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鋁鋰鎵協(xié)同提取:粉煤灰里每年“淘”出3億元

2024-05-12 23:31:58 來源:科技日報 作者/編輯: 瀏覽次數(shù):3932 手機(jī)訪問 使用手機(jī)“掃一掃”以下二維碼,即可分享本文到“朋友圈”中。

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(tuán)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(tuán)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(jì)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(tuán)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。”程芳琴介紹說,“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。”

團(tuán)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。”

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。“低溫常壓情況下,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。”崔靜磊說。

團(tuán)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。

來源:科技日報

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