【正文】 目標(biāo)”提供科技支撐。最后，該技術(shù)模式、經(jīng)驗對我國及其它國家類似地區(qū)的生態(tài)綜合治理和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也具有參考和借鑒價值。能源資源的科學(xué)開發(fā)已成為全 球關(guān)注的熱點之一。 進(jìn)入新世紀(jì)，我國鋁業(yè)原料供應(yīng)矛盾十分突出。具專家分析，傳統(tǒng)鋁土礦的資源保證程度不足 10 年。 本課題通過深入研究老煤炭工業(yè)區(qū)煤矸石資源深度 利用關(guān)鍵配套技術(shù)集成創(chuàng)新與示范，可以 確立區(qū)域工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新型技術(shù)路線，煤基資源深度和循環(huán)可持續(xù)利用的產(chǎn)業(yè)鏈，這對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)發(fā)展經(jīng)濟(jì)和走新型工業(yè)化道路，均有十分深遠(yuǎn)而重要的意義。 （ 3）對推進(jìn)實施我區(qū)乃至乃我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義 進(jìn)入新世紀(jì)，國家發(fā)展改革委力推循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。其中煤炭行業(yè)資源綜合利用成為關(guān)注的重點領(lǐng)域之一。 寧夏電解鋁業(yè)業(yè)是寧夏的支柱產(chǎn)業(yè)之一，近年來其發(fā)展勢頭迅猛，僅青鋁公司“十一五”規(guī)模達(dá) 100 萬噸，目前產(chǎn)能為 40 萬噸左右，需氧化鋁約 80 萬噸。 寧夏是我國重要煤炭基地，煤矸石資源累計過億噸，綜合利用的程度低且成為危害環(huán)境的固體廢物，其潛在的工業(yè)價值未 被加以利用，因此開展該課題研究已經(jīng)刻不容環(huán)。 無機(jī)鋁鹽、硅酸鹽是用途十分廣闊的化工原材料。 （ 6）對于老礦區(qū)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要意義 我區(qū)的煤炭老礦區(qū)，存在的主要問題是 ： ● 以煤炭為資源利用的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性嚴(yán)重失調(diào) 優(yōu)質(zhì)煤資源的利用多處于初級階段；而采煤生產(chǎn)出的煤矸石堆積如山還導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境惡化 ；即使利用煤矸石，也是傳統(tǒng)的發(fā)電、制磚等領(lǐng)域，對煤矸石 資源化利用的規(guī)模、檔次、水平和效率總體上還 十分低下； 高新科技開發(fā)與應(yīng)用的力度不夠，總體上還處于比較粗放的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式中。 從區(qū)域優(yōu)勢礦產(chǎn)資源煤炭的綜合利用、梯度合理開發(fā)產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)為一條主線，按照循環(huán)機(jī)經(jīng)濟(jì)的 3A 原則挖掘并開發(fā)大量煤炭產(chǎn)業(yè)鏈中固體廢棄物、液 體廢棄物的利用價值并與試驗示范相結(jié)合，為區(qū)域煤基資源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與功能的合理構(gòu)建，為調(diào)整和優(yōu)化工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、能源資源利用結(jié)構(gòu)，建立新的生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)營機(jī)制，形成具有廣闊發(fā)展前景的特色工業(yè)生態(tài)技術(shù)體系和資源優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)提供科技支撐。 