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铝锂镓协同提取:粉煤灰里每年“淘”出3亿元

2019年04月03日作者:王海滨来源:科技日报

  粉煤灰是燃煤电厂等高耗煤企业产生的主要固体废弃物,是我国排量最大的工业废渣之一,年产生量高达6亿吨,且每年全国仍以近2亿吨的存量递增,累积堆存量已达20多亿吨,严重污染环境和阻碍煤炭产业可持续发展。

  粉煤灰中富含铝和硅,还有稀缺金属锂和镓。如何让粉煤灰变废为宝,实现高效利用,是我国资源综合利用面临的重要问题,也是国家推进节能环保战略新兴产业的重大需求。日前,在国家重点研发计划重点专项支持下,山西大学资源与环境工程研究所研发团队攻克关键技术,实现了“常压—自压”两段温和酸浸协同提取粉煤灰中的铝、锂、镓元素,为粉煤灰高值化利用提供了重大原创性技术支撑。

  锁定目标,从粉煤灰中协同提取铝锂镓 

  3月28日,记者走进山西大学资源与环境工程研究所实验室,“粉煤灰高值利用关键技术与示范”项目团队正在进行多项深化基础数据验证实验。

  山西大学副校长、项目负责人程芳琴教授介绍,我国粉煤灰综合利用率已达70%,但主要应用在水泥、混凝土、路面砖等建材建工行业,利用途径单一,利用率有限。而在山西北部和内蒙古中西部产生了大量高铝粉煤灰,其中富集的高价值铝元素及锂镓等稀散元素往往被抛弃,主要原因是从粉煤灰中提取有价元素的技术不成熟。

  高铝粉煤灰含有40%—50%的氧化铝,达到中低品位铝土矿的铝含量要求,而且高铝粉煤灰中的锂、镓含量也能达到工业开采品位。铝的提取产品包括氧化铝、氯化铝、硫酸铝等,分别可用于多种工业领域、环保领域等;锂、镓则是航空航天、电子产品等重要行业必需的贵重稀缺金属材料,每吨价值高达10多万元和70多万元,具有重要的战略价值。

  程芳琴介绍,她们研发的“粉煤灰高值利用”技术,就是利用科技手段让粉煤灰实现最大经济效益、社会效益和生态效益。也就是说,在低成本、低能耗、低渣量状态下,从高铝粉煤灰中协同提取铝锂镓和实现高附加值利用。

  程芳琴带领团队历经10多年攻关,终于打开了粉煤灰高效利用之门,正致力于产业化应用。

  突破关键技术,绿色工艺能耗低操作简便 

  “用专业术语说,我们攻克了多场耦合活化、非晶相与晶相深度剥离、低浓度锂/镓高效富集分离等关键技术,实现了常压—自压两段酸浸工艺提取铝锂镓系列产品。”程芳琴介绍说,“通俗点儿解释就是,此工艺实现了协同提取生产氯化铝、聚合氯化铝、硫酸铝、碳酸锂、金属镓等系列产品,而且废渣资源化利用,流程短、操作简单、无‘三废’排放。”

  团队成员、80后副教授崔静磊带着记者在实验室参观时,简要介绍了实验流程说:“我们的核心技术和工艺,就是实现了低温常压状态下,一个流程提取铝锂镓。”

  崔静磊告诉记者,一般传统的工艺需要180-240℃的高温和0.3-0.5MPa,而他们只需要100-140℃的温度和常压,且酸和粉煤灰在溶解和反应的过程中,热量实现了充分的利用,大大节约了能耗。“低温常压情况下,反应条件变温和,设备材料变普通,投资减少了,工人操作也简单了。”崔静磊说。

  团队中负责产业化应用的薛芳斌教授说:“我们分别与中科院过程所和太原理工大学等科研院校合作,研发了锂镓富集的选择性吸附材料、离子印迹材料以及离子液体萃取材料,有了这些技术支撑,就像‘捡豆子’一样,可以把粉煤灰中的铝、锂、镓分别分离,分别吸附,分别提取。”

  他们首先在实验室完成了全过程操作,去年10月,“常压—自压两段酸浸工艺”在山西天一纳米材料科技有限公司进行了技术验证。

  据测算,我国山西北部和内蒙古中西部高铝煤约有500亿吨,高铝粉煤灰中的氧化铝资源总量在50亿吨以上,锂和镓资源量分别在2000万吨、800万吨以上;目前,积存的高铝粉煤灰总量已经超过1亿吨,而且每年还在以3000万吨的幅度增长。如果采用常压—自压两段酸浸工艺提取铝锂镓工艺技术,10 万吨/年粉煤灰处理装置,可生产约6万吨结晶氯化铝、10万吨聚合氯化铝,联产3吨金属镓、75吨电池级碳酸锂,实现年销售收入3亿元以上。


编辑:lianwei