艺，研究人员应注重工艺碱液循环利用及其环保问题，实现经济效益与环境效益的双赢。另外，利用残渣提取其它金属及生产水泥的开发力度也要加大，开发多种产品联合提取工艺，提高综效益。

2.3 酸碱联合法

酸碱联合法工艺一般先将粉煤灰烧结，加酸溶解烧结产物过滤得含铝溶液，再加碱液除去溶液铁，然后经净化工艺制得纯净铝液，进一步分解为氢氧化铝，最后煅烧制得氧化铝。如吴艳等[20]提出了酸碱联合法用粉煤灰制备高纯氧化铝和超细二氧化硅的新工艺，即粉煤灰经机械活化、浓酸浸出、溶出、重结晶 、焙烧分解、浓碱浸出、碳分、除铁、低温干燥、苛化等制得Al2O3产品。此工艺中原料实现循环利用，酸耗、碱耗较低，废渣排放量低。但是硫酸铝(Al2(SO4)3)的焙烧分解和氢氧化钠的蒸发浓缩工艺能耗较大，能耗与烧结法基本持平。酸碱联合法可以与种分分解法结合，通过铝酸钠(NaAlO2)溶液的循环利用来解决酸碱联合法中碱耗大的问题。据丁宏娅[21]报道，利用Na2CO3中温分解粉煤灰中的莫来石和铝硅酸盐玻璃相，硫酸酸浸使烧结物料的硅铝分离，含铝溶液纯化除杂、种分分解法制备Al(OH)3等工艺从粉煤灰中提取Al2O3，能制得达到国家三级标准的α-Al2O3 产品。该工艺采用硫酸代替盐酸酸浸粉煤灰烧结产物，可重复利用碳酸钠代替氢氧化钠除铁来降低生产成本；采用饱和石灰水在160℃ 深度除Si，使其氧化铝产品质量提高；同时采用种分分解法制备Al(OH)3晶体，以铝酸钠(NaAlO2)溶液的循环利用来减少碱耗。与石灰石烧结法比较，此工艺过程的能耗低、碱耗少、副产品附加值高，基本无”三废”排放，符合国家发展循环经济的要求，是高铝粉煤灰资源化高效利用的有效途径之一。

2.4 硫酸铵烧结法

硫酸铵烧结法是将粉煤灰磨细活化，与硫酸铵按一定配比混合煅烧，煅烧后产物加入亚硫酸浸出，调节 pH，重结晶得 NH4Al(SO4)2#183;12H2O中间体，煅烧后得氧化铝产品。如李来时[22]研究确定了提取粉煤灰中氧化铝的最佳工艺：粉煤灰粒度在5μm 以下、烧结温度400℃、烧结时间2.5 h、硫酸铵与粉煤灰中氧化铝的摩尔比10:1，在此条件下粉煤灰中氧化铝的提取率可达95.6%；硫酸铝铵重结晶提纯后产品氧化铝纯度gt;99.9%。此工艺路线合理，原料可循环利用，产品Al2O3纯度高，附加值高。但是利用硫酸铝铵重结晶方法提纯存在能耗大、提纯率不高等问题，因此，关于NH4Al(SO4)2#183;12H2O的提纯仍需进一步深入研究。

2.5 其它

除上述方法外，直接还原法、钙熔法等方法也逐渐应用于粉煤灰提取率工艺中。电热(碳热)直接还原法可利用粉煤灰生产硅铝合金，即使用碳管电阻炉在1950℃～2200℃ 的温度范围内，用焦炭粉还原高铝粉煤灰，制取Fe-Al-Si 合金，还可进一步将硅铝合金分离成金属铝和硅[23]。

钙熔法也可从粉煤灰中提取氧化铝，整个流程主要包括烧结、酸溶、除杂、结晶、煅烧5个工序。具体方法是将粉煤灰与生石灰按一定比例烧结生产可被盐酸溶解的钙长石和钙黄长石，钙溶块用稀酸分解，过滤，用乙醚萃取除去Ca2 ，用浓硫酸除钙，再以铝铵钒的形式将铝沉淀析出，经煅烧得到氧化铝产品[24]。该法具有工艺简单，回收效果好等优点，但必须保证粉煤灰足够大的CaO与Al2O3质量比，且粉煤灰中所含的杂质铁必须除去。

3 本课题研究目的

利用粉煤灰制备氧化铝，不仅能带来巨大的经济效益，而且缓解了我国资源紧张和粉煤灰带来的环境污染压力。随着铝土矿资源的日益消耗，特别从粉煤灰中提取氧化铝工艺的不断完善，可以预见粉煤灰作为一种铝资源具有很大开发潜力。目前研究热点主要是粉煤灰氧化铝提取工艺的优化及其清洁生产工艺的开发，尤其是采用新技术、新手段（如超声波、微波等多种技术联合使用）降低能耗、提高粉煤灰中氧化铝的提取率，这也是今后发展的必然趋势。另外，粉煤灰氧化铝与其它有用成分联合提取及其生产中污染问题也应引起研究人员研究重视。相信，随着研究深入与科技的不断发展，粉煤灰精细化综合利用的工艺也必将不断地完善。

4 本课题研究内容与思路

4.1 研究内容

本课程论文以灰渣中提取氧化铝溶出工艺为研究内容。重点研究不同溶出条件对氧化铝的溶出率的影响。经活化后的灰渣，通过分析不同溶出条件（溶出温度、溶出浓度、溶出时间、液固比）下氧化铝溶出率，得出最佳溶出条件和最佳溶出条件下氧化铝的提取率。

4.2 拟解决的关键问题

a、确定实验体系以及实验方案。

b、理论分析确定合适的溶出条件（溶出温度、溶出浓度、溶出时间，液固比）。

c、根据实验方案计算不同溶出条件下的氧化铝溶出率，得出最佳溶出条件和最佳溶出条件下氧化铝提取率，并进行XRD、SEM等测试。

4.3 采用的技术路线与实验方案

1.4.4采用的研究和分析手段

利用XRD、SEM等检测手段对实验结果进行分析，得出灰渣中氧化铝的提取进行详实过程，掌握其规律。探讨各种溶出条件对氧化铝提取率的影响规律，并对其做进一步的研究，得出相应的规律。

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