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。
