車青松 馮松寶 王彪

摘 要：鋁元素在煤中是常量元素，主要以氧化鋁形式賦存在煤中，采用石灰石燒結(jié)法提取煤中鋁對(duì)于煤的綜合利用以及節(jié)約能源、改善環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。研究方法是將煤灰與氧化鈣混合后在高溫下煅燒成自粉化料，將自粉化料與硫酸反應(yīng)使鋁從固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗟玫搅蛩徜X粗液，然后用有機(jī)萃取機(jī)除去鐵離子得到硫酸鋁精液，然后加入硫酸銨得到鋁銨礬晶體，最后將鋁銨礬在高溫下煅燒得到氧化鋁，研究表明淮北煤田部分煤礦煤樣的粉煤灰鋁的回收率可達(dá)80%以上。

關(guān)鍵詞：淮北煤田；氧化鋁；粉煤灰

0 引言

中國的氧化鋁產(chǎn)量（96，314kt）占全球的39.51%，其消費(fèi)量占全球總消費(fèi)量45%，為了解決氧化鋁短缺的問題，我國啟動(dòng)了許多氧化鋁提取項(xiàng)目，包括云冶文山年產(chǎn)800kt氧化鋁項(xiàng)目。2012年9月26日，云南省文山縣800kt/a氧化鋁項(xiàng)目竣工投產(chǎn)，廣西田東錦盛化工公司1000kt/a氧化鋁項(xiàng)目于2012年10月投產(chǎn)。另外，粉煤灰提取氧化鋁項(xiàng)目也取得了突破性的成果，如內(nèi)蒙古、陜西、寧夏等地含有9%～12%氧化鋁的低熱值煤炭，其粉煤灰含14%～52%氧化鋁。如能利用其中的氧化鋁不但可以緩解氧化鋁緊缺局面，而且對(duì)粉煤灰的綜合利用與發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)有著重要的意義[1]。但是有效綜合利用技術(shù)是一項(xiàng)亟待解決的艱巨任務(wù)，因此本文采用石灰石燒結(jié)法提取煤中氧化鋁，來為工業(yè)提取氧化鋁探索新方法以及改進(jìn)方法。我國現(xiàn)在已探明的可開采煤炭儲(chǔ)量為1145億噸[2]，而且每年還進(jìn)口大量的煤炭，發(fā)電消耗的原煤占國內(nèi)煤炭消耗總量的50%左右[3]，盡管核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電比例有所提高，但是火力發(fā)電量仍占總發(fā)電量的80%以上[4]，因此也產(chǎn)生了數(shù)十億噸的粉煤灰，如果不處理這些粉煤灰，不僅浪費(fèi)了煤中大量的金屬元素而且也使它們成為了污染物，因此提取煤中氧化鋁，不僅是對(duì)煤的綜合利用，更是減少環(huán)境污染的措施。

1 樣品與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 樣品采集

采用GB/T482-2008煤樣采集方法，在采樣點(diǎn)的底板上放好一塊鋪布，使采下的煤樣都能落在鋪布上，將開采時(shí)應(yīng)采的煤分層及夾石層一起采取，所采煤樣全部裝入煤樣袋內(nèi)，每個(gè)煤樣袋均有按規(guī)定填好標(biāo)簽，采樣時(shí)，線內(nèi)應(yīng)采取的煤樣和夾石都得采下，且不得采線外的煤和夾石。此外每個(gè)采樣點(diǎn)分別采取一定數(shù)量的子樣匯集成實(shí)驗(yàn)用的一個(gè)總樣。為了使煤樣具有代表性，所選的采樣點(diǎn)要分布均勻，盡可能多取一點(diǎn)樣本，但一定要按規(guī)定采樣。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

粉碎機(jī)（2000Y）、馬弗爐（HWSK-210E）、萃取分離機(jī)（13～60kHz）、抽濾裝置等。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將煤灰與氧化鈣混合加適量水團(tuán)成球形（4～7mm），放入馬弗爐中灼燒（1000℃，0.5h）。

（2）將燒結(jié)物破碎通40目篩，用鹽酸（10%）溶解。過濾后再向?yàn)V液中加適量硝酸，以使雜質(zhì)鐵以離子形式存在于濾液中。

（3）向?yàn)V液中分別加入一定體積的乙醚和磷酸三丁酯，在萃取振蕩機(jī)上完成萃取，收集水相溶液。

（4）往水相溶液中加入一定體積的濃硫酸以便硫酸鈣沉淀，過濾收集濾液。

（5）向?yàn)V液中加少許硫酸銨晶體，在攪拌下析出鋁氨礬。

（6）在馬弗爐300℃下煅燒得到氧化鋁。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照實(shí)驗(yàn)步驟，所測數(shù)據(jù)如表1所示。RL-6、TY-15-5、WL-2氧化鋁提取量分別為2.01g、2.21g、2.03g，并且TY-15-5氧化鋁產(chǎn)率最高達(dá)到了84.6%。

