高鋁煤炭循環經濟產業鏈模式

徐 靚

高鋁煤炭循環經濟產業鏈模式

徐 靚

傳統煤基產業結構必須進行調整和轉型升級，結合國家戰略規劃，尋求煤炭的高附加值利用并以產業鏈模式規劃發展，成為高鋁富鎵煤炭的主要發展方向。本文分析比較了以“一步酸溶法”、“預脫硅—堿石灰燒結法”及“石灰石燒結法”為基礎的不同循環經濟產業鏈構成模式，指出了規劃構建循環經濟產業鏈需注意的問題。

高鋁煤需進行高附加值利用

近兩年來，隨著深刻的結構變化和發展方式變化，我國經濟正在進入新常態。無論是國際國內宏觀經濟形勢，還是能源行業、煤炭行業的市場走勢，都遇到許多新情況、新問題。煤炭方面，突出矛盾是產能過剩、需求不足，同時電價下調向煤價傳導壓力也成為煤炭價格下滑的主要因素之一。目前，煤炭行業普遍虧損，傳統煤基產業結構必須進行調整和轉型升級。

內蒙古準格爾礦區煤炭資源儲量豐富，煤炭地質儲量267.6億t，是國內煤炭企業相對集中的地區。該地區煤炭中伴生有豐富的鋁、鎵等有色金屬。煤炭經發電廠鍋爐燃燒后，所得粉煤灰中富集了大量的鋁、鎵等金屬，其中氧化鋁含量在50％左右、鎵含量達到82.5 g/t，這意味著準格爾煤田蘊含氧化鋁30多億噸、鎵85.7萬t，是提取氧化鋁和金屬鎵的巨大潛在資源。而目前，該地區煤炭仍以開采后作為燃料外運或就地燃燒為主要利用途徑，利用途徑單一、抗市場風險能力差，既不能使該地區煤炭資源價值得到充分展現，同時也不能滿足新常態下企業的盈利需求。

2004年起，多家企業依托高鋁富鎵煤炭資源開展了高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝技術研究，取得階段性成果，并著手開展粉煤灰提取氧化鋁工業化示范廠的建設工作。

工信部發布的十二五中國鋁工業循環經濟工程規劃中提到：“要遵循循環經濟理念，加高鋁煤炭資源綜合利用，提高資源綜合利用水平，在內蒙古、山西等高鋁煤炭資源豐富地區建設高鋁粉煤灰綜合利用工程”。2013年7月18日，國家工業和信息化部發布的《鋁行業規范條件》中規定“新建利用高鋁粉煤灰生產氧化鋁系統氧化鋁回收率應達到85％以上，硅鈣渣等固體廢棄物綜合利用率必須達到96％以上”。

可以看出，尋求煤炭的高附加值利用并以產業鏈模式規劃發展，成為高鋁富鎵煤炭的主要發展方向。

循環經濟產業鏈規劃分析

目前，國內已有多個企業采用不同工藝技術從高鋁粉煤灰中成功提取氧化鋁，并以此為核心技術，規劃建設高鋁高鋁煤炭循環經濟產業鏈。

以“一步酸溶法”為基礎的循環經濟產業鏈

神華集團采用的粉煤灰提取氧化鋁核心技術為自主研發的“一步酸溶法”工藝技術，是目前主要應用技術中唯一的酸法工藝技術。該技術具有工藝流程短、能耗低、固廢減量化、酸循環利用、綜合利用率高、生產成本低（1555.94元/t）、適用于高鋁粉煤灰及低品位鋁土礦等特點，優勢突出，是粉煤灰提取氧化鋁最具競爭力的工藝技術之一。酸法氧化鋁化學組分滿足冶金及氧化鋁一級品要求，其中鐵雜質含量低于標準一個數量級，是制造高純氧化鋁和高純鋁的利好因素，但其物理性質與傳統氧化鋁不同，電解過程中，其輸送、下料、溶解、煙氣凈化等存在差異，不能直接用于傳統的電解工藝，需對傳統的電解鋁系統進行改造或建設配套的電解鋁系統。目前，“一步酸溶法”技術已通過鑒定，并進行了工業化中試，具備工業化示范設計建設條件。

依托該技術，神華集團編制了神華準格爾礦區煤炭伴生資源循環經濟產業項目規劃，將分三期建設六條“煤- 電 - 氧化鋁（ 鎵、鐵系顏料、橡塑填料等） - 電解鋁 -鋁材加工”循環經濟產業鏈：煤礦生產的煤炭經選煤廠洗選加工后，劣質煤和煤矸石送往工業園區的自備電廠燃燒發電；電廠產生的粉煤灰用于氧化鋁廠生產氧化鋁，同時實現鎵、鐵等回收，固廢-白泥用于生產橡塑填料、分子篩、壓裂支撐劑、地質聚合物等產品；氧化鋁廠生產的氧化鋁用于電解鋁廠電解；電解生產的鋁水在熔融狀態下直供鋁材加工廠生產鋁材；電廠所發的電、蒸汽全部用于產業園區各生產廠使用，形成一個完整的自循環體系。

“一步酸溶法”工藝技術具有固廢減量化的優勢，同時在本產業鏈規劃過程中，以產品多元化為原則對所排固廢進行資源化利用，既可提高產品附加值，又可降低大規模產量對市場的沖擊。

