以高鋁煤炭為起點發展循環經濟

趙林茂，沈軍，彭光，張慧，馬學忠

（寧夏嘉峰化工有限公司，寧夏石嘴山753200）

以高鋁煤炭為起點發展循環經濟

趙林茂，沈軍，彭光，張慧，馬學忠

（寧夏嘉峰化工有限公司，寧夏石嘴山753200）

以寧夏北部的高鋁煤炭發電為起點，形成電力、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、金屬鐵粉和熟石灰的循環經濟產業鏈，該產業鏈上游產品或排出的廢渣作為下游產品的原料，不僅綜合利用電廠排出的粉煤灰、雙氰胺廠排出的黑渣，而且整個循環系統無廢水、廢渣、廢氣排放，在減少粉煤灰、黑渣對環境污染的同時，提高了資源的循環利用效率。

高鋁煤炭；循環經濟；利用效率

在寧夏石嘴山地區、內蒙古中西部鄂爾多斯和山西北部的部分煤炭資源中，蘊藏著大量的高鋁煤炭，其氧化鋁含量達到6%～9%，用其發電后產生的粉煤灰中氧化鋁含量達到了40%～50%，是典型的含鋁非鋁土礦資源[1]，以電廠發電后排出的高鋁粉煤灰與雙氰胺生產外排的黑渣（主要成分為碳酸鈣）為原料，形成電力、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，該產業鏈上游產品或外排廢渣作為下游產品的原料，不僅綜合利用了電廠、雙氰胺廠難以處理的粉煤灰和黑渣，而且將粉煤灰中的微量元素鎵也進行了分級提取，對廢棄物粉煤灰、黑渣進行了無害化處理，在能源、資源日益緊張的今天，對節約石灰石資源，保證我國鋁工業的可持續發展，提高資源的綜合利用效率，具有極大的現實意義，該循環經濟產業鏈流程見圖1。

1 循環經濟產業鏈工藝流程

1.1 以高鋁煤炭發電形成電力

用高鋁煤炭發電后形成的電力可以為下游整個循環經濟產業鏈提供電力、生產用蒸汽和冬季采暖用蒸汽，采取直供電的方式為下游高耗能產業電石廠、氧化鋁廠和電解鋁廠提供穩定的電力供應，不僅減少電石廠、氧化鋁廠和電解鋁廠遠距離輸電的線路損耗，而且提高了電力供應的穩定性，為下游各相關產業的平穩運行提供了必要條件，同時電廠外排高鋁粉煤灰作為原料用于下游粉煤灰提取氧化鋁產業，將其變廢為寶，綜合利用。

1.2 生產電石

電石作為雙氰胺生產的必須原料是能耗大戶，以高鋁煤炭發電后形成的廉價電力為電石生產的低成本提供了條件，同時電石生產還消耗掉了為氧化鋁生產和雙氰胺生產提供CO2氣體的副產品生石灰。

1.3 生產石灰氮

以電石為原料經球磨機粉磨后與螢石配料，在氮化爐中與氮氣作用生成石灰氮，作為制藥中間體或農用化肥[2]，可以直接外銷，同時也是生產單氰胺、雙氰胺的原料。

1.4 生產單氰胺、雙氰胺

以石灰氮為原料，經水解、碳化后形成單氰胺溶液，經凈化處理可以作為制藥中間體外銷于附近制藥廠，同時也可以將單氰胺聚合后生成雙氰胺，經過濾、結晶后生產雙氰胺產品直接外銷，在單氰胺、雙氰胺生產后產生的黑渣作為副產品，用于下游的粉煤灰提取氧化鋁產業或直接用于煅燒水泥熟料綜合利用。

1.5 生產氧化鋁和金屬鎵

高鋁煤炭發電后的高鋁粉煤灰，其氧化鋁含量達到了40%～50%，完全達到了“石灰石燒結法粉煤灰提取氧化鋁聯產水泥工藝”粉煤灰中氧化鋁含量必須大于30%的要求，同時雙氰胺生產后的黑渣，其碳酸鈣含量大于98%，與粉煤灰、黑渣搭配少量螢石，在回轉窯中煅燒形成氧化鋁熟料，在冷卻過程中氧化鋁熟料發生自粉化，在6%左右稀Na2CO3中溶出其中的氧化鋁[3]，固液分離后溶液經碳化、過濾、洗滌、拜耳法生產出冶金級氧化鋁及多品種氧化鋁，同時粉煤灰中的微量元素金屬鎵在氧化鋁溶出過程中循環富集，達到了提取濃度時，采用離子交換法將其提取，氧化鋁生產的固體廢棄物硅鈣渣用于下游水泥熟料生產。

圖1 以高鋁煤炭為起點發展循環經濟產業流程圖

1.6 電解鋁

在粉煤灰提取氧化鋁生產的冶金級氧化鋁，采用現在先進的電解槽電解生產金屬鋁后，包裝成鋁錠外銷，或將其加工成金屬鋁箔、鋁合金門窗、汽車用金屬鋁、航空用金屬鋁等高附加值產品外銷。

1.7 硅鈣渣煅燒水泥熟料及生產水泥

提取完氧化鋁后的廢渣硅鈣渣，其主要成分為C2S[4]，已經成為水泥熟料的主要成分，是生產水泥的極好原料，用其煅燒水泥熟料不僅能耗低，而且水泥熟料回轉窯產能高，煅燒出的水泥熟料28 d強度達到了60 MPa，熟料易磨性好，用該熟料生產水泥不僅粉磨能耗低，水泥磨臺時產量高，生產出的水泥作為建筑產品直接外銷到周邊的建筑市場，中間產品水泥熟料也可以作為生產水泥的原料外銷到周邊粉磨站生產水泥。

