【正文】 具有良好經(jīng)濟(jì)效益的綠色化的循環(huán)工藝與技術(shù)。在前人工作的基礎(chǔ)上，因地制宜地加以改進(jìn)和創(chuàng)新，再進(jìn)行選擇和組裝，就有可能形成本項(xiàng)目所需要的技術(shù)，以達(dá)到事 半功倍的目的。 本項(xiàng)目涉及的研究?jī)?nèi)容具有很高的綜合性，需要多學(xué)科的協(xié)作研究。開發(fā)成果歸合作單位共享。 (1)成立由自治區(qū)科技廳主管領(lǐng)導(dǎo)牽頭，課題承擔(dān)單位領(lǐng)導(dǎo)、課題主持人參加的課題協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)課題的總體宏觀指導(dǎo)和對(duì)重大問(wèn)題做出決策，包括組織協(xié)調(diào)，配套資金的落實(shí)、監(jiān)督使用，課題進(jìn)展的檢查管理等，保證技術(shù)指標(biāo)和試驗(yàn)的完成。 項(xiàng)目具備了通過(guò)公開招投標(biāo)方式選擇攻關(guān)合作單位的條件，可以進(jìn)行公開招投標(biāo)。項(xiàng)目完成后可使我區(qū)煤矸石科學(xué)利用上一個(gè)新臺(tái)階，為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境改善 、礦產(chǎn)資源可持續(xù)利用以及寧夏材料工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。 本課題成果是開發(fā)出新的煤矸石生產(chǎn)鋁鹽、硅酸鹽等基礎(chǔ)化學(xué)原料的循環(huán)工藝，并與已有生產(chǎn)無(wú)機(jī)氧化物粉體材料的公知技術(shù)進(jìn)行合理的組裝配套，集成、創(chuàng)新出可形成系列產(chǎn)品的產(chǎn)品群的技術(shù)體系與模式，通過(guò)中試最終實(shí)現(xiàn)在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化中推廣應(yīng)用。 (3)成立課題負(fù)責(zé)人為核心的課題組，將課題分解為 2 個(gè)子專題，研究任務(wù)落實(shí)到人，實(shí)行執(zhí)行人對(duì)子專題主持人負(fù)責(zé)、子專題負(fù)責(zé)人對(duì)課題組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制的課題管理機(jī)制。 組織管理措施 本課題由科技廳組織、協(xié)調(diào)相關(guān)單位進(jìn)行實(shí)施，并對(duì)課題實(shí)行監(jiān)理及定期檢查和評(píng)估。 課題可能取得的專利及知識(shí)產(chǎn)權(quán)分析 課題已經(jīng)申報(bào) 2項(xiàng)發(fā)明專利。在這方面，將著重于某些技術(shù)的深入研究與實(shí)用與開發(fā)。 （ 1）收集和集成國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有科技成果，進(jìn)行組裝配套，優(yōu)化組合，升華為新的、具有更好技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益的創(chuàng)新技術(shù)。 ： （ 1） 煤矸石中鋁、硅及炭份 高效提取分離的技術(shù)工藝。 其 低溫鹽熔提取法 主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)如下： （ 1） 該法實(shí)現(xiàn)了酸鹽聯(lián)合提取氧化鋁工藝的閉路循環(huán)，氧化鋁提取率高、殘?jiān)瑫r(shí)以低能耗獲得硅酸鹽。 （ 3） 該法鋁、硅元素及炭份得到高效分離提取。 六、項(xiàng)目的主 要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容，項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)、工藝路線可能取得的專利 (尤其是發(fā)明專利和取得國(guó)外專利 )及知識(shí)產(chǎn)權(quán)分析 本課題以實(shí)施煤矸石高效綜合利用為目標(biāo)，通過(guò)集成創(chuàng)新，研究煤矸石資源化化利用生產(chǎn)鋁鹽及硅酸鈉等化學(xué)品的關(guān)鍵技術(shù)體系。 