用鋁土礦或其它含鋁原料生產(chǎn)氧化鋁，實質(zhì)上就是使礦石 中的氧化鋁與其它雜質(zhì)分離的過程。 拜爾法是直接以苛性鈉溶液處理鋁土礦，使礦石中氧化鋁生成鋁酸鈉，而礦石中的二氧化硅則成為不溶性殘渣 ——— 赤泥，與鋁酸鈉溶液分離，將凈化后的鋁酸鈉溶液進(jìn)行攪拌分解，再經(jīng)過濾分離得到氫氧化鋁，經(jīng) 洗滌后焙燒成氧化鋁，分離所得的大量苛性堿溶液稱為母液，母液經(jīng)蒸發(fā)再用于處理下一批礦石。洗滌后的氫氧化鋁經(jīng)焙燒得到氧化鋁。 因此含硅很低的優(yōu)質(zhì)鋁土礦就采用拜爾法，含硅高，鋁硅比較低的鋁礦石，一般采用燒結(jié)法。長期以來該法由于酸的回收以及設(shè)備問題，未引起人們的高度重視。所得氧化鋁渣再用堿法處理，從中提取氧化鋁，所得硅鐵合金為成品。其氧化鋁生產(chǎn)工藝以較經(jīng)濟(jì)的低溫拜耳法為主 ,僅少數(shù)廠家采用其它方法生產(chǎn)氧化鋁。在產(chǎn)品質(zhì)量上 ,我國目前冶金級氧化鋁產(chǎn)品絕大部分為中間狀氧化鋁 ,不能適應(yīng)和滿足鋁電解工業(yè)的需求。 我國氧化鋁工業(yè)與國外的差距 ① .綜合能耗高、成本偏高。而由于我國鋁土礦大多數(shù) (約 85%)是高鋁、高硅、低鐵的一水硬鋁石型鋁土礦 ,決定了不能采用經(jīng)濟(jì)的拜爾法而只能采用能耗高、成本高的燒結(jié)法和聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁。主要集中在澳大利亞、中國、美國、巴西、牙買家和俄羅斯等國。澳大利亞氧化鋁廠平均每廠產(chǎn)能為 /ａ。個別老廠引進(jìn)了管道化溶出技術(shù)與設(shè)備在一定程 度上提高了溶出的技術(shù)裝備水平 ,但一些老廠仍有一部分采用落后的蒸汽直接加熱的高壓溶出機(jī)組 。在蒸發(fā)上 ,雖然個別廠家采用了先進(jìn)的降膜式蒸發(fā)及強(qiáng)制排鹽技術(shù) ,但多數(shù)氧化鋁廠仍然采用效率低、能耗高的三效自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán) 蒸發(fā)器。從總體水平上看 ,我國氧化鋁工業(yè)的技術(shù)裝備水平與國際先進(jìn)水平相比還有較大差距。目前我國化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)量約占氧化鋁總產(chǎn)量的 5%,低于國外的 10%。另外 ,氧化鋁工業(yè)的粉 塵、廢水、廢氣和生產(chǎn)過程中的噪音處理等問題 ,均應(yīng)引起重視。使主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平 ,主導(dǎo)產(chǎn)品具 有國際競爭力。今后需跟蹤國外的先進(jìn)水平 ,不斷引進(jìn)和消化國外氧化鋁行業(yè)成熟的、自動化程度高的大型設(shè)備。其主要缺點為 :細(xì)粉中α Ａｌ 2Ｏ 3 含量大 ,比表面積小 ,在電解質(zhì)中溶解速度慢 ,在電解生產(chǎn)中容易產(chǎn)生沉淀。由于大型中間下料預(yù)焙槽發(fā)展的需要 ,當(dāng)前世界上絕大多數(shù)的氧化鋁廠都生產(chǎn)砂狀氧化鋁。到 20xx 年 ,實現(xiàn)氧化鋁產(chǎn)品全部為優(yōu)質(zhì)砂狀氧化鋁 ,化學(xué)品氧化鋁量占氧化鋁總量的 10%左右。