本發明涉及資源回收領域，尤其涉及一種從粉煤灰中回收高純度硅鋁鐵鈣的方法。
背景技術：
1、煤炭作為主要能源之一，在燃燒過程中會產生大量的粉煤灰。粉煤灰作為煤炭燃燒后的主要固體廢棄物，其排放問題日益嚴峻。粉煤灰中富含硅、鋁等元素，具有極高的潛在經濟價值，因此，若能對其進行有效回收利用，既能緩解資源短缺壓力，又能減輕環境污染。
2、目前，從粉煤灰中回收硅鋁的技術有多種嘗試。在堿法提取方面，采用的傳統堿法燒結存在明顯弊端。該方法反應溫度過高，通常需在1200-1300℃甚至更高溫度下進行，燒成溫度范圍狹窄，操作控制難度極大，且能耗高，這無疑增加了生產成本與能源消耗。而在酸法提取技術中，酸溶法雖流程相對簡單，然而其對設備耐腐蝕性要求極為苛刻，需使用特殊材質設備以抵御強酸侵蝕，這大幅提高了設備購置成本；并且，為保證氧化鋁產品質量，需要復雜的提純工藝，同時酸蒸汽揮發易造成環境污染。此外，專利cn109897961a公開了一種從粉煤灰硫酸體系中梯級分離除雜和鋁鎵協同提取的方法，其通過酸法浸出后得到的酸浸液含有多種雜質，鐵、鈦、鎂等雜質的存在給后續硅鋁的分離提純帶來諸多困難，增加了工藝復雜度與成本。此外還有硫酸銨燒結法，其缺點在于加熱時物料粘附現象嚴重，氨氣、二氧化硫等氣體回收難度大，不僅存在設備腐蝕問題，還面臨燒結粘窯、溶出液濃度低以及工藝流程冗長等難題。
3、在低溫活化及提取方面，專利cn101607259a公開了一種低溫活化粉煤灰的方法及其應用，提出在800-950℃相對低溫下對粉煤灰進行處理，雖在一定程度上降低了能耗，但仍存在提升空間，且在硅鋁的提取率和純度方面，尚未能達到理想的高效、高純度水平。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本發明提供了一種從粉煤灰中回收高純度硅鋁鐵鈣的方法。本發明方法能夠提取回收得到高純度、高收率的硅和鋁，并且提取回收工藝還具有低能耗、環保的特點。
2、本發明的具體技術方案包括：一種從粉煤灰中回收高純度硅鋁鐵鈣的方法，其包括以下步驟：
3、1）預處理：將粉煤灰與鈉鹽混合球磨，使粉煤灰和鈉鹽充分混合均勻。
4、2）活化焙燒：將1）所得混合物在有氧條件下480-550℃焙燒，通過鈉鹽將粉煤灰中的重金屬轉化為可溶性鹽，便于下一步水浸浸出。
5、3）水浸處理：對2）所得產物水浸處理，使重金屬鹽充分溶解，過濾、洗滌、干燥，得活化粉煤灰。
6、4）酸浸處理：將活化粉煤灰酸浸處理以溶解鋁，過濾、洗滌、干燥，得硅中間體（二氧化硅）和含鋁酸液。
7、5）除鐵：調節含鋁酸液的ph為13-14，此ph條件下酸液中的鋁元素不沉淀，形成氫氧化鐵沉淀，過濾、洗滌、干燥，得氫氧化鐵。
8、6）除鈣：向5）所得濾液中通2-4倍體積的二氧化碳，形成碳酸鈣沉淀，過濾、洗滌、干燥，得碳酸鈣。
9、7）沉鋁：用鹽酸將6）所得濾液的ph調為6-7，形成氫氧化鋁沉淀，過濾、洗滌、干燥，得氫氧化鋁。
10、8）煅燒：將4）所得硅中間體和7）所得氫氧化鋁煅燒，得氧化硅和氧化鋁。
11、在本發明的上述方法中，其創新點在于：
12、（a）低溫活化焙燒工藝降低能耗：通過粉煤灰與鹽鈉的預混球磨，利用鈉鹽的低共熔效應破壞粉煤灰硅鋁酸鹽晶格，從而在低溫（480-550℃）下即可實現重金屬向可溶性鹽的高效轉化（活化率≥95%），解決了傳統高溫焙燒（800℃左右）能耗高、設備損耗大的問題。同時，有氧氛圍（優選空氣）下的焙燒無需惰性氣體保護，進一步簡化了工藝并降低操作成本。
13、（b）ph梯度分步沉淀法（鐵/鈣/鋁依次高效分離）：利用ph梯度分步沉淀法，通過精準調控反應體系酸堿度實現鐵、鈣、鋁的高效分離。其中：除鐵階段：將含鋁酸液調至ph=13-14，利用強堿性條件下fe3+優先形成氫氧化鐵沉淀（純度≥92%），而al3+以偏鋁酸根形式穩定存在的特點，解決了傳統酸浸液中fe3+與al3+的分離難題（如cn109897961a專利需依賴有機萃取劑，存在溶劑污染風險）；除鈣階段：通過通入二氧化碳調節體系至弱堿性，使ca2+以碳酸鈣形式沉淀，避免引入額外雜質；沉鋁階段：回調ph至6-7，促使alo2-轉化為氫氧化鋁沉淀（純度≥90%）。全流程無需有機萃取劑，分離效率較傳統化學沉淀法提升20%以上，且產物純度滿足高值化應用要求。
