【科技信息】由粉煤灰提取氧化铝技术现状
由粉煤灰提取氧化铝技术现状
我国每年煤炭消费量在30亿吨以上，每燃烧1t煤炭要产生300kg左右的粉煤灰，粉煤灰已成为我国排放量较大的工业固废之一。粉煤灰的产生与积存不仅占用大量的耕地，而且还会对大气、水体和土壤造成污染，对生态环境造成破坏。
粉煤灰中含有硅、铝、铁等有价元素，具有一定的利用价值。多年来，对粉煤灰的资源化利用受到国家政策的鼓励和支持，同时也是社会各界研究和关注的热点。尤其是对粉煤灰中铝资源的利用更是受到高度重视，研究活动较为活跃，一些单位也进行了由粉煤灰生产氧化铝的工业化尝试。所有这些为我国粉煤灰资源化利用事业的发展积累了经验,奠定了基础。
1、由粉煤灰生产氧化铝的工艺方法
由粉煤灰生产氧化铝的工艺方法大致可以分为碱法和酸法两大类，其中碱法主要包括碱石灰烧结法、石灰石烧结法和预脱硅—碱石灰烧结法等，酸法主要有盐酸浸出法、浓硫酸浸出法、氟化物助溶硫酸浸出法、硫酸熟化法、硫酸铵焙烧法以及资源综合利用水平较高的酸碱联合浸出法等。
1.1、碱法提取氧化铝
碱法工艺主要包括石灰石烧结法和预脱硅—碱石灰烧结法等。
1.1.1 石灰石烧结法
石灰石烧结法与铝土矿烧结法生产氧化铝工艺相似，技术成熟，工艺和设备可靠性高，对原料的适应性强，易实现。石灰石烧结法包括烧结、熟料自粉化、浸出、碳分、锻烧等主要工序，工艺流程如图1。
图1粉煤灰石灰石烧结法生产氧化铝流程
石灰石烧结法是利用石灰或石灰石粉与粉煤灰配料后在1300～1400℃下进行烧结，使存在于莫来石(3Al2O3·2SiO2)相中的铝转变成易溶于Na2CO3溶液的可溶性的铝酸钙(12CaO·7Al2O3)和不溶的硅酸二钙(2CaO·SiO2)，然后通过浸出实现铝硅分离，烧结与浸出的主要反应见式(1)：
7(3Al2O3·2SiO2)+64CaCO3=14(2CaO·SiO2)+3(12CaO·7Al2O3)+64CO2 (1)
烧结熟料冷却过程中，熟料中的硅酸二钙(C2S)在650℃温度下发生相变，由单斜晶型的β-C2S向斜方晶型的γ-C2S转变，相变内应力导致熟料体积膨胀，造成烧结熟料自粉化，因此，熟料无需破碎、细磨工序而直接进行浸出。熟料中的铝酸钙与碳酸钠溶液发生如式(2)的反应从而浸出铝:
12CaO·7Al2O3+12Na2CO3+5H2O=14NaAlO2+10NaOH+12CaCO3↓ (2)
由于熟料浸出过程中存在式(3)、(4)副反应而导致石灰石烧结法的铝浸出铝较低:
3(2CaO·SiO2)+6NaAlO2+15H2O=3Na2SiO3+2(3CaO·Al2O3·6H2O)↓+2Al(OH)3 (3)
2Na2SiO3+2NaAlO2+4H2O=Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O↓+4NaOH (4)
