準格爾礦區(qū)粉煤灰提取氧化鋁項目介紹及產(chǎn)品前景分析

摘 要：文章介紹了神華準格爾礦區(qū)粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化鋁工藝技術及中試進展，并對粉煤灰綜合利用項目的產(chǎn)品前景進行了分析研究，指出了準格爾礦區(qū)粉煤灰綜合利用項目的廣闊前景。

關鍵詞：粉煤灰；一步酸溶法；循環(huán)經(jīng)濟；中試項目；產(chǎn)品前景

隨著經(jīng)濟發(fā)展，我國燃煤機組不斷增加，粉煤灰排放量急劇增長，隨意堆放粉煤灰會對土地資源、水資源、居民的生活環(huán)境等方面造成極大的污染或損害。因此，從粉煤灰中提取氧化鋁、鎵及其他資源，不但可以實現(xiàn)資源回收再利用，而且可以減少粉煤灰對資源及環(huán)境造成的污染，具有非常積極的經(jīng)濟和社會意義。

1 “一步酸溶法”工藝流程及中試進展

1.1 準格爾礦區(qū)的粉煤灰及其成分

準格爾礦區(qū)擁有豐富、優(yōu)質(zhì)的煤炭資源，煤炭資源探明儲備總量共計258億噸。煤層中伴生的氧化鋁和鎵含量高、分布廣、總儲量大。高鋁、富鎵煤炭經(jīng)過火力發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐燃燒后生成的粉煤灰，灰中氧化鋁含量經(jīng)檢測高達40%-50%，相當于中級品位鋁土礦中氧化鋁的含量，同時粉煤灰中鎵的檢測含量可達89g/t，不論是氧化鋁還是金屬鎵都具有可觀的回收價值。

準格爾礦區(qū)燃煤電廠粉煤灰主要成分包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、K2O、Na2O、CaO、MgO、Ga2O3等。

1.2 “一步酸溶法”工藝流程介紹

“一步酸溶法”粉煤灰綜合利用工業(yè)化工藝技術的生產(chǎn)系統(tǒng)由配料、溶出、分離沉降洗滌及凈化除雜、蒸發(fā)結晶、焙燒、酸回收六個主體工序組成。工藝流程可歸納為：粉煤灰與儲酸罐中的鹽酸及冷凝水按一定比例配料，合格的成品料漿送至溶出工序進行溶出反應；酸溶出后料漿送至分離洗滌及凈化工序，濾餅用于進行白泥資源化利用，生產(chǎn)硅系列產(chǎn)品；濾液經(jīng)過除雜之后得到氯化鋁溶液，除雜洗脫液進入鎵回收系統(tǒng)提取鎵，提鎵后產(chǎn)生的廢液經(jīng)過廢水處理系統(tǒng)加工之后生產(chǎn)鐵紅；氯化鋁溶液經(jīng)由濃縮結晶及高溫焙燒之后得到氧化鋁成品，氧化鋁將來用于電解，電解出來的鋁水在熔融狀態(tài)下直供鋁材加工廠生產(chǎn)鋁型材；高溫焙燒時產(chǎn)生的氯化氫氣體和水蒸氣由HCL吸收系統(tǒng)吸收后，形成一定濃度的鹽酸溶液，送至鹽酸儲罐作為配料鹽酸循環(huán)使用。[1]

1.3 “一步酸溶法”中試項目進展與成果

神華集團以“一步酸溶法”工藝技術為核心，通過中試試驗、科研等方式取得的成果來規(guī)劃建設循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)項目。氧化鋁中試廠建立目的是通過開展一系列工業(yè)化中試研究，得到包括工藝參數(shù)、設備選型選材、環(huán)保生產(chǎn)與排放以及過程控制等在內(nèi)的完整且系統(tǒng)的“一步酸溶法”粉煤灰綜合開發(fā)利用工業(yè)化工藝技術。

“一步酸溶法”工藝技術研究及其工業(yè)化中試裝置開發(fā)項目通過了中國有色金屬工業(yè)協(xié)會和中國煤炭工業(yè)協(xié)會的科技成果鑒定，鑒定報告認為該技術屬于世界首創(chuàng)，處于國際領先水平。

2 主要產(chǎn)品前景分析

氧化鋁中試廠以燃煤電廠粉煤灰為原料，采用“一步酸溶法”生產(chǎn)氧化鋁，副產(chǎn)品主要有鎵、白泥基二氧化硅等。

2.1 氧化鋁產(chǎn)品前景分析

目前，國內(nèi)根據(jù)鋁土礦品位的不同，主要采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁。“一步酸溶法”生產(chǎn)氧化鋁與拜耳法生產(chǎn)氧化鋁相比，具有如下明顯優(yōu)勢。

原料成本優(yōu)勢：工廠生產(chǎn)氧化鋁的原料是坑口電廠外排的粉煤灰，屬于工業(yè)廢渣，氧化鋁生產(chǎn)裝置建設在電廠旁，具有原材料零成本和運輸成本低的特點。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的原料是國產(chǎn)或進口的鋁土礦石，這些礦石的價格受地區(qū)、交通運輸、市場供求變化等因素的影響很大。所以，“一步酸溶法”生產(chǎn)氧化鋁具有非常明顯的成本優(yōu)勢。

