【正文】 噸鋁硅合金售價(jià)約 6000元左右，該合金可用作煉鎂還原 劑，使每噸鎂成本降低 1200元以上，可作煉鋼脫氧劑，使每噸鋼成本下降 40 元左右。提取率為 80%，年產(chǎn) 5萬噸氧化鋁和水泥 45萬噸的規(guī)模，還將粉煤灰摻入鋁中，提高鋁的產(chǎn)量，降低 成本增加硬度，改善可加工性及提高耐磨性。煤矸石中所含的黃鐵礦（ FES）易被空氣氧化，放出的熱量可以促使煤矸石中所含煤炭風(fēng)化以至自燃。這些廢棄物在地面堆積，越積越大，就好像一座小山，因此人們形象地將堆積起來的煤矸石叫做“矸石山”。因此 ,開發(fā)應(yīng)用于中低品位鋁土礦及煤矸石等的高效低耗新技術(shù)顯得特別重要和迫切 。 我國(guó)氧 化鋁工業(yè)所采用的主要技術(shù)是聯(lián)合法和燒結(jié)法 ,燒結(jié)法在所有的生產(chǎn)能力中占%,幾乎為一半。煤是氧化鋁生產(chǎn)的主要能源 ,除作為工藝用煤以外 ,還作為燃料為氧化鋁生產(chǎn)提供電力、蒸汽等 ,按 1噸氧化鋁生產(chǎn)需要 噸煤進(jìn)行計(jì)算 ,年需要煤 萬噸。同時(shí) ,由于國(guó)外多為Ａ /Ｓ高的三水鋁石鋁土礦 ,美國(guó)鋁業(yè)公司、加拿大鋁業(yè)公司等采用的是流程簡(jiǎn)單、能耗低的拜耳法生產(chǎn)工藝 ,而我國(guó)的鋁土礦主要為中、低品位的一水硬鋁石鋁土礦 ,采用的生產(chǎn)工藝方法只能是流程復(fù)雜、能耗高、成本高的燒結(jié)法或混聯(lián)法。在挖掘潛力 ,擴(kuò)大產(chǎn)能與規(guī)模的同時(shí) ,亦可以規(guī)模經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)。我們也必須采取措施 ,開發(fā)適合我國(guó)氧化鋁工業(yè)特點(diǎn)的砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術(shù) ,組織生產(chǎn)滿足大型預(yù)焙槽需要的砂狀氧化鋁 ,以適應(yīng)電解鋁廠提高效率 ,改善環(huán)保的要求。逐步淘汰目前仍在使用的規(guī)格小、產(chǎn)能低、能耗高、自動(dòng)化程度低的陳舊設(shè)備。隨著我國(guó)工業(yè)環(huán)境治理要求的提高和氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)能力 的不斷擴(kuò)大 ,如何實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)減污 ,保護(hù)環(huán)境 ,已成為氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展中需優(yōu)先解決的問題之一。 ④產(chǎn)品質(zhì)量低、品種少 我國(guó)氧化鋁產(chǎn)品除個(gè)別廠家生產(chǎn)流程按砂狀氧化鋁設(shè)計(jì)外 ,絕大部分廠家的產(chǎn)品在粒度、安息角、磨損指數(shù)等物理指標(biāo)上與現(xiàn)代鋁電解和干法煙氣凈化的要求有一定差距。赤泥沉降分離和洗滌設(shè) 備還存在規(guī)格小、臺(tái)數(shù)多、產(chǎn)能低、能耗高等問題 。其中澳大利亞依靠其得天獨(dú)厚的鋁土礦資源及諸多其它優(yōu)勢(shì) ,如能源、資金、技術(shù)、管理水平、投資環(huán)境、法制建設(shè)等 ,是目前世界上最大的氧化鋁生產(chǎn)國(guó)。由于我國(guó)鋁土礦大多為高鋁、高硅、低鐵 ,且鋁硅比較低的一水硬鋁石型鋁土礦 ,難以采用低溫拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 ,主要采用技術(shù)條件苛刻、工藝流程復(fù)雜的混聯(lián)法或燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁。我國(guó)鋁土礦儲(chǔ)量約為 23億ｔ ,主要分布在山西、河南、貴州、廣西四省 ,占全國(guó)保有儲(chǔ)量的 %,但我國(guó)鋁土礦的礦石類型 %為高硅、難溶的一水硬鋁石型鋁土礦 ,除廣西礦的鋁硅比為 10左右外 ,其它地區(qū)礦石的鋁硅比都比較低。只有小規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。 一般來說，拜爾法具有流程簡(jiǎn)單，投資較少，產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)成本較低的優(yōu)點(diǎn)。 生產(chǎn)氧化鋁的方法有堿法、酸法、電熱法。 化工利用煤矸石的 配套關(guān)鍵技術(shù)體 系尚是空白； 雖然我國(guó)的一些區(qū)域性煤炭固體廢棄物試驗(yàn)和針對(duì)性研究對(duì)區(qū)域資源利用有參考價(jià)值，但長(zhǎng)期以來由于缺乏對(duì)科技攻關(guān)的有利支持，缺少與產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)分析和綜合集成，缺乏大規(guī)模推廣的機(jī)制和可行性，造成技術(shù)開發(fā)的實(shí)用性、針對(duì)性差。 （ 5）對(duì)于帶動(dòng)相關(guān)材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要意義 寧夏正在實(shí)施以資 源轉(zhuǎn)換為特征的新型工業(yè)化道路。煤炭行業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢棄物資源化、產(chǎn)業(yè)化是推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)領(lǐng)域；也是我國(guó)資源型城市可持續(xù)發(fā)展的必然要求。 本項(xiàng)目所研究的技術(shù)對(duì)西部老煤炭工業(yè)區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的繁榮與穩(wěn)定具有重要意義，可為中央和地方政府決心實(shí)施循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)。 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 2020 年，電解氧化鋁缺口達(dá) 650 萬噸。 本項(xiàng)目旨在通過產(chǎn)學(xué)研的協(xié)作攻關(guān)，以寧夏北部老煤炭工業(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 和區(qū)域工業(yè)可持續(xù)發(fā)展緊密結(jié)合為目標(biāo)，以煤矸石資源深度可持續(xù)利用、保護(hù)生態(tài)和創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈為指導(dǎo)思想，通過 擴(kuò)試或中試 主攻煤矸石資源深度開發(fā) 與利用關(guān)鍵配套技術(shù) （循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式設(shè)計(jì) ）、組裝 集成出 煤矸石中礦物元素產(chǎn)業(yè)化開發(fā)與利用配套技術(shù)， 從而為寧夏乃至中國(guó)類似地區(qū)資源合理利用集成創(chuàng)新出關(guān)鍵配套技術(shù)與示范樣板。最后，該技術(shù)模式、經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)及其它國(guó)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(jià)值。 