石灰石烧结工艺的物料流量大，粉煤灰与石灰石粉质量比达3∶7，烧结温度高、能耗高，氧化铝的浸出率较低，在75%～80%之间，同时未能对粉煤灰中的硅、铁等资源进行综合利用，不仅资源综合利用水平低，而且二次废渣产生量大，据了解，每生产1t氧化铝，要产出8～10t的碱性废渣。虽然有人提出可将这种碱性废渣于脱碱后用于生产水泥，但受水泥销售半径的限制，存在消纳瓶颈，而且到目前为止没有将这种碱性残渣用做水泥生产原料的产业化实例。这种情况会造成二次废渣的大量排放于积存，对环境的影响比粉煤灰更为严重。因此石灰石烧结法存在着生产企业无利可图、资源利用水平低、二次污染严重等不足。
2014年10月,内蒙古蒙西高新技术集团公司采用石灰石烧结法建成年产20万吨氧化铝工业化装置。但因上述工艺问题而于投产不久停产。
1.1.2 碱石灰烧结法
该工艺是将粉煤灰、石灰石和碳酸钠混合，经高温焙烧使粉煤灰中莫来石相的Si-0-Al键得以破坏，将莫来石和石英转化为易溶于水的偏铝酸钠（NaAlO2）和难溶的硅酸钙（2CaO·SiO2）。
化学反应：
CaCO3→CaO+CO2↑ （9）
Al2O3+Na2CO3→2NaAlO2+CO2↑（10）
SiO2+2CaO→Ca2SiO4 （11）
Al6Si2O13+4CaO+3Na2CO3→2Ca2SiO4+6NaAlO2+3CO2↑ （12） 2Fe3O4+3Na2CO3+0.5O2→3Na2Fe2O4+3CO2↑（13）
焙烧熟料经水溶、分离、两段脱硅、炭分等工序制得氢氧化铝，再经煅烧得氧化铝产品。溶出过程的化学反应为：
NaAlO2+2H2O→Na++Al(OH)4↓（14）
Na2Fe2O4+4H2O→2NaOH+Fe2O3·3H2O↓（15）
近年来，有研究者以NaOH部分或全部替代石灰石作为烧结助剂，在小于或等于1000℃条件下烧结NaOH和粉煤灰的混合物，生成化合物Na2O·A12O3，SiO2和Na2O·A12O3，并进一步生成硅铝酸钠(Na2O-A12O3·2SiO2)，然后调整烧结温度，于1000~1250℃条件下使硅铝酸钠和CaO发生反应生成易与酸碱反应的铝酸钠和不溶物硅酸二钙，再进一步经酸浸提取其中铝､硅等有价元素。
与石灰石焙烧法相比，该工艺的优点是所需石灰石配入量较少，能耗相对较低；缺点是生产流程长，烧结工艺条件不稳定；且焙烧反应复杂，氧化铝溶出率不高，为72.21%。在生产氧化铝的同时产出大量硅钙渣，且含碱量大，不能直接使用。对硅、铁未能综合利用。成本高，产出少，生产企业盈利难度大。以NaOH为烧结助剂的碱石灰烧结法虽然可以使铝溶出率达到95%，但过程仍需消耗大量能源，且需做酸浸处理，运行成本高，硅钙渣产生量大。
总之，由于碱石灰烧结法同样存在着能源和原材料消耗量大，成本高，产出少，二次固废产生量大且无可靠利用途径等不足，因此工业化前景不容乐观。
2005年，鄂尔多斯水泥巨头蒙西集团采用碱石灰烧结法工艺投资16.8亿元，建设年处理40万吨粉煤灰提取氧化铝项目，2006年，该项目开工仪式轰动一时，但开工不久即告停产。
1.1.3 预脱硅—碱石灰烧结法
在石灰石烧结工艺中，粉煤灰中的二氧化硅与石灰反应形成硅酸二钙从而实现铝、硅分离，由于粉煤灰中二氧化硅含量高达40%以上，因此需要配加大量的石灰或石灰石粉，导致烧结量大、能耗高。通过对粉煤灰进行碱浸，预先脱除其中部分非晶态的二氧化硅，可以提高粉煤灰中的铝硅比，对于减少石灰石配入量、降低烧结能耗、减少二次废渣产生量具有一定作用。预脱硅—碱石灰烧结法的工艺如图2所示。