本課題組是一個(gè)具有較高綜合研究能力的科技人員組成，具有長(zhǎng)期開展應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用開發(fā)研究的豐富經(jīng)驗(yàn)；積累了較豐富的項(xiàng)目管理及協(xié)調(diào)經(jīng)驗(yàn)，鍛煉和成長(zhǎng)了一批科研、工程技術(shù)及科研業(yè)務(wù)管理復(fù)合型人才，具備了進(jìn)行重大科技攻關(guān)項(xiàng)目的決策指揮、路線設(shè)計(jì)、技術(shù)指導(dǎo)、組織實(shí)施、協(xié)調(diào)管理的經(jīng)驗(yàn)和能 力。 該工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1. 操作簡(jiǎn)單、投資少、能得到優(yōu)質(zhì)鋁鹽。其煤矸石生態(tài)化利用系統(tǒng)技術(shù)、模式和經(jīng)驗(yàn)，具有廣泛的針對(duì)性、先進(jìn)性和適用性。 本項(xiàng)目以煤矸石提取氧化鋁后的一次殘?jiān)鼮樵?，在低溫堿溶液中即可得到水玻璃，水玻璃就地利用生產(chǎn)超細(xì)高附加值的二氧化硅產(chǎn)品。ｎＨ 2Ｏ ,是一種重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品 ,具有耐高溫、不燃燒、高電絕緣性、多孔性、高表面活性和內(nèi)表面積大等特點(diǎn) .在橡膠、塑料、農(nóng)藥、油漆、制藥、造紙、瓷器、日用化學(xué)品等各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛用途。因此 ,世界各國(guó)都在積極研究新的工藝方法 ,以提高轉(zhuǎn)化率、降低成本、增加產(chǎn)量。而電子工業(yè)對(duì)化學(xué)機(jī)械研磨液需求的增長(zhǎng)則會(huì)刺激氣相法白炭黑需求的快速增長(zhǎng) ,該市場(chǎng)有望以年均 7%的速度增長(zhǎng) ,到 2020年其市場(chǎng)份額將達(dá)到 。隨著鋁土礦的長(zhǎng)期開采 ,露采礦石產(chǎn)量及性能將無(wú)法滿足日益發(fā)展的鋁業(yè)要求。因此國(guó)內(nèi)化學(xué)品氧化鋁的市場(chǎng)需求缺口也比較大。由于近兩年電解鋁成為投資熱點(diǎn) ,產(chǎn)能迅速膨脹 ,導(dǎo)致氧化鋁供應(yīng)緊張。 2020年 ,氧化鋁價(jià)格由年初的 1830元 /噸 ,上漲到年底的 3700元 /噸 ,漲幅達(dá) %。山東鋁業(yè)曾在 2020年 9月 23日公告 ,冶金級(jí)氧化鋁出廠價(jià)格已由 3750元 /噸上調(diào)為 3930元 /噸 (含稅 ),幅度為 %。中國(guó)氧化鋁的產(chǎn)量長(zhǎng)期不能滿足國(guó)內(nèi) 市場(chǎng)的需求 ,每年都要大量進(jìn)口來(lái)補(bǔ)充 ,2020年進(jìn)口 188萬(wàn)噸 ,2020年進(jìn)口 334萬(wàn)噸 ,2020年進(jìn)口 457萬(wàn)噸 ,占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的比例分別為 :30%、41%、 45%。材料科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步，呼喚煤矸石的生態(tài)化學(xué)利用技術(shù)的創(chuàng)新?？梢酝ㄟ^(guò)一定的工藝進(jìn)行二次加工得到數(shù)百個(gè)氧化鋁粉體材料，該粉體材料廣泛應(yīng)用與陶瓷、橡膠、塑料、石油催化、耐火材料等領(lǐng)域。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國(guó)的鋁業(yè)迅猛發(fā)展，加上能源緊張等因素以及前述的我國(guó)鋁土礦資源的劣勢(shì)凸現(xiàn)等，導(dǎo)致氧化鋁原料緊張，其價(jià)格飛漲，而且這種局面連續(xù)了近 2年而無(wú)走低的趨勢(shì)。 此外，提取氧化鋁研究了幾十年，除電鋁水泥法 2020年進(jìn)行了中試并計(jì)劃投資 20億建廠外外，其余工藝在國(guó)內(nèi)未見規(guī)?；囼?yàn)的報(bào)道。主要可以用來(lái)生產(chǎn)氯化鋁、聚合氯化鋁及白炭黑等化工產(chǎn)品。(3)利用煤矸石中提取氧化鋁等化工產(chǎn)品方向有廣闊的利用前景。總之，在 21 世紀(jì)煤矸石可作為一種潛在的鋁、硅資源而引起高度重視。煤矸石中有些是以高嶺石為主，含量為 90%～ 95%,主要成分為三氧化二鋁和二氧化硅 ,三氧化二鋁含量為 34%～ 39%，其 含碳、鐵等很低，較早被開發(fā)利用。 ⑤ 利用煤矸石生產(chǎn)鋁鹽和硅酸鹽 的 綜合 工藝方法 中國(guó)專利（ 申請(qǐng)?zhí)?00112070）報(bào)道了“ 利用煤矸石生產(chǎn)鋁鹽和硅酸鹽工藝方法 ” ，其特征在于采用堿熔－水解－碳化－苛化工藝生產(chǎn)鋁鹽、硅酸鹽及沉淀碳酸鈣：（１）將煤矸石粉碎后焙燒除碳、活化，焙燒產(chǎn)生的煙道氣及下面其他工藝段加熱用燃煤爐產(chǎn) 熱。該法生產(chǎn)氧化鋁的原材料成本約 1800 元（有自備 煤礦、石灰石礦，配套原料運(yùn)距短且來(lái)源充足，電價(jià)便宜等外部?jī)?yōu)勢(shì)）。是利用煤矸石為原料，將發(fā)電、制鋁和水泥生產(chǎn)結(jié)合起來(lái)，發(fā)出的電力供電解鋁使用，電廠廢料粉煤灰為制鋁原料，經(jīng)破碎、煅燒、浸取、過(guò)濾、脫硅、碳分等工序生產(chǎn)氧化鋁；利用生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程中產(chǎn)生的硅鈣渣為原料生產(chǎn)水泥。 也有人報(bào)道了用高效分散劑碳化法制備超細(xì)氫氧化鋁 ,提取率大于 80%。然后，同樣采用堿石灰燒結(jié)法提取氧化鋁 ,在 1150℃下燒結(jié) 60min后 ,飽和生料的 Al2O3提取率由煤系高嶺巖的 45%提高到精礦的 89%。但同時(shí)耗能增加，工藝復(fù)雜化。 石灰石燒結(jié)法類似于鋁礬土燒結(jié)法制 Al2O3,但由于煤系高嶺巖含 SiO2高而需要消耗大量石灰石并增加燃料消耗 ,還產(chǎn)生大量赤泥渣。由于其要高溫煅燒、提取率低等缺陷，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的意義不大。 目前報(bào)道的以煤矸石為原 料提取氧化鋁的方法有酸法、堿法、混鹽法、電鋁水泥法四類。煤矸石中的主要礦物相為高嶺石 (Ａｌ 2Ｏ 3 此外，二十世紀(jì) 90年，我國(guó)出現(xiàn)了幾個(gè)從煤矸石提取氧化鋁的專利報(bào)道。將粉煤灰和石灰、碳酸鈉經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成可溶性的鋁酸鈉及不溶性的硅酸鈣等礦物，二者分離后制得氧化鋁并回收堿，殘?jiān)嘤米鞴杷猁}水泥原料，該試驗(yàn)亦已于 1987年 9月由寧夏區(qū)科委組織通過(guò)鑒定。工藝從粉煤灰中提取氧化鋁。此外還年產(chǎn) 6000噸燭照型砂，因考慮到電子、造紙、皮革的工業(yè)部門需求 32??? 逐年增加，且氧化鋁供電解生產(chǎn)金屬鋁質(zhì)量很好，由于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)氫氧化鋁的經(jīng)濟(jì)效益好目前正進(jìn)行技術(shù)改造，以期達(dá)到年產(chǎn)氫氧化鋁 。 ． 2利用煤矸石提取氧化鋁的國(guó)內(nèi)外發(fā)展簡(jiǎn)介 早在二十世紀(jì) 50年代，波蘭克拉科夫礦質(zhì)學(xué)院格日麥克教授就以高鋁煤矸石和高鋁礦煤灰 ( 32??? 30%)為主要原材料，從中提取氧化鋁和利用其殘?jiān)a(chǎn)水泥，取得了研究成果，曾于 1960年在波蘭獲得兩項(xiàng)專利，后又在美國(guó)等 10多個(gè)國(guó)家獲得了專利權(quán)。這些矸石山不僅占用了大量土地，還對(duì)地下水造成嚴(yán)重污染。在煤炭生產(chǎn)過(guò)程中，煤矸石排放量約占煤炭產(chǎn)量的 10%，每年排放量約為 1億噸左右。各地煤矸石的熱值差別很大。 利用煤矸石生態(tài)化提取氧化 鋁是 實(shí)施我國(guó)新的氧化鋁工業(yè)資源戰(zhàn)略的重要組成部分 ,也是 具有競(jìng)爭(zhēng)力的新途徑 \新技術(shù)路線 . 煤矸石利用技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì) 煤矸石簡(jiǎn)稱矸石，是在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含碳量低、堅(jiān)硬的黑色巖石，在煤炭生產(chǎn)過(guò)程中成為廢棄物。強(qiáng)化燒結(jié)法、 間接加熱強(qiáng)化拜耳溶出、降膜蒸發(fā)、懸浮焙燒等技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用 都是提高循環(huán)效率和工序產(chǎn)出率 ,降低高耗能工序單位能耗的最關(guān)鍵的技術(shù)。 我國(guó)氧化鋁廠最主要的耗能工序是 :燒結(jié)法燒成、蒸發(fā)、拜耳法溶出和燒結(jié)法脫硅 。