防辐射服评测粉煤灰综合利用
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1、粉煤灰的物理特征
粉煤灰是一种白色或灰色粉状物料，是一种多孔性松散固体的集合物，燃煤产地、燃烧条件与处理方法等因素决定了粉煤灰的组成及性质，它的PH值在9~11之间，表观密度0.55~0.8g/cm3，孔隙率60~70%，比表面积2900~4000cm2/g。
2、粉煤灰的物质组成
粉煤灰元素组成复杂，主要氧化物有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等，其含产量随着燃煤产地不同而有所区别，其中SiO2含量在30~60%之间，Al2O3含量在25~50%之间，SiO2、Al2O3、Fe2O3总和在70%左右，Al2O3含量以蒙煤、晋煤和陕煤所产生粉煤灰最高，最高者Al2O3含量接近50%。
3、粉煤灰的物相组成
粉煤灰来自于煤中的无机组分，粉煤灰的物相组成是粉煤灰的一个重要指标。煤粉在燃烧过程中，其无机矿物经历了分解、烧结，熔融及冷却等过程，冷却后的粉煤灰基本上可分为玻璃体及结晶矿物两大类，粉煤灰玻璃体组分主要是SiO2、Al2O3、Fe2 O3等，晶体矿物主要是莫来石（3 Al2O3?2SiO2）、石英、磁铁矿、赤铁矿等，而且通常是玻璃晶体包裹晶体矿物的形态方式存在
4、粉煤灰的物相组成对其活性的影响
粉煤灰的活性不仅取决于其化学成分，而且与其物相组成密切相关，玻璃体是粉煤灰中具有活性的物相，玻璃体含量越高，粉煤灰活性越高，也就是说粉煤灰越容易参与化学反应，而莫来石（3 Al2O3?2SiO2）含量越高，则活性越差，活性低的粉煤灰只有在特殊的化学环境条件下，才能参与化学反应。一般情况下，粉煤灰中Al2O3大部分存在于莫来石中，这就决定了想要粉煤灰中绝大部分Al2O3参加化学反应，必须强化其活性，以破坏莫来石中的SiO2—Al2O3键。
5、粉煤灰的资源利用
粉煤灰应用和研究在技术上分为低、中、高三个方面，低技术是指粉煤灰用于筑路、土壤改良等方面。中技术是指粉煤灰用于水泥工业、混凝土的掺和料或分离出空心玻璃微珠，以用于耐火材料、保温材料等等，目前中、低技术的应用日趋完善，但粉煤灰的大量常规金属如铝等未能有效利用，如何结合各地的地缘和资源优势，充分利用粉煤灰的有效成分，变废为宝，解决环境压力，已成为精细化利用的主要内容，如利用粉煤灰生产聚合硫酸铝、结晶氯化铝、聚合氯化铝，提取氯化铝等。
粉煤灰精细化利用的主要工艺路线
1、石灰石烧结法
石灰石烧结法的基本原理是通过高温烧结活化，莫来石和石英分别转化为七铝酸十二钙和硅酸二钙，然后用碳酸钠溶出得到铝酸钠溶液，实现固液分离，溶液进入氧化铝生产工序制得Al2O3。
7〔3Al2O3·2SiO2〕+2SiO2+68CaCO3→3Ca12Al7+16Ca2SiO3+68 CO2↑
Ca12Al7+12 Na2CO3+5H2O→14NaAlO2+12CaCO3+10NaOH
据介绍，该法粉煤灰烧结料100%的粉化，粉化料平均粒径小于1μm，氧化铝溶出率可达83.3%。由于高温煅烧（1200~1400℃），该法能耗高，同时出渣量是氧化铝的7~10倍，产渣量大，易造成二次污染，不适应工业化生产。
2、碱石灰烧结法
将粉煤灰和石灰、碳酸钠经高温烧结成可溶性的铝酸钠及不可溶性Ca2SiO3，二者分离后制备氧化铝并回收碱液，废渣用于水泥原料，最佳反应温度1200℃，时间2小时左右。
3Al2O3+ Na2CO3+C→NaAlO2+CO2↑
SiO2+2CaO→2CaO·SiO2
经熟料破碎、湿磨溶出、固液分离、脱渣、碳分煅烧等工序得成品Al2O3
该法与石灰石烧结法相近，虽烧结温度降低，该法成本仍然很高，工业实施难度也较大。
3、酸碱联合法
酸碱联合法是以Na2CO3为活性剂与粉煤灰均为混合，并在一定温度条件煅烧一定时间，粉煤灰烧结反应使不溶于酸碱的莫来石晶相转化成可溶于酸的霞石（NaAlSiO4）物相，烧结反应产物用酸溶液酸浸，待反应结束后过滤，滤液进行由溶胶–凝胶系列的转变，再次过滤，滤饼经洗涤干燥获得无定型的SiO2产品，滤液经碱液除铁等工序得到Al（OH）3，再煅烧得Al2O3。
酸碱联合法解决了硅铝分离及其分别利用问题，但由于煅烧能耗大、工序较长、成本高，从而限制了在工业上的应用。
4、氟化铵助溶法
利用酸性氟化铵水溶液和粉煤灰共热，直接破坏其网络结构，使硅铝网络结构变为活性硅铝溶于水中。氟化铵与粉煤灰中的二氧化硅反应生成氟硅酸铵，氟硅酸铵在过量氨的作用下，可全部分解为二氧化硅和氟化铵，从而实现了Al2O3从粉煤灰的内部溶出。在进一步与烧碱反应，经过调整除杂，去除Fe、Ca等元素，再经碳酸化和热解等步骤，实现了Al2O3的提取。
SiO2+6NH4F→(NH4)2SiF6+NH3↑+2H2O
(NH4)2SiF6+4NH3+(n+2)H2O→6NH4+SiO2·nH2O↓
Al2O3+ 2Na2OH→2NaAlO2+H2O
该法由于氟化铵的引入，工艺过程和设备选择都变得较为复杂，增加了工艺难度。
5、酸浸取法
网上资料介绍，酸浸取法有硫酸和盐酸两种浸取法，就盐酸浸取法而言，中国神华能源股份有限公司顾大钊等人发明专利“一种以粉煤灰为原料制备低铁结晶氯化铝的方法”作了较详尽的说明。
6、其它提取方法
粉煤灰中Al2O3其他提取方法还很多，如碱溶出法，就是用40%的NaOH溶液在一定的条件下溶出SiO2得到硅酸钠溶液， 渣用碳烧结法或碱石灰烧结法处理提取Al2O3；用硫酸铵作为活化剂进行烧结提取Al2O3；使用微波助溶法，将电磁能转变化反应场分子热能，促使SiO2—Al2O3键断裂，加快了粉煤灰中硅铝的溶出率；另外还有中温煅烧—酸浸联合法及高温烧结–微波辐射联合法等等。