图2粉煤灰预脱硅—碱石灰烧结法生产氧化铝流程
粉煤灰中的二氧化硅主要以两种形式存在，一是与氧化铝结合以莫来石相存在，二是以非晶态二氧化硅赋存于玻璃相中。这种非晶态二氧化硅易与氢氧化钠反应而转化为易溶于水的硅酸钠（水玻璃）而被浸出，由此实现粉煤灰中硅的预先脱除。主要反应有:
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O (5)
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O (6)
6Na2SiO3+6NaAlO2+8H2O=Na8Al6Si6O24·(OH)2·2H2O+10NaOH (7)
高温、高碱浓度和延长反应时间有利于促进非晶态二氧化硅与氢氧化钠反应转变成可溶性硅酸钠，但同时也促进了粉煤灰中的氧化铝与氢氧化钠反应生成可溶性的铝酸钠，而溶出的硅酸钠和铝酸钠发生二次反应形成羟基方钠石，特别是随着温度的升高和反应的时间延长，生成羟基方钠石的趋势更显著，导致硅的溶出率反而下降。由实验室研究结果可知，预脱硅的硅脱除率一般在17%～35%之间。
将经过预脱硅处理的粉煤灰与碳酸钠、石灰混合在1150～1250℃下焙烧，使粉煤灰中的氧化铝转变为易溶的铝酸钠，硅则与钙反应，生成不溶的硅酸二钙。化学反应:
Al2O3+Na2CO3=2NaAlO2+CO2↑ (8)
SiO2+2CaO=(2CaO·SiO2) (9)
(3Al2O3·2SiO2)+4CaO+3Na2CO3=2(2CaO·SiO2)+6NaAlO2+3CO2↑ (10)
由于烧成料中存在大量硅酸二钙，在溶出过程中，硅酸二钙与铝酸钠溶液中的NaOH、Na2CO3及NaAlO2相互作用发生二次反应，形成水化石榴石和钠硅渣，导致已经溶解的Al2O3和Na2O重新析出，造成Al2O3和Na2O的损失，并导致浸出残渣中含碱量偏高，无法进行综合利用。
预脱硅—碱石灰烧结工艺的显著特点是通过预脱硅提高了粉煤灰的铝硅比，从而减少了石灰(石)配入量，与石灰石烧结工艺相比，每1t氧化铝，在后续工序的物料处理量减少约30%，烧成温度降低10%左右，产生的二次废渣量减少约40%，从而相对降低了氧化铝生产能耗，减少了基建投资。而且预脱硅所得水玻璃可用于生产活性硅酸钙或白炭黑等。
但是，由于预脱硅率较低，脱硅后粉煤灰的铝硅比没有发生明显变化，由此导致烧结物料量及提铝后的二次残渣量仍然较大，能耗偏高。每生产1t氧化铝要产出4t左右强碱二次残渣。同时，虽然预脱硅得到的水玻璃可以用来生产白炭黑、活性硅酸钙等，但由于硅产品产量较高，加之白炭黑国内市场过剩，活性硅酸钙的应用尚不成熟，因此存在着较大的销售与竞争压力。同时，由于单纯地分离、提取粉煤灰中的氧化铝，而对二氧化硅和铁等有价元素弃之不用，运行成本高，企业难以获得经济效益。因此预脱硅碱石灰烧结法工艺同样存在着效益和环境瓶颈。