從鋁行業(yè)角度看 ,當(dāng)前 ,擺在我國(guó)氧化鋁科技界面前最重要的任務(wù)是 :盡快開發(fā)相應(yīng)的先進(jìn)適用的生產(chǎn)技術(shù) ,以有競(jìng)爭(zhēng)力的成本從中低品位一水硬鋁石礦生產(chǎn)出滿足我國(guó)電解鋁工業(yè)要求的高質(zhì)量砂狀氧化鋁。 ⑧實(shí)施我國(guó)新的氧化鋁工業(yè)資源戰(zhàn)略是我國(guó)氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在 我國(guó)氧化鋁工業(yè)的迅猛發(fā)展和我國(guó)鋁土礦資源有限的保證程度已形成鮮明的對(duì)比。石灰石按生產(chǎn) 1噸氧化鋁消耗 噸石灰石進(jìn)行計(jì)算 ,2020 年共消耗石灰石 萬(wàn)噸 ,2020 年將最少消耗石灰石 816萬(wàn)噸 。 積極采用新工藝新技術(shù)節(jié)省資源、能源 ,減少或防止污染物排放 ,改善作業(yè)環(huán)境 ,保護(hù)員工生命與健康 ,實(shí)現(xiàn)“經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益”三 個(gè)目標(biāo) ,創(chuàng)造良好的企業(yè)形象 ,提高企業(yè)的生存力和競(jìng)爭(zhēng)力。既要考慮如何獲取充足的優(yōu)質(zhì)資源和能源 ,更要考慮市場(chǎng)的需求能力 .考慮環(huán)境影響 .交通 運(yùn)輸保障 .地方經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展等諸多因素 . ⑥必須大力發(fā)展氧化鋁清潔生產(chǎn)工藝 氧化鋁是我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一 ,是“ 10 種有色金屬”之首 ——— 鋁的原材料 ,同時(shí)應(yīng)用于化工、制藥、陶器及建筑材料行業(yè) ,直接關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的可持續(xù)發(fā)展。從國(guó)內(nèi)、外兩個(gè)方面入手來(lái)開發(fā)鋁土礦資源 ,首先加大國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)資源勘探力度 ,有效保護(hù)和合理利用國(guó)內(nèi)鋁土礦資源。若要使我國(guó)氧化鋁增長(zhǎng)速度與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和鋁消費(fèi)增長(zhǎng)速度相適應(yīng) ,僅依靠新建氧化鋁廠是不現(xiàn)實(shí) ,也是不可能的。根據(jù)我國(guó)鋁土礦資源的有機(jī)物含量低 ,采用燒結(jié)法能夠生產(chǎn)白度較高的氧化鋁產(chǎn)品的特點(diǎn) ,大力發(fā)展化學(xué)品氧化鋁 ,調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。細(xì)粉含量大 ,流動(dòng)性能差 ,尤其是載氟后的氧化鋁 ,會(huì)在運(yùn)送過(guò)程中造成困難。我國(guó)生產(chǎn)的氧化鋁多為中間狀氧化鋁 ,大多數(shù)生產(chǎn)廠家氧化鋁產(chǎn)品中顆粒大于 45μｍ達(dá)到 40%以上 ,且破損系數(shù)也較大。我國(guó)氧化鋁工 業(yè)已引進(jìn)若干高效節(jié)能的設(shè)備 ,如間接加熱高壓溶出器、高效沉降槽、平盤過(guò)濾機(jī)、氫氧化鋁沸騰焙燒爐等。 ① 圍繞技術(shù)、產(chǎn)品、資 (能 )源和環(huán)境 ,進(jìn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)集成、開發(fā) ,加強(qiáng)原創(chuàng)性技術(shù)創(chuàng)新 ,形成自主的核心技術(shù)和戰(zhàn)略技術(shù)。我國(guó)氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥目前大部分采用堆存的方法 ,僅少數(shù)企業(yè)用部分赤泥作為燒制水泥的原料。我國(guó)氧化鋁新品種新材料的開發(fā)工 作也相對(duì)滯后 ,其產(chǎn)品較為單一。先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)、信息化和網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè)仍處在初始階段。種子分解系統(tǒng) ,既有引進(jìn)和自主開發(fā)的大型機(jī)械攪拌分解槽 ,也有部分小型的空氣攪拌分解槽 ,其動(dòng)力消耗高、攪拌均勻性差 。