準格爾礦區粉煤灰提取氧化鋁項目介紹及產品前景分析

摘 要：文章介紹了神華準格爾礦區粉煤灰“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品前景進行了分析研究，指出了準格爾礦區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；循環經濟；中試項目；產品前景

隨著經濟發展，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，不但可以實現資源回收再利用，而且可以減少粉煤灰對資源及環境造成的污染，具有非常積極的經濟和社會意義。

1 “一步酸溶法”工藝流程及中試進展

1.1 準格爾礦區的粉煤灰及其成分

準格爾礦區擁有豐富、優質的煤炭資源，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、富鎵煤炭經過火力發電廠循環流化床鍋爐燃燒后生成的粉煤灰，灰中氧化鋁含量經檢測高達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化工藝技術的生產系統由配料、溶出、分離沉降洗滌及凈化除雜、蒸發結晶、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，生產硅系列產品；濾液經過除雜之后得到氯化鋁溶液，除雜洗脫液進入鎵回收系統提取鎵，提鎵后產生的廢液經過廢水處理系統加工之后生產鐵紅；氯化鋁溶液經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下直供鋁材加工廠生產鋁型材；高溫焙燒時產生的氯化氫氣體和水蒸氣由HCL吸收系統吸收后，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劃建設循環經濟產業項目。氧化鋁中試廠建立目的是通過開展一系列工業化中試研究，得到包括工藝參數、設備選型選材、環保生產與排放以及過程控制等在內的完整且系統的“一步酸溶法”粉煤灰綜合開發利用工業化工藝技術。

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

2 主要產品前景分析

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

2.1 氧化鋁產品前景分析

目前，國內根據鋁土礦品位的不同，主要采用拜耳法生產氧化鋁。“一步酸溶法”生產氧化鋁與拜耳法生產氧化鋁相比，具有如下明顯優勢。

原料成本優勢：工廠生產氧化鋁的原料是坑口電廠外排的粉煤灰，屬于工業廢渣，氧化鋁生產裝置建設在電廠旁，具有原材料零成本和運輸成本低的特點。拜耳法生產氧化鋁的原料是國產或進口的鋁土礦石，這些礦石的價格受地區、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”生產氧化鋁具有非常明顯的成本優勢。

工藝流程優勢：“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、蒸發結晶、焙燒、酸回收六個主體工序，而拜耳法生產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、蒸發和苛化等。兩者相比較就不難發現“一步酸溶法”工藝具有的流程短、酸循環利用、技術條件寬泛等特點。

經濟效應優勢：氧化鋁廠和電解鋁廠的就近建成投產可以有效提高坑口電廠的發電小時數，降低發電成本，增加發電利潤；氧化鋁廠把粉煤灰作為生產原料，不僅可以節省粉煤灰堆放用地，還可以節約因治理灰渣堆場所花費的環保費用。

社會效益優勢：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自身的競爭能力。

2.2 金屬鎵產品前景分析

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

鎵在1875年被科學家布瓦邦德朗發現，他將此物質命名為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、醫學等領域，被譽為“電子工業脊梁”。

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的快速發展，尤其是半導體行業和太陽能電池行業，未來金屬鎵需求也將穩步增長。我國已在2011年將鎵列為戰略儲備金屬，在“十二五”規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”規劃期間繼續儲備大量鎵作為戰略儲備金屬。

2.3 硅系列產品前景分析

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來制造產品。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品，比如白炭黑、塑料填料、橡膠填料、加氣混凝土砌塊、發泡水泥保溫板等化工建材產品。粉煤灰提鋁殘渣的資源化利用不但可以實現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經濟體系中一個重要的環節。[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能減排、循環經濟、可持續發展的戰略，也得到了國家和地方產業發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品的研發成果，項目將逐步延伸出一條集合“劣質煤及煤矸石-配套電廠-粉煤灰-氧化鋁（鎵、鐵紅、硅系列產品等）-電解鋁-鋁型材”的一體化完整循環經濟產業鏈。隨著項目的不斷發展壯大，各項產品將在擁有廣闊的市場前景。準格爾礦區煤炭伴生資源循環經濟項目的成功將對地區乃至于國家的經濟和社會發展具有重要的戰略意義。

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化發展研究[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展前景[J].煤炭加工與綜合利用，2013（02）：65-69.

[3]2010內蒙古煤炭工業科學發展高層論壇論文集[C].

[4]王永旺，房現閣，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.