粉煤灰是燃煤電廠等高耗煤企業(yè)產(chǎn)生的主要固體廢棄物，是我國排量最大的工業(yè)廢渣之一，年產(chǎn)生量高達(dá)6億噸，且每年全國仍以近2億噸的存量遞增，累積堆存量已達(dá)20多億噸，嚴(yán)重污染環(huán)境和阻礙煤炭產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

粉煤灰中富含鋁和硅，還有稀缺金屬鋰和鎵。如何讓粉煤灰變廢為寶，實現(xiàn)高效利用，是我國資源綜合利用面臨的重要問題，也是國家推進(jìn)節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重大需求。日前，在國家重點研發(fā)計劃重點專項支持下，山西大學(xué)資源與環(huán)境工程研究所研發(fā)團隊攻克關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了“常壓—自壓”兩段溫和酸浸協(xié)同提取粉煤灰中的鋁、鋰、鎵元素，為粉煤灰高值化利用提供了重大原創(chuàng)性技術(shù)支撐。

鎖定目標(biāo) 從粉煤灰中協(xié)同提取鋁鋰鎵

3月28日，記者走進(jìn)山西大學(xué)資源與環(huán)境工程研究所實驗室，“粉煤灰高值利用關(guān)鍵技術(shù)與示范”項目團隊正在進(jìn)行多項深化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)驗證實驗。

山西大學(xué)副校長、項目負(fù)責(zé)人程芳琴教授介紹，我國粉煤灰綜合利用率已達(dá)70%，但主要應(yīng)用在水泥、混凝土、路面磚等建材建工行業(yè)，利用途徑單一，利用率有限。而在山西北部和內(nèi)蒙古中西部產(chǎn)生了大量高鋁粉煤灰，其中富集的高價值鋁元素及鋰鎵等稀散元素往往被拋棄，主要原因是從粉煤灰中提取有價元素的技術(shù)不成熟。

高鋁粉煤灰含有40%—50%的氧化鋁，達(dá)到中低品位鋁土礦的鋁含量要求，而且高鋁粉煤灰中的鋰、鎵含量也能達(dá)到工業(yè)開采品位。鋁的提取產(chǎn)品包括氧化鋁、氯化鋁、硫酸鋁等，分別可用于多種工業(yè)領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域等；鋰、鎵則是航空航天、電子產(chǎn)品等重要行業(yè)必需的貴重稀缺金屬材料，每噸價值高達(dá)10多萬元和70多萬元，具有重要的戰(zhàn)略價值。

程芳琴介紹，她們研發(fā)的“粉煤灰高值利用”技術(shù)，就是利用科技手段讓粉煤灰實現(xiàn)最大經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。也就是說，在低成本、低能耗、低渣量狀態(tài)下，從高鋁粉煤灰中協(xié)同提取鋁鋰鎵和實現(xiàn)高附加值利用。

程芳琴帶領(lǐng)團隊歷經(jīng)10多年攻關(guān)，終于打開了粉煤灰高效利用之門，正致力于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

突破關(guān)鍵技術(shù) 綠色工藝能耗低操作簡便

“用專業(yè)術(shù)語說，我們攻克了多場耦合活化、非晶相與晶相深度剝離、低濃度鋰/鎵高效富集分離等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了常壓—自壓兩段酸浸工藝提取鋁鋰鎵系列產(chǎn)品?！背谭记俳榻B說，“通俗點兒解釋就是，此工藝實現(xiàn)了協(xié)同提取生產(chǎn)氯化鋁、聚合氯化鋁、硫酸鋁、碳酸鋰、金屬鎵等系列產(chǎn)品，而且廢渣資源化利用，流程短、操作簡單、無‘三廢’排放?！?/span>

團隊成員、80后副教授崔靜磊帶著記者在實驗室參觀時，簡要介紹了實驗流程說：“我們的核心技術(shù)和工藝，就是實現(xiàn)了低溫常壓狀態(tài)下，一個流程提取鋁鋰鎵?！?/span>

崔靜磊告訴記者，一般傳統(tǒng)的工藝需要180-240℃的高溫和0.3-0.5MPa，而他們只需要100-140℃的溫度和常壓，且酸和粉煤灰在溶解和反應(yīng)的過程中，熱量實現(xiàn)了充分的利用，大大節(jié)約了能耗?！暗蜏爻呵闆r下，反應(yīng)條件變溫和，設(shè)備材料變普通，投資減少了，工人操作也簡單了?！贝揿o磊說。

團隊中負(fù)責(zé)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的薛芳斌教授說：“我們分別與中科院過程所和太原理工大學(xué)等科研院校合作，研發(fā)了鋰鎵富集的選擇性吸附材料、離子印跡材料以及離子液體萃取材料，有了這些技術(shù)支撐，就像‘撿豆子’一樣，可以把粉煤灰中的鋁、鋰、鎵分別分離，分別吸附，分別提取。”

他們首先在實驗室完成了全過程操作，去年10月，“常壓—自壓兩段酸浸工藝”在山西天一納米材料科技有限公司進(jìn)行了技術(shù)驗證。

據(jù)測算，我國山西北部和內(nèi)蒙古中西部高鋁煤約有500億噸，高鋁粉煤灰中的氧化鋁資源總量在50億噸以上，鋰和鎵資源量分別在2000萬噸、800萬噸以上；目前，積存的高鋁粉煤灰總量已經(jīng)超過1億噸，而且每年還在以3000萬噸的幅度增長。如果采用常壓—自壓兩段酸浸工藝提取鋁鋰鎵工藝技術(shù)，10 萬噸/年粉煤灰處理裝置，可生產(chǎn)約6萬噸結(jié)晶氯化鋁、10萬噸聚合氯化鋁，聯(lián)產(chǎn)3噸金屬鎵、75噸電池級碳酸鋰，實現(xiàn)年銷售收入3億元以上。