以“預脫硅—堿石灰燒結法”為基礎的循環經濟產業鏈

“預脫硅—堿石灰燒結法”粉煤灰提取氧化鋁工藝技術是基于傳統氧化鋁生產工藝優化形成的適用于粉煤灰提取氧化鋁的工藝技術。其優點是生產的氧化鋁可直接使用傳統電解裝置電解，但存在能耗高、成本高、排渣量大、無法進行鎵的資源化利用等問題。目前，已建成投產了粉煤灰年產20萬t氧化鋁示范生產線，實現連續穩定運行，成為國內外首條粉煤灰提取氧化鋁生產線。根據示范生產線實際運行情況分析，“預脫硅—堿石灰燒結法”氧化鋁生產綜合成本為2560元/t左右，高于目前氧化鋁的市場售價，但綜合考慮規模化效益及聯產高填料環保紙和建材水泥等產生的收益，該工藝路線具有一定的市場競爭力。

大唐國際采用的粉煤灰提取氧化鋁核心技術為“預脫硅—堿石灰燒結法”粉煤灰提取氧化鋁并活性硅酸鈣化工填料多聯產技術。依托該技術，大唐國際規劃了構建“高鋁煤炭—電力—氧化鋁、活性硅酸鈣、建材—鋁深加工”的循環經濟產業鏈，帶動冶金、化工、建材和裝備制造業等行業發展，形成緊密型產業體系。

中煤平朔也規劃采用該技術構建“煤-電-氧化鋁、白炭黑-鋁、建材水泥”產業鏈，并于2014年建成了處理量為20萬t/年的粉煤灰綜合利用項目，即4.26萬t/年白炭黑和9.88萬t/年氧化鋁示范廠。

以上產業鏈對氧化鋁提取后產生的大量固廢僅進行了較單一的資源化利用，可能造成對經濟輻射區市場的強烈沖擊。

以“石灰石燒結法”為基礎的循環經濟產業鏈

“石灰石燒結法”粉煤灰提取氧化鋁工藝技術也是基于傳統氧化鋁生產工藝優化形成的適用于粉煤灰提取氧化鋁的工藝技術。但該技術也存在能耗高、生產成本高（3000元/t）、排渣量大等問題。

寧夏嘉峰化工結合自身產業特點及內蒙古西部地區煤炭資源優勢，規劃以電廠發電后得到的高鋁粉煤灰及雙氰胺生產后得到的碳酸鈣廢渣為原料形成“形成煤、電力、電石、石灰氮、單氰胺、雙氰胺、氧化鋁、金屬鋁、金屬鎵、水泥熟料、水泥、輕質碳酸鈣、金屬鐵粉和生石灰”的循環經濟產業鏈。其中，在使用“石灰石燒結法”提取氧化鋁后，用Na2CO3溶液對氧化鋁熟料進行再次溶解，固液分離后溶液經碳化、過濾、洗滌生產出冶金級氧化鋁及多品種氧化鋁，在此過程中，可對再次富集的金屬鎵進行提取，氧化鋁生產的固體廢棄物硅鈣渣用于下游水泥熟料生產。

該生產鏈充分利用了該公司以雙氰胺為主營產品、已有石灰氮、單氰胺、雙氰胺生產基礎的特點規劃了產業鏈，但對氧化鋁熟料再次溶解的工序進一步提高了能耗，其經濟性待進一步分析評價。

圖1 神華準格爾礦區煤炭伴生資源循環經濟產業鏈示意圖

圖2 大唐國際煤炭伴生資源循環經濟產業鏈示意圖

結語

“煤-電-鋁”是核心

由以上產業鏈規劃可見，無論采用何種氧化鋁提取工藝，在產業鏈的規劃過程中，“煤-電-鋁”是產業鏈的核心，電廠、氧化鋁廠和電解鋁廠三者構成緊密聯系的統一整體。

電廠利用“高鋁富鎵”煤發電，其產生的粉煤灰是生產氧化鋁的主要原料，是循環經濟產業項目不可或缺的組成部分。近年，內蒙古電網供電量趨于飽和，上網電廠發電小時數受到嚴格控制，若示范基地電廠也受此約束將不能生產足夠的粉煤灰供應給后續工序。電廠可以通過較高的有效利用小時數，降低電力成本，創造良好的經濟效益。氧化鋁廠可以通過利用電廠的粉煤灰資源擺脫國內鋁土礦資源匱乏的困境，得到較低的原材料和動力成本，降低由于礦產資源不足和礦石價格上漲帶來的風險。而建設采用電廠直供電模式的電解鋁廠即能有效解決電廠所發電力的使用問題，又可以通過穩定、廉價的氧化鋁原料和電力供應，合理的控制成本，抵御市場價格低迷的風險。

圖3 寧夏嘉峰化工循環經濟產業鏈示意圖

產品多樣化是保障

傳統的鋁工業產業鏈是單一的串聯式產業鏈模式，僅對電解鋁進行深加工，提高金屬鋁的產品附加值。分析高鋁煤炭的循環經濟產業鏈模式可以看出，高鋁煤炭的循環經濟產業鏈可以對氧化鋁生產過程中產生的固廢等進一步資源化利用的網狀模式，更加符合“3R”原則。甚至可以做到輔助產業鏈與竹產業鏈相耦合，在產業鏈的不同階段進行充分的相互資源利用，成為更有經濟競爭力的產業鏈或者產品鏈。而產業鏈越長、產品種類越多，越容易抵抗循環經濟產業產品對經濟輻射區的原有產品市場沖擊帶來的風險。

產業鏈整合存在困難

高鋁煤炭循環經濟產業鏈項目涉及電力、冶金、化工、建材等多個領域，已規劃建設產業鏈的企業或為傳統的能源企業，僅具有煤電聯營的基礎；或為典型的化工企業，不具有產業鏈涉及的能源、冶金等行業的運營基礎，均不具備全產業鏈建設管理的能力。同時，因現有各分項可研、初步設計等前期準備工作都是相互獨立的，各設計單位均專長于某一行業，不具備總體設計及協調各模塊的能力。因此，若要實現循環經濟的產業化應盡快解決產業鏈各模塊設計、建設過程中的隔膜。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.23.028