2010年大唐国际托克托发电公司采用预脱硅—碱石灰烧结工艺，在内蒙托克托工业园区建成的年产20万吨氧化铝示范生产线投入试运行，为规模化利用高铝粉煤灰提供了工程示范，被列入国家有色金属产业振兴规划，“十一五”国家科技支撑计划重点项目。但依然存在石灰石消耗量较大、综合能耗较高、温室气体排放量较大、有大量的硅钙渣产生而且缺少行之有效的利用手段，经济效益不佳、综合资源利用水平低、二次污染严重等问题。由于所述原因，该项目从2010年9月开始停产至今。
1.2 酸法提取氧化铝
酸法包括浓硫酸浸出法、化学活化硫酸浸出法、盐酸法、硫酸熟化法等。
1.2.1浓硫酸浸出法
浓硫酸浸出法是将粉煤灰细磨或细磨—焙烧活化后，于200～300℃条件下用浓度90%以上的浓硫酸浸出，然后将料浆过滤得酸浸出液和滤渣。将酸浸出液返回浸出，再用水浸出滤渣中的铝，过滤得硫酸铝溶液。该工艺铝浸出率小于85%。将所得硫酸铝溶液净化、浓缩、结晶、分离得硫酸铝，将硫酸铝干燥、脱水、煅烧制得氧化铝。硫酸铝煅烧过程有二氧化硫气体产生，需配套建设烟气制酸装置，制得硫酸循环使用。浸出渣为高硅渣。工艺流程如图3所示。
图3粉煤灰浓硫酸浸出生产氧化铝流程
由于该法采用浓硫酸高温浸出，设备防腐要求极高，且硫酸浸出液中残余硫酸浓度高达85%，酸损耗大，大量硫酸在系统内无效循环、浸出选择性差、铝浸出率低、固液分离难度大、溶出液净化成本高、所得氧化铝纯度低，硫酸铝煅烧过程有大量二氧化硫气体产生，不回收将严重污染环境，虽然可以回收制酸，但将大幅度增加建设投资。因此该工艺缺少可行性。
山西平朔煤碳工业公司曾计划采用此法投资建设年处理20吨粉煤灰项目,终因上述技术缺陷而夭折。
1.2.2、化学活化硫酸浸出法
由于粉煤灰中的氧化铝相当一部分富存于莫来石相中，而莫来石的化学性质又较为稳定，因此要提高酸浸过程氧化铝的浸出率就必须破坏莫来石的Si-0-Al键，以提高粉煤灰的化学活性。因此，本工艺以氟化物为活化剂，以硫酸为浸出剂浸出粉煤灰中的铝。主要化学反应:
6H2SO4+12NH4F+(3Al2O3·2SiO2)=2H2SiF6+6(NH4)2SO4+4H2O+3Al2O3 (11)
3H2SO4+A12O3=A12(SO4)3+3H2O (12)
化学活化硫酸浸出法工艺流程如图4所示。
图4粉煤灰化学活化硫酸浸出法提取氧化铝流程
虽然氟化物的加入有利于铝的溶出，但提取铝后残渣和工艺废水含氟，易造成二次污染，设备易腐蚀。此外，本工艺存在与浓酸浸出法相同的工艺缺陷，因此也缺少工业化可行性。
1.2.3盐酸浸出法
将粉煤灰用盐酸加压浸出，浸出液净化后浓缩结晶析出氯化铝，氯化铝煅烧分解得到冶金级氧化铝，氯化氢气体经过回收、加水调节浓度后用于酸浸工序。
神华集团准格尔能源有限责任公司于2011年建成了年产4000t氧化铝的盐酸法中试装置，并于2012～2014年间先后进行了6次试验,其基本工艺流程如图5所示。
图5粉煤灰盐酸浸出法提取氧化铝流程
