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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

粉煤灰中Al、Fe和Ti元素分离提取研究新进展

2024-05-10



兰州理工大学师媛和Monash University杨萨莎综述了粉煤灰资源化利用现状及发展趋势。相关成果以A mini review on the separation of Al, Fe and Ti elements from coal fly ash leachate ”为题发表在IJCST(International Journal of Coal Science & Technology, https://link.springer.com/article/10.1007/s40789-024-00683-z或点击文末“阅读原文”)。


封面基于本篇论文的学术思想,以蓝天青山及燃煤工厂作为主场景,既展示了大宗固废粉煤灰对环境的危害,又展示了从固体废弃物粉煤灰中提取有价金属,即粉煤灰变废为宝的过程。





   
粉煤灰是火力发电厂燃煤产生的大宗工业固体废弃物,随着能源需求的不断增加,粉煤灰产量逐年增加。粉煤灰作为工业三废之一,因其巨大的产量、丰富的组分和独特的理化性质,有着极高的利用价值。然而,大量堆存的粉煤灰会对环境造成污染。粉煤灰的资源化利用,不但可以实现废物无害化处理,而且可以缓解粉煤灰堆积所带来的环境污染。基于环境效益及我国铝等资源匮乏的双重驱动,开发清洁技术处理大宗固废粉煤灰至关重要。



   
粉煤灰中含有多种有价元素,回收这些有价金属具有重要意义。本文主要综述了萃取法、微生物法和电解法等从粉煤灰中回收有价元素的方法,比较了这些方法的主要技术指标,总结和讨论了现有技术的优缺点。在萃取过程中,有价金属离子与粉煤灰浸出液中的Cl等离子形成络合物,该络合离子与萃取剂如酯类、醚类、酮类分子中的原子结合,从而使有价金属离子由水相萃取到有机相。在用萃取法提取有价金属的过程中,往往存在萃取剂的成本较高及反萃取效果欠佳的问题,导致萃取剂难以重复利用。生物法具有良好的环境效益,但对系统要求严格,反应周期较长。电解法操作简单,提取效率高且产品纯度高,浸出液中铝、钛、钙等多种元素均可分离提取。铝的提取主要是Al3+和水的还原产物OH-反应生成Al(OH)3沉淀。电解法清洁高效、成本低,能够从复杂浸出液中提取目标元素,但当目标元素沉积电位相近时,选择性较差。因此,结合地方区域循环经济发展,研发清洁的新技术是回收粉煤灰中有价金属元素亟须解决的问题,也是未来粉煤灰综合利用发展的必经之路。

图1  电解法提取粉煤灰浸出液中有价元素机理图


未 来 展 望

高铝粉煤灰中氧化铝的含量接近中低品位铝土矿,是一种潜在的铝土矿补充资源。但在高铝粉煤灰资源化利用过程中,从高铝粉煤灰浸出液中同时提取多种元素仍具有很大挑战。因此,需要进一步研究从高铝粉煤灰中同时分离并提取多种有价元素的方法。



作 者 简 介

师媛,工学博士,副研究员,硕士生导师,兰州理工大学“红柳优青”,国家重点实验室优青,国家自然科学基金评审专家。本科和硕士毕业于陕西师范大学,博士毕业于东北大学。2021年至今在兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室从事专职科研工作。目前主要从事电解冶金和固废资源化利用相关理论和实验研究。主持国家自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金、甘肃省科技专项,国家重点实验室优秀青年人才培养重点项目和兰州理工大学“红柳优青”等项目。作为项目骨干参与国家重点研发计划、国家自然科学基金和甘肃省重大科技专项等项目。以第一作者在Journal of Hazardous Materials, Journal of Cleaner Production,Fuel等国际顶尖期刊上发表学术论文十余篇。以第一发明人授权及申请专利5件。获得过国家公派留学奖学金,国家奖学金,东北大学勤学励志先进个人,东北大学优秀博士生和东北大学优秀博士毕业生等荣誉称号,中国有色金属学会优秀博士论文奖,甘肃省冶金有色工业科技进步奖。中科院1区期刊International Journal of Coal Science & Technology科学编辑。以第一指导教师指导学生参加全国大学生冶金科技竞赛和大学生创新创业训练计划项目获多项国家奖。作为主讲人之一参与《冶金物理化学》省级一流本科课程。


杨萨莎, 博士, Monash University 博士后研究员。本硕毕业于中国矿业大学(北京),2022年获澳大利亚Monash University化学工程博士学位。International Journal of Coal Science & Technology 科学编辑。Frontiers in Energy Research 客座编委。迄今以第一/通讯作者在Applied Catalysis B: Environmental、ACS Catalysis、Chemical Engineering Journal、Journal of Environmental Chemical Engineering、Applied Catalysis A: General等国际顶尖期刊发表论文多篇, 申请专利2项。参与澳大利亚研究基金(Australia Research Council)中心项目,致力于生物质热解、生物油催化升级、水煤气转换反应、粉煤灰催化剂合成、FCC催化剂再生过程中HCN和NOx排放控制,以及煤热解/气化过程中氮的迁移等方面的研究。



Shi, Y., Jiang, F., Wang, R. et al. A mini review on the separation of Al, Fe and Ti elements from coal fly ash leachate. Int J Coal Sci Technol 11, 24 (2024). https://doi.org/10.1007/s40789-024-00683-z



  责任编辑:宫在芹

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