14、（c）全流程廢渣資源化與近零排放：本發明突破傳統粉煤灰提取技術中“提取主元素、排放副產物”?的局限（如?cn103305686a酸浸后產生大量廢渣），實現所有產物的資源化利用：硅組分經水浸、酸浸純化后，煅燒可得純度95%以上的高純度氧化硅，可用于電子陶瓷等領域；鐵渣（氫氧化鐵）、鈣渣（碳酸鈣）可直接作為原料用于顏料、建筑材料等產業；氧化鋁純度達90%以上，可滿足冶金級氧化鋁標準。全流程無固廢排放，僅產生少量工藝水（可循環用于水浸步驟），實現“粉煤灰→多元高值產品”的閉環循環，環境效益與經濟效益協同提升。
15、作為優選，步驟1）中，所述粉煤灰中，以氧化物記，sio2含量為45-55wt%，al2o3含量為23-27wt%、fe2o3含量為5-9wt%、cao含量為8-11wt%。
16、粉煤灰是燃煤發電過程中產生的工業副產品，主要來源于煤粉燃燒后的非可燃礦物成分，主要成分為硅、鋁的氧化物。
17、作為優選，步驟1）中，所述粉煤灰與鈉鹽的質量比為100:70-90。
18、粉煤灰中的硅、鋁主要以莫來石（3al2o3·2sio2）及硅酸鹽玻璃相為主。鑒于莫來石具有穩定的晶體結構，需通過堿性條件活化處理，使其轉化為可酸溶的鈉鋁酸鹽，為后續硅、鋁高效提取奠定基礎，其核心反應可概括為：
19、富硅相的堿熔：sio2+?na2co3→na2sio3+co2
20、氧化鋁的堿熔：al2o3?+?na2co3→2naalo2+co2
21、按化學計量估算，每1g粉煤灰（若以典型組成計：al2o3≈25%，sio2≈50%）中，參與反應的na2co3理論量≈0.7g，即粉煤灰：na2co3≈1:0.7。考慮實際粉煤灰中還存在游離的sio2、fe2o3、tio2等組分，通常將配比提高到≥1:0.7，以確保莫來石充分活化，為后續酸浸創造條件。
22、作為優選，步驟1）中，所述鈉鹽為碳酸鈉。
23、本發明發現，不同鈉鹽種類的效果不同。例如：氯化鈉反應活性弱，活化效果有限，導致產品中金屬雜質殘留較高；硫酸鈉穩定性強，需更高反應溫度，且易與金屬雜質形成難溶硫酸鹽，影響硅的回收純度；碳酸鈉在?550-650℃下即可與粉煤灰中金屬氧化物反應生成易溶鈉鹽，后續易去除；其分解產生的二氧化碳無腐蝕性、毒性，還能促進重金屬脫除，環境友好。
24、作為優選，步驟1）中，所述球磨的條件為：400-600rpm處理5-15min，再反向400-600rpm處理5-15min，以此交替處理1.5-2.5h。
25、作為優選，步驟2）中，所述焙燒的時間為0.5-1.5h。
26、作為優選，步驟3）中，所述水浸處理的固液質量比為1:5-15，處理溫度為70-90℃，攪拌處理20-40min。
27、作為優選，步驟4）中，所述酸浸處理包括：按質量比1:12-15將活化粉煤灰與25-35wt%的濃鹽酸混合，90-100℃攪拌反應45-55h。
28、作為優選，步驟5）中，調節ph為：在55-65℃攪拌條件下，向含鋁酸溶液逐步滴加15-25wt%的氫氧化鈉水溶液。
29、作為優選，步驟6）中，所述二氧化碳的通入條件為常溫常壓。
30、作為優選，步驟7）中，調節ph為：在室溫條件下逐步滴加8-12wt%的鹽酸溶液。
31、選擇鹽酸調節ph，可避免引入雜質。例如，若選擇用硫酸替代鹽酸，會由于因含有硫元素引入雜質，導致氧化鋁純度降低。氯化物熔點較低，在最后的煅燒環節大部分氯離子可以直接揮發，而硫酸根離子在本發明的煅燒溫度下無法充分揮發。
32、作為優選，步驟8）中，所述煅燒的溫度為480-550℃。
33、與現有技術對比，本發明的有益效果是：
34、本發明在預處理階段通過鈉鹽摻混球磨，能使粉煤灰與鈉鹽充分混合，為后續反應奠定良好基礎。活化焙燒環節所需溫度較低，能有效活化重金屬，提高水浸、酸浸以及后續除雜、沉鋁等步驟的效果，同時保證環境友好。通過嚴格精準調節ph值，僅靠無機試劑即可效分離硅鋁，還能有效去除雜質，最終實現高純度硅（95wt%以上）和鋁（90wt%以上）的回收，同時降低了能耗，減少了污染。