黑與白的嬗變
——神華準格爾礦區煤炭伴生資源循環經濟產業項目綜述

李建強 高飛 本刊記者 張小紅

經過40年的發展，一座集煤炭開采、坑口發電、鐵路運輸及粉煤灰提取氧化鋁為一體的大型綜合能源企業——神華準能集團有限公司已然屹立在鄂爾多斯高原。特別是公司獨創的粉煤灰提取氧化鋁的特殊工藝——“一步酸溶法”，在我國獲取冶金材料技術方面是個重大突破，是能源工業一次深刻的變革。讓我們走進這艘能源巨艦，去聆聽他們探索煤炭伴生資源的發展歷程，去見證這黑與白的嬗變……

連綿起伏的鄂爾多斯高原蒼遼而神奇，經過億萬年涅槃滌蕩終于露出了真容。1976年，一群懷揣著無限創業激情與夢想的“拓荒者”，聚集到了曾經荒蕪至極的準格爾，采掘著深埋地下的“黑色寶藏”。經過40年的發展，一座集煤炭開采、坑口發電、鐵路運輸及粉煤灰提取氧化鋁為一體的大型綜合能源企業——神華準能集團有限公司（以下簡稱“準能集團”）已然屹立在鄂爾多斯高原。讓我們走進這艘能源巨艦，去聆聽他們探索煤炭伴生資源的發展歷程……

探索之路

千錘萬鑿出深山，烈火焚燒若等閑。上世紀90年代初期，煤炭開采和初加工過程中排放的主要固體煤矸石還僅作為廢棄物被排棄。時任準格爾黑岱溝露天煤礦礦長的劉貴廷一直琢磨著如何把這些廢棄物利用起來，讓一塊煤的價值發揮到最大。在他的諸多想法中，把煤矸石中的鋁提取出來一直是他最大的夢想，受當時技術和工藝的限制，這個夢想一直無法實現。1995年，劉貴廷離開黑岱溝露天煤礦時把如何將一塊塊“黑金”吃干榨凈的期望，鄭重地交給了當時分管生產的副礦長郭昭華。接過老領導的囑托，又一批年輕的準能人踏上了探索煤炭伴生資源的路。

2004年，準能依托國家鼓勵利用劣質煤和煤矸石發電的有利政策，先后規劃建設了2×150MW、2×330MW的煤矸石發電廠，消化了本地豐富的煤矸石，實現了煤炭資源的充分利用，但隨之而來的問題是矸石發電排放的大量粉煤灰，既污染環境又浪費了土地資源，如何將粉煤灰“變廢為寶”，實現煤炭資源的綜合利用一直縈繞在準能人的心頭。

經相關科研院所實驗室研究，準格爾煤田煤炭氧化鋁含量為10%～13%，燃燒后產生的粉煤灰中氧化鋁平均含量高達50%，這一發現，更加堅定了準能人前進的方向，但從黑色煤炭資源中提取白色的氧化鋁絕非易事。縱觀制鋁工藝，目前全世界生產的氧化鋁有90%以上是用拜耳法生產的，即傳統的堿法生產氧化鋁，利用這一方法從鋁土礦提取氧化鋁已達120年之久。從粉煤灰中提取氧化鋁，也可追溯到上世紀50年代。這種方法在此后很長一段時間里成為粉煤灰制取氧化鋁的主要思路。堿法制取氧化鋁是一種“加量法”，一噸粉煤灰加入6～7噸的石灰石，脫硅后再提氧化鋁，但這無疑又制造出了更多的廢物，所以，在世界范圍內一直沒有較為成功的工業化應用。

善于突破常規思維的準能人，希望從粉煤灰中提取氧化鋁工藝是一個減量化的過程，于是想到了酸。而酸法制取氧化鋁是一種全新的工藝，研發工作遇到了前所未有的考驗，但準能人探索的腳步卻從未被問題和困難所羈絆。