1.8 分離金屬鐵及利用黑渣生產輕質碳酸鈣等產品

在氰胺生產過程中將原料石灰氮中的雜質金屬鐵采用物理分離法直接分離開來，用于下游硅鈣渣煅燒水泥熟料的鐵質矯正原料，也可以作為原料直接外銷到周邊的鋼鐵廠；單氰胺、雙氰胺生產后的廢渣主要成分為碳酸鈣和碳粒，由于其含有碳粒而呈現黑色，一方面可以與粉煤灰配料生產氧化鋁，另一方面黑渣可以采用物理分離方法將輕質碳酸鈣和碳粒分離開來，分離后的輕質碳酸鈣作為塑料制品填加劑對外銷售；碳粒作為燃料直接返回到產業鏈的電廠中用于發電，或將分離出的碳粒制作成煤球，銷售到周邊地區。

1.9 煅燒生石灰

該循環經濟產業鏈采用高效的石灰窯煅燒技術，將煅燒后的生石灰做為原料用于電石生產，煅燒過程中產生的廢氣CO2氣體，用于氧化鋁生產流程和單氰胺、雙氰胺生產流程的碳化工序，生產過程中無廢氣排放。

2 循環經濟產業鏈實施規劃

從以上的循環經濟產業鏈工藝流程可以看出，以高鋁煤炭為起點，以高鋁粉煤灰與黑渣利用燒結法提取氧化鋁聯產水泥為切入點，形成電力、電石、石灰氮、單氰胺、雙氰胺、氧化鋁、金屬鋁、水泥熟料、水泥、輕質碳酸鈣、金屬鐵粉和熟石灰的循環經濟產業集群，該循環經濟產業鏈，充分利用地方資源優勢，綜合考慮公司現有周邊企業在某一領域的技術優勢，公司已與周邊該循環經濟產業鏈的相關企業簽署了合作協議，在投資方面相互參股，形成資源共享、利益共享、風險共擔，你中有我、我中有你的經濟利益體。

項目在實施的過程中要統一規劃、統一設計，統一布局，力爭使產業鏈中各相關產業物料走向合理，物料流程最短，做到節約土地、節約能源的目的。在環境保護方面，對塊狀物料采用皮帶運輸，在皮帶上部加防塵罩，防止粉塵擴散，在各落塵點加設布袋收塵器，以減少粉塵對環境污染，對粉狀物料運輸，采取氣力提升管道化全封閉式運輸。對產業鏈排放的廢水進行集中處理，處理后的中水返回產業鏈電廠用于發電，對于可以共用的公用工程（道路、消防等），以政府為牽頭單位，進行統一規劃、統一實施。

該循環經濟產業鏈的發展規劃實施方案已起草完成，正上報政府有關部門進行審批，爭取政府對該循環經濟產業鏈項目在項目投資、資金申請、土地審批、環境保護方面給于優惠，促成該循環經濟產業項目的早日建設，為地方經濟發展、為地方環境保護做出更大貢獻。

3 結論

從以上分析可以看出，該循環經濟產業鏈是自成體系，上游項目的產品或廢渣是下游項目的原料，將單個企業低附加值的產品，最終轉化為高附加值的產品，是廢物、廢渣的減量化、再利用過程，在整個循環經濟產業鏈中無廢水、廢渣、廢氣排放，形成高度循環、高度環保的產業系統，在當今資源、能源日益短缺，企業成本日益上升的情況下，如果能夠形成如此高度循環的產業經濟，對提高資源、能源的綜合利用效率，使企業產品多樣化，增加企業的抗風險能力，必然是一條長遠發展之路。

該循環經濟產業集群項目的實施，對增加地方政府財政收入，解決當地人口就業，緩解石嘴山、銀川等地區高鋁煤炭外運的交通壓力，緩解寧北地區高壓線輸送能力，以及對保護環境，提高當地資源的利用率具有極其深遠的現實意義。

[1] 趙林茂，李寶才.提取完氧化鋁的硅鈣渣綜合利用試驗[J].水泥，2014(3):17-18.

[2]胡永全，朱振林，胡清.石灰氮及其衍生物[M].北京：化學工業出版社，2007：86-93.

[3] 楊重愚.氧化鋁生產工藝學[M].北京：冶金工業出版社，1983：341-344.

[4]趙應武，過倫祥，張先成.預分解窯水泥生產技術與操作[M].北京：中國建材工業出版社，2004：232-233.

Circular economy development starting at high-aluminum coal

ZHAO Linmao,SHEN Jun,PENG Guang,ZHANG Hui,MA Xuezhong
（Jiafeng Chemical Engeneering Co.,Ltd.,Shizuishan 753200,China）

Taking the high-aluminum core generation as the starting point,the circular economic chain was formed including electricity,calcium carbide,lime nitrogen,cyanamide,dicyanamide,alumina,aluminum,gallium,clinker,cement, light calcium carbonate,iron powder,slaked lime.The industrial chain takes the upstream power plant and residue from dicyandiamide firm was comprehensively used,and no waste water,residue and air were discharged.The environment pollution was reduced and the recycling efficiency was promoted.

high-aluminum;circular economy;use efficiency

F124.5；X37

A

1674－0912（2014）10－0013－03

2014－06－20）

趙林茂（1975－），男，內蒙古四子王旗人，大學本科，高級工程師，長期從事高鋁粉煤灰提取氧化鋁聯產水泥工藝以及其他工業廢渣的綜合利用試驗研究和工業化生產研究工作。