机械化学协同活化高铝粉煤灰的增效机制研究及其资源化利用新策略

本文推荐高铝粉煤灰(HAFA)的机械化学协同活化机制研究，通过物理研磨与酸处理相结合（mechanochemical processing），显著提升HAFA比表面积至14.99 m2/g，并将活性Q4(2Al)结构比例从4.46%提高到35.32%。该研究创新性地采用密度泛函理论(DFT)模拟与实验验证相结合的方法，为HAFA脱硅工艺（desilication）提供了铝硅比(Al/Si)从1.01提升至2.41的高效解决方案，对战略金属资源绿色循环（National Engineering Research Center of Green Recycling）具有重要指导意义。

　　

Highlight

本研究创新性地提出机械场与化学场协同活化高铝粉煤灰(HAFA)中惰性铝硅酸盐结构的新工艺，通过机械化学酸磨处理可显著提升HAFA反应活性，缩短工艺流程并降低物料消耗，为复杂金属二次资源元素提取提供新技术支撑。

Materials

实验所用HAFA采自内蒙古大唐国际托克托发电有限公司，其原煤来自内蒙古准格尔煤田。以准格尔6号煤层为例，该煤属于低阶煤，有机组分含量78.2%，无机组分21.8%。有机质中镜质组平均含量30.5%，惰质组43%，壳质组4.8%。

Properties of HAFA

XRF分析显示HAFA主要成分为Al₂O₃(50.33%)和SiO₂(40.74%)，铝硅比(Al/Si)为1.23。同时检测到CaO、TiO₂和Fe₂O₃等杂质元素，其中Fe、Ti及碱金属(Na,K)可能影响最终产品性能，如Fe会改变材料色泽和耐火度。

Conclusions

(1)HAFA经机械化学酸磨处理后，活性铝和杂质元素浸出率显著提高；

(2)通过机械化学协同作用可有效解离HAFA中的Al-O-Si键，使Q⁴(3Al)结构向高活性Q⁴(2Al)转化；

(3)新工艺使脱硅后HAFA铝硅比从1.01提升至2.41，为耐火材料制备提供优质原料。