具體為 :在拜耳法 (包括混聯(lián)法中的拜耳法 )部分 ,雖然新建廠的高壓溶出技術(shù)采用了單管預(yù)熱 ——— 反應(yīng)釜間接加熱溶出技術(shù)設(shè)備。氧化鋁生產(chǎn)規(guī)模最大的為澳大利亞的格拉斯通氧化鋁廠 ,其設(shè)計(jì)產(chǎn)能為 3850ｋｔ /ａ。 ②規(guī)模小、產(chǎn)能低 據(jù)統(tǒng)計(jì) ,目前全世界共有 30多個(gè)國(guó)家生產(chǎn)氧化鋁 ,已投產(chǎn)的冶金級(jí)氧化鋁企業(yè)約有 70個(gè) ,總設(shè)計(jì)產(chǎn)能約 58700ｋｔ /ａ (含非冶金級(jí)氧化鋁 )。 堿石灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn) ,物料流量大 ,工藝復(fù)雜 ,特別是以高溫?zé)蔀橹饕ば?,能耗特別高 ,在直接生產(chǎn)成本中能源費(fèi)用約占 53%,在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上是缺乏競(jìng)爭(zhēng)力的。因此 ,改進(jìn)氧化鋁產(chǎn)品的均一性、提高產(chǎn)品強(qiáng)度、降低產(chǎn)品中的氧化硅含量、優(yōu)化產(chǎn)品的物理性能 ,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品砂狀化 ,應(yīng)作為氧化鋁行業(yè)目前和將來(lái)的主攻方向。由于受鋁土礦特性的限制 ,我國(guó)的氧化鋁廠大都采用混聯(lián)法或燒結(jié)法生產(chǎn) ,致使工藝流程長(zhǎng)、能耗高、生產(chǎn)成本偏高。 世界氧化鋁的生產(chǎn)現(xiàn)狀及消費(fèi)趨勢(shì) 2020年 ,世界 氧化鋁總產(chǎn)量為 5922 萬(wàn)噸 ,其中冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)量為 5457萬(wàn)噸 ,化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)量為 465萬(wàn)噸 . 截至 2020 年 3 月 ,世界氧化鋁生產(chǎn)主要集中在 29 個(gè)國(guó)家的 69 個(gè)氧化鋁廠 , 總產(chǎn)能 6331萬(wàn)噸 .其中冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)能約 5801萬(wàn)噸 ,占 92%. 2020 年以來(lái) ,由于全球電解鋁產(chǎn)能增速過(guò)快 ,引起世界范圍內(nèi)冶金級(jí)氧化鋁供應(yīng)緊張 . 現(xiàn)貨氧化鋁價(jià)格高漲促使世界氧化鋁產(chǎn)能利用率提高 .據(jù) CRU 報(bào)告顯示 ,2020 年世界冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)量增長(zhǎng)率達(dá) %.2020年 ,世界氧化鋁消費(fèi)量將首次突破 6000萬(wàn)噸 ,達(dá)到 6220萬(wàn)噸左 右 .其中冶金級(jí)氧化鋁消費(fèi)量約 5750萬(wàn)噸 ,2020年世界冶金級(jí)氧化鋁缺口約 25萬(wàn)噸 . 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) ,全球在 2020年底前預(yù)計(jì)可投產(chǎn)的在建氧化鋁項(xiàng)目總規(guī)模為 ,其中國(guó)外 660萬(wàn)噸 ,中國(guó) . 2020年以后擬建的氧化鋁項(xiàng)目總規(guī)模為 3952萬(wàn)噸 ,其中國(guó)外擬建項(xiàng)目總規(guī)模為 1960萬(wàn)噸以上 (未考慮俄鋁 ),中國(guó)擬建項(xiàng)目總規(guī)模為 1992萬(wàn)噸 . 據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù) ,2020 年 16 月份 ,我國(guó)氧化鋁產(chǎn)量為 ,比 2020 年同期增加了 %, 進(jìn)口氧化鋁 285萬(wàn)噸 ,比 2020年同期增加了 29萬(wàn)噸 ,同比增長(zhǎng) %.包括非冶金級(jí)氧化鋁在內(nèi) ,目前我國(guó)有 19家企業(yè)可生產(chǎn)氧化鋁 ,其中中鋁公司 2020年上半年產(chǎn)量為 . 2020年 ,國(guó)內(nèi)冶金級(jí)氧化鋁的需求量約為 1240萬(wàn)噸 ,中鋁公司氧化鋁產(chǎn)