工藝流程優(yōu)勢：“一步酸溶法”工藝主要包括配料、溶出、分離沉降洗滌及凈化除雜、蒸發(fā)結晶、焙燒、酸回收六個主體工序，而拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的主要工序有破碎、濕磨、溶出、稀釋、沉降分離、赤泥洗滌、晶種分解、煅燒、蒸發(fā)和苛化等。兩者相比較就不難發(fā)現(xiàn)“一步酸溶法”工藝具有的流程短、酸循環(huán)利用、技術條件寬泛等特點。

經(jīng)濟效應優(yōu)勢：氧化鋁廠和電解鋁廠的就近建成投產(chǎn)可以有效提高坑口電廠的發(fā)電小時數(shù)，降低發(fā)電成本，增加發(fā)電利潤；氧化鋁廠把粉煤灰作為生產(chǎn)原料，不僅可以節(jié)省粉煤灰堆放用地，還可以節(jié)約因治理灰渣堆場所花費的環(huán)保費用。

社會效益優(yōu)勢：我國因鋁土礦儲量少，鋁資源相對不足使得對外進口依存度較高。這幾年隨著鋁土礦進口量的不斷礦大，進口礦石的價格也不斷提高。[3]粉煤灰綜合利用項目的開展，將有助于緩解我國在鋁資源短缺方面的壓力，同時也可顯著提高企業(yè)自身的競爭能力。

2.2 金屬鎵產(chǎn)品前景分析

目前世界90%以上的原生鎵都是在生產(chǎn)氧化鋁過程中提取的。這種綜合利用方式不但增加了礦產(chǎn)資源的附加值，而且減少了廢棄物“赤泥”造成的污染，非常符合把清潔生產(chǎn)和廢棄物利用融為一體的循環(huán)經(jīng)濟原則。

鎵在1875年被科學家布瓦邦德朗發(fā)現(xiàn)，他將此物質(zhì)命名為gallium，元素符號定為Ga。鎵由于熔點很低、沸點很高、良好的超導性、延展性以及優(yōu)良的熱縮冷脹性能而被廣泛應用到半導體、太陽能、合金、材料制造、石油化工、醫(yī)學等領域，被譽為“電子工業(yè)脊梁”。

金屬鎵按鎵含量分為5N、6N、7N和8N共四種級別。隨著鎵下游應用行業(yè)的快速發(fā)展，尤其是半導體行業(yè)和太陽能電池行業(yè)，未來金屬鎵需求也將穩(wěn)步增長。我國已在2011年將鎵列為戰(zhàn)略儲備金屬，在“十二五”規(guī)劃期間就把高純鎵的高效利用技術列入科技支撐計劃，并將在“十三五”規(guī)劃期間繼續(xù)儲備大量鎵作為戰(zhàn)略儲備金屬。

2.3 硅系列產(chǎn)品前景分析

粉煤灰酸法提鋁殘渣的主要化學成分是SiO2，含量可達90%以上，此外還含有少量的Fe2O3、K2O、Na2O、TiO2、Al2O3、MgO、CaO等雜質(zhì)成分。具有氧化硅含量高、氧化鐵含量低、細度較細，化學活性好的特點。目前，粉煤灰提取鋁殘渣的綜合再利用研究處于實驗室階段，還需進一步掌握其各項物理化學性質(zhì)來制造產(chǎn)品。粉煤灰提鋁殘渣實驗的研究方向主要集中于制備硅系列產(chǎn)品，比如白炭黑、塑料填料、橡膠填料、加氣混凝土砌塊、發(fā)泡水泥保溫板等化工建材產(chǎn)品。粉煤灰提鋁殘渣的資源化利用不但可以實現(xiàn)對粉煤灰中硅資源的有效利用，而且可以緩解因殘渣排放堆積帶來的二次污染，是煤炭伴生資源循環(huán)經(jīng)濟體系中一個重要的環(huán)節(jié)。[4]

3 結束語

神華準能集團公司粉煤灰綜合利用項目符合國家正在實施的節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，也得到了國家和地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策與財政的大力支持。通過粉煤灰制取氧化鋁及其他附屬產(chǎn)品的研發(fā)成果，項目將逐步延伸出一條集合“劣質(zhì)煤及煤矸石-配套電廠-粉煤灰-氧化鋁（鎵、鐵紅、硅系列產(chǎn)品等）-電解鋁-鋁型材”的一體化完整循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈。隨著項目的不斷發(fā)展壯大，各項產(chǎn)品將在擁有廣闊的市場前景。準格爾礦區(qū)煤炭伴生資源循環(huán)經(jīng)濟項目的成功將對地區(qū)乃至于國家的經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

參考文獻

[1]郭昭華.粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化鋁工藝技術及工業(yè)化發(fā)展研究[J].煤炭工程，2015，47（07）：5-8.

[2]高榮，郭建民，云冬冬，等.電廠粉煤灰提取氧化鋁的發(fā)展前景[J].煤炭加工與綜合利用，2013（02）：65-69.

[3]2010內(nèi)蒙古煤炭工業(yè)科學發(fā)展高層論壇論文集[C].

[4]王永旺，房現(xiàn)閣，郭昭華，等.粉煤灰提鋁殘渣資源化應用研究進展[J].露天采礦技術，2013（06）：81-84.