盐酸浸出工艺不使用任何助溶剂，物料流量和成渣量都较低，盐酸可再生循环。但该工艺浸出选择性差，浸出液杂质多，不仅需要除铁，还需要除钙镁等杂质，净化工艺分为氯化铝再结晶、萃取除杂、离子交换树脂吸附除杂等，溶液的净化工艺复杂、运行成本高。且浸出过程需要加温和加压强化，对浸出系统设备防腐和耐压要求高，氯盐废水及废渣的处置困难。尤其是该工艺对设备的腐蚀性较强，设备选材困难。存在着流程长、工艺复杂、设备腐蚀严重、基本建设投资大、处理成本高、效益差、资源利用水平低、对环境有污染等不足。因此缺少工业化可行性。虽然神华能源投入巨资进行了工业化尝试，但最终以失败而告终。
1.2.4 硫酸熟化法
硫酸熟化法是将粉煤灰与浓硫酸混合均匀后，于200～450℃下焙烧或熟化，将粉煤灰中的铝转变成硫酸铝，然后用水浸出，浸出液经浓缩结晶析出硫酸铝晶体，硫酸铝晶体经焙烧脱水、煅烧得到粗氧化铝，粗氧化铝经低温拜耳法得到冶金级氧化铝。该工艺粉煤灰中氧化铝浸出率小于87%。硫酸熟化工艺以硫酸熟化取代酸浸，与浓硫酸浸出、加压盐酸浸出或化学活化硫酸法浸出相比，设备腐蚀小，硫酸转化率和铝浸出率稍高。硫酸熟化工艺与其它酸法工艺一样，二次渣量小，仅为粉煤灰原灰的48%～50%。
该工艺的缺点是熟化反应需在较高条件下进行，能耗高，而且高温高酸环境对设备腐蚀严重。从熟化浸出到拜耳法生产冶金级氧化铝，工艺流程长，物资能源消耗量大，生产成本高，同时存在着与其他酸浸法工艺相同的技术缺陷。因此工业化可行性不高。
1.2.5 铵法提取氧化铝
铵法主要为硫酸铵焙烧法，其工艺流程如图6所示。即将细磨后的粉煤灰与硫酸铵按比例混合得到生料，硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为4∶1～8∶1，然后在400～600℃焙烧，将粉煤灰中的铝转变成硫酸铝铵或硫酸铝形式存在，烧成熟料用水或稀酸溶出后，液固分离得到硫酸铝溶液和高硅渣，硫酸铝溶液经氨水或氨气分解得到粗氢氧化铝和硫酸铵溶液，粗氢氧化铝洗涤后经拜耳法制备冶金级氧化铝，硫酸铵溶液浓缩结晶析出硫酸铵循环使用。
图6粉煤灰硫酸铵焙烧生产氧化铝流程
硫酸铵焙烧法的流程较短，氨可循环使用，设备腐蚀小，氧化铝回收率达到85%以上。但因需要配入大量硫酸铵，导致焙烧、浸出及浓缩结晶等工序的物料流量大，能耗高。而且硫酸铵焙烧副反应多，要求温度范围窄，操作控制困难，焙烧过程中铁等杂质也转变为水溶性的硫酸盐，导致浸出液成分复杂，需要进一步提纯。且由于主要工序都处于氨性体系，存在氨泄漏导致的作业环境污染，以及氨氮废水、废渣的难处理问题。因此缺少工业化可行性。
1.3 酸碱联合法：
工艺简述
从已报道的情况看，酸碱联合处理粉煤灰的工艺方法主要有以下三种：
方法一：
首先将粉煤灰与纯碱混合进行培烧，得烧成料，然后用盐酸浸溶烧成料，使其中的铝转化为铝盐而被溶出，硅转化为硅胶沉淀于固相中，经过滤得铝盐溶液和硅渣。
去除铝盐溶液中的铁、钛等杂质得纯净的铝盐溶液，用烧碱中和铝盐溶液得氢氧化铝，煅烧所得氢氧化铝制得氧化铝。有研究表明，该工艺氧化铝的溶出铝可以达到96.73%，所得氧化铝符合冶金级标准。
方法二：
即改良的酸碱联合法工艺，工艺过程：
首先将纯碱与粉煤灰混合，经煅烧使粉煤灰中化学性质比较稳定的莫来石和石英转化为易与酸反应的霞石和偏硅酸钠。然后以硫酸浸溶烧成料，使其中的铝转化为硫酸铝而进入液相，硅转化为硅胶沉淀而进入固相，过滤料浆使铝、硅分离得硫酸铝溶液和硅渣。