3 討論

（1）三個(gè)煤樣之間的差異

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，桃園礦的煤樣所含有的Al2O3比其他兩個(gè)煤礦的量要高，這可能與煤層形成后受到巖漿侵入有關(guān)，巖漿中含有大量的Al2O3，巖漿侵入煤層后為煤層帶來了大量Al2O3。也可能與形成煤的植物有關(guān)，形成桃園礦的植物本身就含有大量鋁元素，在經(jīng)歷長期并且復(fù)雜的成煤過程中，鋁元素得到了富集。這也可能導(dǎo)致桃園礦的Al2O3含量比其他煤礦多。

（2）鋁的提取實(shí)際意義

隨著人們對(duì)鋁、銅、鉛等有色金屬的需求量增大，尤其是對(duì)鋁的需求量最大。由于鋁主要來源于電解氧化鋁，因此對(duì)氧化鋁的需求也相應(yīng)變大了。而氧化鋁主要從鋁土礦中提取，這種方法不僅技術(shù)復(fù)雜，而且成本也非常高，因此新的氧化鋁提取方法就變得十分有意義。

（3）氧化鋁提取的經(jīng)濟(jì)意義分析

從圖1中可以看出，中國煤炭價(jià)格指數(shù)一直出于下降趨勢，煤炭行業(yè)正處在低迷期，這使我們的實(shí)驗(yàn)成本在一定程度上降低了。

淮北煤塊價(jià)格：500～600元/噸，0.005～0.006元/克，實(shí)驗(yàn)用量：40g。

實(shí)驗(yàn)藥品價(jià)格：乙醚，50元（500ml）；硫酸，30元（500ml）；磷酸三丁酯，25元（500ml），硫酸銨10元（500g）。

實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品（Al2O3）價(jià)格：20～30元/500克，

經(jīng)過計(jì)算，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品（Al2O3）價(jià)值小于40g煤+實(shí)驗(yàn)耗材價(jià)格。

在實(shí)驗(yàn)室做提取Al2O3利潤非常微薄，甚至為負(fù)，但是一旦技術(shù)成熟，大量投入生產(chǎn)就會(huì)帶來巨大的商業(yè)利潤，并且從煤灰中提取鋁對(duì)于節(jié)約資源、改善環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤綜合利用為煤炭行業(yè)摸索出一條新的出路。

4 結(jié)論

通過對(duì)淮北煤田提取氧化鋁的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有些煤礦的煤樣氧化鋁含量較高，這為以后大量投入生產(chǎn)提供了可能。目前這種方法還是存在一些缺陷，如在實(shí)驗(yàn)過程中的樣品會(huì)損失相當(dāng)大的比例，實(shí)驗(yàn)過程會(huì)產(chǎn)生一些有害氣體、反應(yīng)時(shí)間過長等。為此，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)方法提出了一些改進(jìn)方案，比如安裝一套尾氣吸收裝置、尋找適當(dāng)?shù)拇呋瘎┑?。因?yàn)槲覈鴮?duì)鋁的需求日益增大，新的提取氧化鋁方法就變得尤為重要，這對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)研究起到了非常大的推動(dòng)作用。

【基金項(xiàng)目：安徽省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（巖漿巖侵入對(duì)煤的生烴能力影響研究-以淮北煤田為例，編號(hào)201510379139），安徽省教育廳大學(xué)生創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目（宿州學(xué)院-眾利創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室，編號(hào)：2015ckjh107）。】

參考文獻(xiàn)

[1] 楊石波，王際東，屈一新.燒結(jié)法提取高鋁粉煤灰中氧化鋁的實(shí)驗(yàn)研究[D].無機(jī)鹽工業(yè).2008.40（7）.

[2] 馮立群，中國煤炭進(jìn)口來源分析[D].內(nèi)蒙古大學(xué)碩士畢業(yè)論文.2012.

[3] 國家統(tǒng)計(jì)局能源統(tǒng)計(jì)司.中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒2011[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2011：1-5.

[4] 楊勇平，楊志平，徐鋼，等.中國火力發(fā)電能耗狀況及展望[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（23）：43-46