因此 ,應(yīng)以企業(yè)的挖潛改造 ,擴(kuò)大產(chǎn)能為主 ,積極穩(wěn)妥地發(fā)展氧化鋁工業(yè) ,滿足國民 經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。建立鋁土礦資源評價和管理體系。 我國是世界上主要的氧化鋁生產(chǎn)國 ,20xx 年共生產(chǎn)氧化鋁 541 萬噸 ,20xx 年為 590 萬噸 ,20xx年將達(dá)到 660萬噸 ,占世界總產(chǎn)量的十分之一 ,然而 ,我國的鋁土礦資源卻相對貧乏 ,按 20xx 年末我國審定的儲量結(jié)果 ,我國鋁土礦儲量僅為 億噸 ,基礎(chǔ)儲量 5 億噸 ,資源量18 億噸 ,僅占全球儲量的 %。 盡管我國生產(chǎn)的氧化鋁總量占有世界市場的 %,但由于我國氧化鋁工業(yè)普遍采用的是燒結(jié)法或混聯(lián)法生產(chǎn)工藝 ,流程復(fù)雜 ,能耗、成本高 ,資源利用率低 ,僅為 30%左右 ,與世界先進(jìn)水平相差十個百分點。水據(jù)統(tǒng)計每生產(chǎn) 1噸氧化鋁需耗新水 11噸 ,20xx年因生產(chǎn)氧化鋁全國共消耗新水 5951萬噸 ,20xx年將達(dá)到 7480萬噸 。國內(nèi)對氧化鋁的強(qiáng)烈需求促使我國氧化鋁規(guī)模和技術(shù)水平不斷提高。要在近年內(nèi)保護(hù)我國有限的優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源 ,加緊勘探、開發(fā)新的優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源 ,研究利用國外鋁資源 ,實施我國新的氧化鋁工業(yè)資源戰(zhàn)略的同時 ,加快開 發(fā)應(yīng)用我國中低品位鋁土礦生產(chǎn)砂狀氧化鋁的高效低耗新工藝 ,才能實現(xiàn)我國氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。按照系統(tǒng)節(jié)能理論的分析 ,為大幅度降低生產(chǎn)能耗 ,最重要的是降低高耗能 工序在整個生產(chǎn)系統(tǒng)中的比例 。 在現(xiàn)有的聯(lián)合法中 ,鋁土礦品位的下降必然導(dǎo)致燒結(jié)法比例的增大 ,造成能耗和成本的增高。它由碳質(zhì)頁巖、碳質(zhì)砂巖、砂巖、頁巖、粘土等巖石組成，矸石的礦物成分主要是高嶺土、石英、蒙脫石、長石、伊利石、石灰石、硫化鐵、氧化鋁等。 由于煤矸石不含碳或含碳量低，不能燃燒或難以燃燒，因此成為煤炭生產(chǎn)過程中的固體廢棄物。在煤炭洗選過程中，煤矸石約占精煤產(chǎn)量的 30%，每年排放量約 億噸。由于自然降水，使煤矸石中富含的鹽類經(jīng)淋濾、溶解在雨水中滲入到地下，造成矸石山周圍的地下水污染。 70 年代，匈牙利的塔爾杜在引進(jìn)了波蘭的專利后，消化、吸收研究格日麥克 —— 塔 爾杜的干法煅燒工藝也取得了專利，波蘭利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁及其殘渣生產(chǎn)水泥，也采用石灰石煅燒法。 美國采用 Ames 石灰燒結(jié)法，按年耗用粉煤灰（含 32??? 20%） 30 萬噸。其硅鈣殘渣則作水泥原料的工藝路線，于 1982 年 3月通過專家鑒定。 此外，河 南省平頂出市第一建材廠利用粉煤灰冶煉鋁合金等取得成功。但是大部分處于實驗室研究，只有在甘肅、山東、山西等地采用硫酸加壓法從煤系高嶺 石中提取氧化鋁制備硫酸鋁，生產(chǎn)規(guī)模在數(shù)千到萬噸，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 2ＳｉＯ 2前三中方法文獻(xiàn)報道的多是煤系高嶺巖為原料（此種原料中氧化鋁含量可以高達(dá)36%40%），第四種方法是煤矸石發(fā)電后利用粉煤灰作原料的堿石灰燒結(jié)法工藝（拜耳法的變種）。 