合力突破

心中自有乾坤在，守得云開見月明。從2004年開始，準能集團就開展了粉煤灰綜合利用研發工作，歷經十幾年艱苦卓絕的不懈努力，形成了世界首創的、具有自主知識產權的“一步酸溶法”提取氧化鋁工藝。該工藝包括粉煤灰提取氧化鋁、有價元素協同提取及環保技術等三項技術，這是一種用鹽酸從高鋁粉煤灰中溶出氧化鋁的工藝，相對于堿法工藝來說，優勢明顯：僅有6道工序，流程明顯變短；添加的物料只有酸，回收率可達99.9%，可循環利用；生產后的殘渣量較粉煤灰量減少40%，屬于減量化生產；在生產過程中，可將伴生其中的鎵、鐵、硅、鋰等元素生產成多種產品，實現資源高效綜合利用，可將粉煤灰“吃干榨凈”；該工藝不僅適用于循環流化床高鋁粉煤灰，還適用于低品位鋁土礦和經簡單活化處理的煤粉爐粉煤灰，工藝技術條件寬泛，更易實現工業化，同時，還具有能耗低、生產成本低等優勢。

核心工藝突破了，但是推向工業化生產還面臨著三大難題，設備材料、精細化除雜、環保技術，準能人要走的路還很長。

2009年農歷正月初八，當人們還沉浸在春節喜悅氣氛中的時候，郭昭華已迫不及待地帶領準能科研團隊踏上了尋找滿足工藝需求的設備材料的征途。設備材料的問題已困擾集團公司科研團隊整整2年了，同時滿足中試耐高溫、耐磨損、耐腐蝕條件的設備材料當時在國內還是空白。科研團隊11天輾轉了13座城市，拜訪了16個廠家。當廠家技術人員聽到材料條件時，不假思索地回絕道“不可能”。

他們每天早上5點出發，晚上10點休息，最多的時候一天走訪5個廠家，有時連飯都顧不上吃，“不可能”斷然不是準能人尋找的答案。項目的前瞻性與準能科研團隊的執著堅韌的科學精神，激發了許多科研單位與廠家的研發熱情，既然沒有這樣的材料，那就創造這樣的材料。

準能集團科研團隊協同各專業院所、設備廠家等40余家單位聯合進行了材料攻關。攻關期間，科研人員輪班蹲守生產一線，緊盯異常點，仔細分析每一次設備不適應的原因，并根據原因，不斷嘗試使用新材料、新技術。2007年到2016年，經過9年時間的堅持探索和改進完善，全新的材料問世，經權威機構檢測，設備使用壽命在10年以上。此時此刻，設備廠家在欣喜于領導了國內材料制造革命的同時，郭昭華終于松了一口氣。

如何去除氧化鋁中的雜質？從國內到國際行業都沒有定論。

準能集團只能獨辟蹊徑，開始了步履維艱的研發工作，一次次的試驗，一次次的失敗，廣大研發人員始終不言放棄，而是以更加鍥而不舍的鉆研精神和“撞破南墻不回頭”的氣概，再一次投入到調研和實驗修正之中，經過多年的努力，終于“撥云見日”，開發出了專有除鐵、鈣等技術系統并研制了配套設備，成功解決了料漿精細化除雜的技術難題。

環保達標是工業化生產道路上的最后一條紅線，在生產過程中，產生的白泥、廢水、工藝過程的無組織排放酸氣就成了必須解決的焦點。集團公司根據白泥的特性開發了高附加值的橡塑填料、分子篩、白炭黑、地質聚合物等產品；廢水采用了分級處理實現“近零排放”和資源化利用；在處置飄逸酸氣中，利用負壓回收、集中送入酸回收系統，制成鹽酸循環利用，實現了“近零排放”。

永不言棄，終有所成。憑著“咬定青山不放松”的堅忍不拔和“敢教日月換新天”的大膽創新，接連突破了精細化除雜這道國際行業領域至今尚無定論的難題和環保達標的要求。至此，困擾粉煤灰提取氧化鋁的三大關鍵難題——設備材料、精細化除雜、環保技術都被夷平，準能集團創造了令行業驚嘆不已的科研成果。

創造之舉

思路決定出路，工藝決定品質。2011年8月25日，氧化鋁中試裝置工藝系統全面貫通； 9月2日，氧化鋁中試裝置第一次試運行168小時；12月18日，神華準格爾礦產資源綜合利用示范基地揭牌暨“煤炭伴生資源循環經濟產業項目100萬噸/年氧化鋁示范廠”奠基儀式舉行，此時，準能粉煤灰提取氧化鋁大型循環經濟項目建設邁出了重要一步。

2013年6月13日，氧化鋁工業化中試項目通過了中國有色金屬工業協會和煤炭工業協會的科技成果鑒定，鑒定認為：該工藝技術具有工藝先進、流程短的優點，實現了高鋁粉煤灰的資源化高附加值利用，屬國內外首創，達到了國際領先水平，建議開展工業化示范線建設。

