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            研发团队实现从粉煤灰中协同提取铝锂镓

            发布时间: 2019-04-03     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

             

            328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。(王海滨)