用氢氧化钠调节硫酸铝溶液PH值，使硫酸铝转化为氢氧化铝和硫酸钠，过滤得铝、铁共沉淀物和硫酸钠溶液。用氢氧化钠与铝铁共沉淀物反应，使氢氧化铝转化为铝酸钠，经过滤得铝酸钠溶液和富铁渣（赤泥）。将所得铝酸钠溶液脱硅并进一步去除其中的铁得纯净的铝酸钠溶液。
采用种分工艺处理铝酸钠溶液得氢氧化铝，煅烧所得氢氧化铝得氧化铝。
方法三：
该法的基本工艺思路为先浓酸酸浸粉煤灰，滤去余酸得酸化渣。焙烧酸化渣并用水浸出铝元素得硫酸铝溶液和浸渣，铁留存于浸渣中。然后碱溶浸渣溶出二氧化硅制得水玻璃。蒸发硫酸铝溶液，冷却结晶、分离、干燥得硫酸铝。煅烧所得硫酸铝制备氧化铝，碳分处理水玻璃制备白炭黑。
用浓硫酸混合、吸收酸浸余酸、酸化渣焙烧及硫酸铝焙烧所产生的三氧化硫气体得浓硫酸，偱环用于酸浸。以石灰苛化处理碳分母液得碳酸钙和稀碱液，煅烧碳酸钙得氧化钙和二氧化碳，氧化钙循环用作苛化剂，二氧化碳循环用作碳分剂。稀碱液经蒸浓后用作碱溶剂。
方法一、二是以碱焙烧法为基础的酸溶工艺，其优点在于:工艺条件易控制，成本相对较低，产物纯度高，同时也为铁，硅的后续利用奠定了基础。存在的问题，一是铁，铝分离技术难度大，对氧化铝纯度有影响；二是碱消耗量大，三是对设备腐蚀严重，尤其是方法一以盐酸为浸出剂，对设备的腐蚀更为严重，设备选材难度大，四是未能对硅，铁综合利用，有酸性残渣产生，对环境有影响，同时有大量碱性废水排放。由于存在上述问题，因此距工业化尚有不小距离。
方法三有别于方法一、二，其眀显区别，首先是不用纯碱烧结，而是采用酸化焙烧，水溶浸铝的办法实现铝的溶出和铝与铁，铝与硅的分离。其次通过碱溶水浸残渣制备水玻璃并以水玻璃碳分制备白炭黑，其三，采用硫酸铝培烧法制备氧化铝，其四，对焙烧产生的三氧化硫尾气进行吸收，制得浓酸循环利用;对碳分母液进行处理，依次制得液碱、氧化钙和二氧化碳并循环利用。
方法三的优点为:铝溶出率高，实现了对铝，硅的综合利用，残渣产生量大幅减少，原料酸、碱、钙和二氧化碳可以循环利用，不仅二次污染程度有所减轻，而且有利于降低处理成本，提高经济效益。和其它工艺相比有明显的成本、效益和环保优势。
存在的不足，一是工艺流程长，设备投资大，二是浓酸反应操做难度大，酸化焙烧耗能高，设备腐蚀严重，三是余酸及三氧化硫回收制酸设备投入多且工艺可靠性不确定，四是苛化液蒸浓及碳酸钙烧结过程，硫酸铝焙烧过程能耗高。综合平衡各种因素，处理成本较烧结法不相上下。因此，以克服上述不足为前提，方法三较前述各种工艺具有一定的工业可行性。
1.4 新酸碱联合法全元素综合利用新工艺
针对已报道工艺存在的不足，总结平朔煤炭公司、大唐国际、神华能源和蒙西集团等企业在粉煤灰综合利用产业化方面的经验与教训，以低消耗、低成本、高分解率、高产出、无害化和产品符合市场需求为目标，河南省睿博环境工程技术有限公司历经多年的努力开发出了新酸碱联合法处理粉煤灰全元素无害化综合利用新工艺。
1.4.1工艺理念
治污不产污、利废不产废，绿色环保。对粉煤灰中的硅、铝、铁等进行全元素综合利用，产品符合市场需要，附加值较高、处理成本低，能够为投资者创造经济效益。
1.4.2产品方向