2011年至2016年，氧化鋁中試裝置經過7次全流程運行，經歷了無數次假設—實踐—推翻—再次建設的驗證，正是堅韌不拔、大膽創新的科學精神支撐、引領著準能人一步一個腳印，打破行業界限，推動產業升級。結果表明，氧化鋁溶出率達到85%～90%，產品氧化鋁化學品質達到國家冶金一級品標準；產品鎵純度達到4N，鎵提取率達50%以上；物耗能耗工藝參數指標達到預期目標，滿足項目技術經濟分析要求；廢水、廢氣、固體廢渣滿足環保排放要求；關鍵設備及材料適應性強，系統穩定可靠，使用壽命可達10年以上；以中試數據為基礎的12.5萬噸/年的粉煤灰提取氧化鋁工藝包編制工作已完成，證明了酸法提取氧化鋁工業化的可行性。

準能集團獨創的粉煤灰提取氧化鋁的特殊工藝“一步酸溶法”很快便聲名四起，在我國獲取冶金材料技術方面是個重大突破，是能源工業一次深刻的變革。已獲得專利112項，其中，國內發明專利75項，PCT發明專利4項，涉及11個國家及地區，實用新型專利48項，通過初審89項，建立企業標準4項。“高鋁粉煤灰高效循環利用技術研究”課題，被國家科技部列為“十二五”科技支撐計劃項目，并獲得專項資金924萬元；神華準格爾礦區被國土資源部和財政部聯合授予我國首批礦產資源綜合利用示范基地，并獲得中央財政支持資金8.4億元，這是迄今為止中央對綜合利用科技項目的最大資金扶持；“神華準格爾礦區煤炭伴生資源循環經濟產業項目”獲得國資委關于鼓勵資本驅動科技創新專項資金7億元。

蓄勢待發

在黨的十八大提出的綠色發展、循環發展、低碳發展的要求和神華集團有限責任公司（以下簡稱“神華集團”）“1245”清潔能源發展戰略的引領下，勇于奮發進取的準能人，制定了煤炭伴生資源循環經濟產業項目發展規劃。項目選址在內蒙古自治區準格爾旗大路鋁工業園，規劃建設“神華準格爾礦區煤炭伴生資源循環經濟產業”項目。項目初步規劃建設6條生產線，項目投產后，預計可實現年收入1513億元，預計可創利潤329億元/年，繳納稅費169億元/年。

如今，站在內蒙古自治區準格爾大路鋁工業園的土地上，一切方興未艾。在國家各部委和內蒙古自治區各級地方政府、神華集團的大力支持下，水保、地質災害評估，土地勘界報告，節能評估報告，環評報告以及各級發改委和神華集團的批文逐步到位，占地35.69平方公里的氧化鋁大規模工業化生產如箭在弦。目前，神華準能資源綜合開發有限公司專門負責項目的建設和管理工作，準能集團核心研發團隊有300多人，其中博士11人，碩士56人，高工以上26人，專業齊全，建立的產學研平臺與集團公司研發人員優勢互補，已成為項目建設的堅強后盾。

雄關漫道真如鐵，而今邁步從頭越。在這黑白嬗變之間，越來越多的目光聚焦準能、聚焦循環經濟項目，強有力的資金、技術、人才、政策的支持，必將成為準能這艘航母出征遠航的強大引擎。

采訪實錄：

2017年12月，在“神華準格爾礦區煤炭伴生資源循環經濟產業”項目動工前夕，記者前往實地，采訪了項目團隊。以下為采訪實錄。

記者：這個項目最關鍵是創造性地應用了“一步酸溶法”，請用比較通俗易懂的方式解釋該工藝。

項目團隊：古時以五尺為“一步”，“一步酸溶法”即為工藝流程短的鹽酸溶解氧化鋁工藝，粉煤灰與鹽酸合適配比后，經過溶出、沉降分離、除雜凈化、蒸發結晶、焙燒及酸回收等幾個工序生產出合格品質的氧化鋁。“一步酸溶法”是神華集團自主研發的基于高鋁粉煤灰提取氧化鋁和其他有價金屬元素的工藝技術，屬世界首創。