另有 申請?zhí)?91110937， 發(fā)明名稱 用煤矸石生產(chǎn)硫酸鋁的方法 該法的氧化鋁提取率在 5060%，且對優(yōu)質(zhì)煤矸石 煤系高嶺石即含碳、鐵很低，而氧化鋁含量較高（一般大于 38%）的煤矸石較好，對其他儲量最大的劣質(zhì)煤矸石來講，該法與上述方法差異不大；由于優(yōu)質(zhì)煤矸石 煤系高嶺石資源十分有限，加之將其高溫煅燒后改性處理即可作為工業(yè)填料利用，因此該法的競爭力不強(qiáng)。石灰燒結(jié)法要求原料中的 Al/Si4,當(dāng)原料中的 SiO2含量較低時 ,Al2O3實際溶出率與理論溶出率相符 ,但當(dāng)原料中的 SiO2含量較高時 ,Al2O3實際溶出率比理論溶出率低較多 ,且隨原料 SiO2 含量增高 ,Al2O3 溶出率更加降低。 大量文獻(xiàn)報道以及我們的研究表明，該法還存在一個很大缺陷：即對原料矸石中鐵含量要求較高 ，一般要低于 時氧化鋁提取鋁才能達(dá)到 80%左右，否則提取率在 2550%之間。預(yù)脫硅處理將高嶺巖的氧化鋁 提取率提高了近一倍。 該法的缺點是 ：活化氧化鋁要使用大量的石灰石、純堿，致使高溫活化這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)工藝難以控制，耗能高，設(shè)備投資大，且對原料矸石中鐵含量有較高要求，因此使工藝溫定性降低，生產(chǎn)的風(fēng)險加大，目前仍處在小試階段。 是一種 變廢為寶、符合可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)政策 的新技術(shù)路線 。 該法從技術(shù)上分析沒有獨特之處，只是采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的模式對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行集合、綜合，并在一個園區(qū)內(nèi)統(tǒng)籌考慮，生產(chǎn)要素的優(yōu)化較好，技術(shù)路線的外部優(yōu)勢明顯，因而有很強(qiáng)競爭力。該法是堿熔－水解－碳化－苛化及相應(yīng)的酸溶、堿溶工藝 的綜合 ， 可以 得到氫氧化鋁和硅酸，由此延伸開發(fā)種類規(guī)格靈活敏多的鋁鹽和硅酸鹽 。有些地區(qū)如內(nèi)蒙古、山東、河北、山西、寧夏等地有一定量的高氧化鋁矸石。 目前許多國家都投入力量進(jìn)行煤矸石再生資源的綜合利用開發(fā)。國內(nèi)煤矸石綜合利用開發(fā)早已引 起有關(guān)部門的高度重視 ,并不斷投入資金和低息貸款進(jìn)行扶持。多聯(lián)產(chǎn)提取氧化鋁的研究才開始。其中原因主要是： 21 世紀(jì)之前，文獻(xiàn)報道國外如波蘭、美國等國家曾在 6070 年代分別申請了石灰 純堿法、混鹽法的專利，并且有年產(chǎn) 12 萬噸的規(guī)?；a(chǎn)裝置。在這種背景下，煤矸石為原料提取氧化鋁的路線必然是一種有價值的選擇。全世界每年需求在 500 萬噸以上化學(xué)品氧化鋁，而我國還需大量進(jìn)口。 氧化鋁的未來競爭力 20xx 年中國電解鋁產(chǎn)量達(dá)到 440 萬噸 ,消耗 880 萬噸氧化鋁 ,加上非冶金消耗的 萬噸氧化鋁 ,總體來說 ,消耗氧化鋁共計 萬噸。 據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù) ,20xx 年 16 月份 ,我國氧化鋁產(chǎn)量為 萬噸 ,比 20xx 年同期增加了 %, 進(jìn)口氧化鋁 285 萬噸 ,比 20xx 年同期增加了 29 萬噸 ,同比增長 %. 20xx 年 ,國內(nèi)冶金級氧化鋁的需求量約為 1240 萬噸 ,中鋁公司氧化鋁產(chǎn)量上升了 %,達(dá)到 650萬噸 .由此可見 ,國內(nèi)需進(jìn)口氧化鋁約為 590萬噸 ,預(yù)計 20xx年中鋁公司氧化鋁產(chǎn)量可提高 23%,達(dá)到 800 萬噸 ,以彌補(bǔ)氧化鋁缺口 . 