产品方向：铝产品可以在冶金级氧化铝、高纯氧化铝和六氟铝酸钠（冰晶石）之间进行选择，优选为六氟铝酸钠（冰晶石）。硅产品可以在高分散性轮胎用白炭黑、速溶硅酸钠和超微细白炭黑之间选择，优选为高分散性轮胎用白炭黑。铁产品可以在软磁铁氧体用高纯氧化铁、氧化铁工业颜料、聚合硫酸铁之间选择，优选为氧化铁工业颜料（铁红、铁黄、铁黑等）。生产过程对“三废”进行有效控制和循环利用，降低生产成本，消除环境污染，实现综合利用过程的无害化。
1.4.3工艺过程
这里基于生产高分散性轮胎用白炭黑、冰晶石、氧化铁工业颜料为产品方向对工艺过程作简要介绍。
本工艺通过采取特殊技术措施，在不对粉煤灰进行研磨、焙烧，于常压、中温条件下以硫酸为分解剂对其进行分解，使其中的氧化铝、氧化铁转化为硫酸铝、硫酸铁及硫酸亚铁而被溶出，经过滤得主要成分为二氧化硅和炭的粉煤灰酸浸残渣和主要成分为硫酸铝、硫酸铁及硫酸亚铁的酸浸出液。以酸浸出液为原料制备冰晶石(或高纯氧化铝)和氧化铁工业颜料，以酸浸残渣为原料制备高分散白炭黑或速溶硅酸钠。
冰晶石的生产
低分子冰晶石的生产(硫酸铝铵法)：
向粉煤灰酸浸出液中加硫酸铵，使其中的硫酸铝转化为硫酸铝铵。分离硫酸铝铵以后的溶液送沉铁工序;以磷肥工业副产廉价氟硅酸为原料，以氨中和氟硅酸制得白炭黑和氟化铵溶液;将硫酸铝铵与氟化铵、硫酸钠(钾）反应制得冰晶石（Na3AlF6或K3AlF6）产品。分离冰晶石后的母液主要成分为硫酸铵，经与氢氧化钠反应生成氨和硫酸钠。氨送氟化铵制备工序用作中和剂。硫酸钠溶液经调整浓度后送冰晶石制备工序作为钠源循环使用。
高分子冰晶石的生产(偏铝酸钠法)：
首先还原粉煤灰酸解液中的铁，然后在特定工艺条件下以氨为调节剂调整体系的pH值使其中的硫酸铝转化为氢氧化铝沉淀，经分离收得粗氢氧化铝和沉铝后母液，将沉铝后母液送沉铁工序;以磷肥工业副产廉价氟硅酸为原料，以氨中和氟硅酸制得白炭黑和氟化铵溶液;用氢氧化钠与粗氢氧化铝反应，制得偏铝酸钠，经过滤收得偏铝酸钠溶液并进一步分离出铁沉淀。将偏铝酸钠溶液脱硅后与氟化铵反应制得高分子比冰晶石产品;分离冰晶石后所得母液含有氨，送往溶液沉铝工序作为pH值调节剂循环使用。
氧化铁工业颜料的生产
将分离硫酸铝铵或粗氢氧化铝后的粉煤灰酸浸出液氧化，然后采用氧化水解法或针铁矿法工艺沉淀溶液中的铁收得铁沉淀物。再对铁沉淀物进行净化以去除其中的铝离子。将铁沉淀物酸解、还原、净化制得纯净的硫酸亚铁溶液。将硫酸亚铁溶液送预处理工序制得氧化铁工业颜料前驱体，然后对所得前驱体进行氧化，制得氧化铁工业颜料。调整和控制不同的工艺条件可制得不同型号的氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑等氧化铁颜料产品。生产过程对所产生的氧化铁红母液进行综合利用，收得氨水循环使用，所得副产品高强高白建材石膏作为产品出售。
高分散性轮胎用白炭黑的生产
将粉煤灰酸浸残渣洗涤，然后用氢氧化钠做碱解剂与粉煤灰中的二氧化硅反应生成硅酸钠，经过滤收得碱浸残渣和水玻璃。碱浸残渣主要成分为炭和少量的硅、铝、铁、钙等，洗涤后进一步酸解，将酸浸出液送粉煤灰酸浸工序用做配料液，酸浸残渣经洗涤后与燃煤混合用做锅炉燃料。