記者：業界有說法，認為“酸法”的最大弊端是對生產設備傷害很大，因此運行成本會非常高，對此，貴公司如何解釋？

項目團隊：“一步酸溶法”多數工序工況條件較溫和，化工、冶金類常規設備可達到運行要求。在局部工況條件下，同時存在強酸腐蝕、磨蝕、高溫因素，對設備材料要求較高。項目研發團隊同各專業院所、設備供應商等40余家單位進行聯合材料攻關。攻關期間，科研人員輪班蹲守生產一線，緊盯異常點，仔細分析每一次設備不適應的原因，并根據原因，不斷嘗試使用新材料、新技術。經過多年的堅持探索和改進完善，全新的材料問世，按照中試裝置各生產工序工況條件差異情況，選擇了4個主要工序的8類關鍵設備材料，送至中船重工725所及中科院金屬所等國家權威檢測機構，進行了壽命及性能檢測，關鍵設備使用壽命均在10年以上。

記者：從2011年氧化鋁中試廠成立，一直到現在的一些重要時間節點和重要事件。可以具體展開說一下，體現項目建設的艱辛和重大意義。

項目團隊：2011年8月17日氧化鋁中試裝置建成投產，8月25日氧化鋁中試裝置一次性啟動成功，工藝系統全面貫通，證明了“一步酸溶法”工藝技術的可行性。

2013年3月3日成功打通了粉煤灰酸法提鎵工藝，成功生產出第一批4N級金屬鎵。

2013年6月13日，“高鋁粉煤灰提取氧化鋁關鍵技術研究及其工業化中試裝置開發”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。鑒定認為“該成果構建了酸法分解高鋁粉煤灰提取氧化鋁的理論體系，實現了高鋁粉煤灰的資源化高附加值利用，工藝技術屬國內外首創，達到了世界領先水平，建議加快工業化示范線建設”。

2016年9月至2017年1月，氧化鋁中試裝置開展了第7次試驗運行。本次試驗的物耗和能耗達到了預期值、環保指標達標、氧化鋁和鎵產品合格、鎵提取率達標；試驗取得的數據滿足工藝包編制的要求。

從煤到氧化鋁

從粉煤灰中提取出的鎵和鋰

結晶氯化鋁輸送

氧化鋁產品

氧化鋁產品存放區

2017年10月25日，項目獲得了中國神華能源有限公司的立項批復，據此公司專門成立了由公司副總經理郭昭華同志為組長，戰略規劃部、環境保護部、土地辦、研發中心等部門組成的項目前期工作推進組，負責項目前期籌備工作。現已獲得準格爾旗發改局的備案；項目所需水、電、原料、道路等外部建設條件均已落實；編制完成用地勘測定界書，項目用地征收申請文件已遞交準格爾旗國土局，待國土局和準格爾旗人民政府審批通過后即可開展土地征收工作；編制完成了可行性研究、水資源論證等報告；文物調查、環境現狀監測、地下水水文地質勘察等工作正有序推進。計劃于2019年完成建設工作。

記者：從2013年貴公司科技成果通過兩個協會的鑒定至今，工廠、工藝等各方面的進步和變化有哪些？

項目團隊：工藝進步主要有以下幾項。一是研究耐酸耐腐蝕溶出罐材質。引進新的襯磚耐酸罐、襯磚反應釜、閃蒸罐及在其他行業成功應用的耐酸風機，提高了設備的耐酸性，延長設備使用壽命；引進進口閥門，優化生產系統和工藝指標，大幅度降低試驗費用。

二是氯化鋁溶液精細化除雜技術取得重大突破。中試廠進行了除鐵、除鈣等試驗研究，成功地解決了氧化鋁產品鐵、鈣雜質含量較高的問題，大幅提升了氧化鋁產品品質，生產的氧化鋁純度在98.6%以上，達到國家冶金一級品氧化鋁標準。

溶出系統

除雜系統

三是簡單廢水達標排放，復雜廢水資源化處理。按照“分類處理，逐級回用，盡量資源化”（降低廢水處理成本）原則，把廢水分為簡單廢水和復雜廢水兩類，首先拿出簡單廢水的處理方案，廢水逐級回用，實施后的中水回用項目，實現淡水回用，濃鹽水達標外排（示范廠把濃鹽水蒸干）。復雜廢水更是無治理經驗，無成熟的工藝和設備，如何低成本對洗脫液及蒸垢液進行無害化、資源化處理，困難很大，經過詳細的調查、研究、試驗，終于提出和開發出了對提鎵廢液“分離提純、噴霧焙燒、鹽酸回用”資源化處理工藝（即把廢水進行資源化利用，生產滿足國標的鐵紅產品，氯化物變成鹽酸與有用成分氯化鋁重新返回生產系統利用），及利用蒸垢液生產工業級凈水劑的處理工藝。