山東鋁業(yè)日前公告 ,根據(jù)國內(nèi)外氧化鋁市場需求和價格情況 ,將主導(dǎo)產(chǎn)品冶金級氧化鋁出廠價格由 3930 元 /噸上調(diào)為 4130 元 /噸 (含稅 ),幅度為 %。此其時進(jìn)口氧化鋁到岸價已升至 400 美元 /噸以上。鋁價與年初相比漲幅達(dá) %。 預(yù)計未來兩年受制于實際有效產(chǎn)能的增長 ,全球氧化鋁市場的供應(yīng)短缺將十分明顯 ,國內(nèi)供應(yīng)短缺也將加劇 ,未來氧化鋁價格將繼續(xù)高位運行 ,不排除繼續(xù)上漲的可能 。 鋁鹽的 未來競爭 力 傳統(tǒng)上，多數(shù)氫氧化鋁、氧化鋁均采用鋁土礦堿法生產(chǎn) ,要求有較高的鋁硅比。開展煤矸石制備鋁鹽、水合氧化鋁及氧化鋁的開發(fā)研究 ,不僅可以擴(kuò)展煤矸石的綜合利用途徑 ,也可為鋁業(yè)生產(chǎn)開拓一條取之不盡、用之不竭的礦物資源。特種二氧化硅中其他的品種如硅膠、熔融二氧化硅等產(chǎn)品市場有望以年均 %的速度增長 ,到 20xx 年的市場份額將達(dá)到 億美元。我國非金屬礦資源非常豐富 ,但目前在眾多非金屬礦的開發(fā)利用過程中 ,有很多 資源都是被加工成附加值低的初級產(chǎn)品 ,資源未被很好利用。 根據(jù)市場研究公司預(yù)測 ,美國特種二氧化硅的銷售額在逐年增加 ,到 20xx年銷售額可達(dá) 13 億美元。 超細(xì)二氧化硅是一種市場前景好的功能材料，廣泛應(yīng)用于橡膠、涂料、電子信息、功能化纖、新型塑料、樹脂復(fù)合材料，彩色噴墨打印紙、高級陶瓷和特種耐火材料以及醫(yī)藥、農(nóng)藥、精細(xì)化工等領(lǐng)域。最后，該技術(shù)模式、經(jīng)驗對我國及其它國家類似地區(qū)的生態(tài)綜合治理和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也具有參考和借鑒價值。 2. 整個工藝路線采用閉合循環(huán)，基本符合綠色化要求。因此，具備了聯(lián)合開展課題攻關(guān)的基礎(chǔ)條件。其 酸溶提取法 主要技術(shù)特點和創(chuàng)新點如下： （ 1） 采用循環(huán)活化酸浸新技術(shù) ,開發(fā)了以煤矸石（高炭）為原料制取鋁鹽和水玻璃的新工藝。其氧化鋁提取率大于 90%，氧化硅提取率大于 90%，炭分不被燃燒而最后 100%回收。 （ 2） 該新工藝對煤系高嶺石中 鋁、硅元素得到高效分離提取。 （ 2） 獲得優(yōu)質(zhì)鋁鹽、硅酸鹽的配套工藝及其設(shè)備。 在過去的幾十年中，國內(nèi)外已經(jīng)積累了大量的科技信息和技術(shù)成果，這些研究成果雖然還未解決本項目所涉及的科技問題，但其中有不少的科學(xué)原理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實用技術(shù)是可以借鑒和采用的。 （ 2）將市場需求與技術(shù)開發(fā)相結(jié)合，組織多學(xué)科、多層次聯(lián)合攻關(guān)，進(jìn)行縱向與橫向協(xié)作，從現(xiàn)有技術(shù)的消化、引進(jìn)、組裝及集成，到新的實用技術(shù)的開發(fā)集成與應(yīng)用，形成一個有機(jī)的整體，研究我區(qū)煤矸石資源合理利用的關(guān)鍵技術(shù)，力求技術(shù)成果的先進(jìn)性與實用性結(jié)合。該自主知識產(chǎn)權(quán)將作為核心技術(shù)為成果產(chǎn)業(yè)化提供科技支撐和技術(shù)保障。作為區(qū)級重大 科技攻關(guān)課題，為做到人才、技術(shù)、資金高度集成，科技、工程和產(chǎn)業(yè)的密切結(jié)合，工程化與示范化、研究與推廣同步進(jìn)行，必須建立課題組織管理機(jī)構(gòu)，做到分層管理、各負(fù)其責(zé)、有章可循。 (4)成立由區(qū)內(nèi)外知名專家組成的課題專家顧問組和實施方案的技術(shù)審