将水玻璃精制后与硫酸反应，在特定的工艺条件下生成高分散性白炭黑沉淀。将沉淀分离、漂洗、脱水、干燥制得外观为微珠状的高分散性轮胎专用白炭黑。分离白炭黑所产生的母液含有硫酸钠，经浓缩、结晶收得硫酸钠产品。
1.4.4主要经济技术指标
1.4.4.1分解率：SiO2≥95%；Al2O3≥86%；Fe2O3≥74.5%。
1.4.4.2收率（以分解率为基数）：SiO2≥95%；Al2O3≥90%，Fe2O3≥96%。
1.4.5经济效益分析
按加工1000kg粉煤灰计算，以桐柏粉煤灰为例，化学组成为：SiO2：54.22%；Al2O3：23.19%；Fe2O3：4.26%；MgO：4.68%；CaO：0.38%。
1.4.5.1总产出（按每加工一吨粉煤灰计）：
表1：粉煤灰综合利用产出
1.4.5.2总成本（按每加工一吨粉煤灰计）：
表2：粉煤灰综合利用成本
1.4.5.3纯利润
每加工1000kg粉煤灰纯利润4265.35元，按每年加工6万吨粉煤灰计年净利润25592.1万元，可上缴国家税金11199.42万元。
本工艺的优点在于，在有活化剂存在的条件下采用酸碱互为活化、交替分解工艺，使粉煤灰中的铝、硅、铁得以溶出，分解率分别在95%、86%和74.5%以上。由于免予焙烧，节约了设备投资、降低了能源消耗；实现了对硅、铝、铁三种主要成分的综合利用；资源综合利用水平高；以磷肥工业副产的廉价氟硅酸钠为原料制得氟化剂并收得白炭黑，将氟化剂用于制备冰晶石，并通过对工艺废水的综合利用，实现了氨的循环利用，消除了环境污染，降低了生成成本；制得的高分散性轮胎专用白炭黑是绿色轮胎行业的功能性材料，市场前景广阔、附加值较高，其生产成本和普通沉淀法白炭黑相同，但出厂价格却在7500元/t以上，高于普通沉淀法白炭黑1.3倍以上；以粉煤灰中铁资源制得了氧化铁工业颜料，市场前景较好，效益可观；工艺过程除了含炭废渣外没有其它固体废弃物产生，而且含碳废渣主要成分为未燃尽的炭，可作为燃料循环使用。总之，本工艺具有低耗、高效、低成本、高产出、无污染等特点，而且所产产品符合市场需要，附加值较高，能够为投资者创造经济效益。
2、结论及建议
综上所述，采用粉煤灰提取氧化铝的方法虽然很多，国内也先后建成了多个基于不同工艺的中试或工业试验装置，但多以失败而告终。其根本原因是现有技术在二次污染(特别是二次渣减排和处置)、设备选型选材、工艺能耗、氧化铝生产成本、副产品市场需求、工程化实施难易度等方面依然存在诸多问题，而且部分问题如二次渣、成本问题非常突出。尤其是由粉煤灰生产冶金级氧化铝，由于成本高、产品附加值相对较低、生产企业盈利困难，而且二次污染严重，环境负担沉重，因此不是一条切实可行的综合利用途径。
对粉煤灰的综合利用必须走全元素、无害化综合利用的路子，在产品方向上不应跟风拘泥于冶金级氧化铝的生产，而应根据市场需要灵活调整研究和产品方向。协会、论坛应抛开经济利益的束缚，发现、宣传和推广确实具有实用价值的先进技术，推动粉煤灰高值化、精细化、无害化综合利用事业的发展。粉煤灰精细化、高值化综合利用技术的研究与应用任重道远。