復雜廢水資源化處理，解決了“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁環保方面的廢水處理的問題；延伸了煤炭伴生資源循環經濟產業鏈，為企業創造利潤；起到了環保“示范”效果，具有廣泛的應用價值。

隔膜泵

四是研究酸氣飄逸環保治理技術。通過一級噴淋、三級吸收、一級堿洗工藝對各個工序產生的尾氣進行吸收后再排放，使環境中的HCl、SO2等氣體滿足《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）和《鋁工業污染物排放標準》（GB25465-2010）的相關要求，消除環保隱患。

五是固液沉降分離及白泥洗滌系統。開展“一步酸溶法”固液沉降分離及白泥洗滌系統工業化中試試驗，進一步回收白泥附液中鋁、酸等有用成分，降低灰耗酸耗。

記者：團隊帶頭人郭昭華曾經在2013年撰文指出，該產業畢竟是新生兒，需要各方面的幫助與支持，特別是在以下四個方面——政策扶持、基礎資金投入、技術力量投入、高鋁灰渣生產氧化鋁的產業規劃。目前在這四方面有什么進展？

項目團隊：2013年10月，劉延東副總理對高鋁粉煤灰“一步酸溶法”生產氧化鋁工藝技術做出重要批示：“此技術有廣闊前景，涉及技術創新研發方方面面的要求，應從政策上給予支持”。2014年“神華準格爾礦區煤炭伴生資源循環經濟產業項目”獲得國資委關于鼓勵資本驅動科技創新專項資金7億元。循環經濟產業屬于國家西部地區的鼓勵類產業，可按15%的稅率征收企業所得稅；以粉煤灰為原料生產氧化鋁納入增值稅政策優惠范圍，可享受增值稅即征即退50%的優惠。

內蒙古自治區人民政府在財政、用地、稅費、融資中加大政策支持力度，對粉煤灰提取氧化鋁（生產規模50萬噸及以上）項目，每投資20億元配置1億噸煤炭資源。

記者：請談談建廠以來大家的心路歷程，特別是高管和技術團隊。

項目團隊：我們經常在挑戰極限，一是心理極限。十多年來，研發工作步履維艱，每當遇到困難的時候，我們都會互相鼓勵，始終不言放棄。有的同志說：“如果我們沒有堅韌不拔的毅力，沒有崇高的理想，沒有愛國愛企業的情懷……那么隨時會找出N個理由放棄。”但是我們沒有放棄，我們堅持了下來，克服了好多困難。

二是身體極限。搞實驗幾天停不下來，需要加班，身體素質也是挑戰極限，如果你熬不下來，那你就完不成任務。

三是科學極限挑戰。世界上沒有搞鹽酸氧化鋁的先例，沒有常規、定性的產品可供選擇，那就需要自己配置、研發。

四是跨行業研究。項目團隊人員不是專業的、不是科班出身，這本身就是在挑戰極限，從專業的跨度來說也是在挑戰極限。

盡管這樣，我們還在不斷地學，邊學邊干，總的來說，是熬過來了，成功了。而且，我們慶幸的是選對了技術路線，慶幸的是我們的團隊團結協作，克服了這樣那樣的困難。再就是堅持，如果中間改變路線，放棄了，那就沒有今天的成果了。在這過程中，還有許多不理解，人們的思維習慣于現狀，稍加改變就或多或少有些不理解。隨著項目的發展，人們也逐漸從不理解到理解，從不合作逐步走向了合作，必然會有這個過程，現在環境、氣氛也變得越來越好，以后也會更加地好，當然也要多做宣傳，讓大家認同。

記者：請談一下對未來的規劃和希望。

項目團隊：按照我們的設計，隨著擴能，再加入新的技術，從N1到Nn的投入，使它盡快達到規模化、效益最大化，經濟效益、環保效益、社會效益都得以顯現了，到那時，就可以看到我們準能又一個大發展時期的到來，準格爾地區第二次騰飛時期的到來，我們也期盼這個時期的到來。