進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)鋁業(yè)原料供應(yīng)矛盾十分突出。 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(duì)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。其中煤炭行業(yè)資源綜合利用成為關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。 寧夏是我國(guó)重要煤炭基地，煤矸石資源累計(jì)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(jià)值未被加以利用，因此開展該課題研究已經(jīng)刻不容環(huán)。 （ 6）對(duì)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(jí)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(duì)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。 用鋁土礦或其它含鋁原料生產(chǎn)氧化鋁，實(shí)質(zhì)上就是使礦石中的氧化鋁與其它雜質(zhì)分離的過程。洗滌后的氫氧化鋁經(jīng)焙燒得到氧化鋁。長(zhǎng)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。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。 我國(guó)氧化鋁工業(yè)與國(guó)外的差距 ① .綜合能耗高、成本偏 高。主要集中在澳大利亞、中國(guó)、美國(guó)、巴西、牙買家和俄羅斯等國(guó)。個(gè)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 。從總體水平上看 ,我國(guó)氧化鋁工業(yè)的技術(shù)裝備水平與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有較大差距。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。今后需跟蹤國(guó)外的先進(jìn)水平 ,不斷引進(jìn)和消化國(guó)外氧化鋁行業(yè)成熟的、自動(dòng)化程度高的大型設(shè)備。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。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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。 我國(guó)是世界上主要的氧化鋁生產(chǎn)國(guó) ,2020 年共生產(chǎn)氧化鋁 541 萬噸 ,2020 年為 590 萬噸 ,2020年將達(dá)到 660萬噸 ,占世界總產(chǎn)量的十分之一 ,然而 ,我國(guó)的鋁土礦資源卻相對(duì)貧乏 ,按 2020 年末我國(guó)審定的儲(chǔ)量結(jié)果 ,我國(guó)鋁土礦儲(chǔ)量?jī)H為 億噸 ,基礎(chǔ)儲(chǔ)量 5 億噸 ,資源量 18 億噸 ,僅占全球儲(chǔ)量的 %。水據(jù)統(tǒng)計(jì)每生產(chǎn) 1噸氧化鋁需耗新水 11 噸 ,2020 年因生產(chǎn)氧化鋁全國(guó)共消耗新水 5951萬噸 ,2020年將達(dá)到 7480萬噸 。要在近年內(nèi)保護(hù)我國(guó)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(guó)外鋁資源 ,實(shí)施我國(guó)新的氧化鋁工業(yè)資源戰(zhàn)略的同時(shí) ,加快開發(fā)應(yīng)用我國(guó)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(shí)現(xiàn)我國(guó)氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 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。 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。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。 美國(guó)采用 Ames石灰燒結(jié)法，按年耗用粉煤灰（含 32??? 20%） 30萬噸。 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。 2ＳｉＯ 2 另有 申請(qǐng)?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(duì)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(duì)其他儲(chǔ)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(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。 大量文獻(xiàn)報(bào)道以及我們的研究表明，該法還存在一個(gè)很大缺陷：即對(duì)原料矸石中鐵含量要求較高 ，一般要低于 80%左右，否則提取率在 2550%之間。 該法的缺點(diǎn)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(duì)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(xiǎn)加大，目前仍處在小試階段。 該法從技術(shù)上分析沒有獨(dú)特之處，只是采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的模式對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行集合、綜合，并在一個(gè)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?jī)?yōu)勢(shì)明顯，因而有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。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。國(guó)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。其中原因主要是： 21世紀(jì)之前，文獻(xiàn)報(bào)道國(guó)外如波蘭、美國(guó)等國(guó)家曾在 6070年代分別申請(qǐng)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。全世界每年需求在 500萬噸以上化學(xué)品氧化鋁，而我國(guó)還需大量進(jìn)口。 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 285萬噸 ,比 2020年同期增加了 29 萬噸 ,同比增長(zhǎng) %. 2020年 ,國(guó)內(nèi)冶金級(jí)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(guó)內(nèi)需進(jìn)口氧化鋁約為 590萬噸 ,預(yù)計(jì) 2020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(guó)內(nèi)外氧化鋁市場(chǎng)需求和價(jià)格情況 ,將主導(dǎo)產(chǎn)品冶金級(jí)氧化鋁出廠價(jià)格由 3930元 /噸上調(diào)為 4130元 /噸 (含稅 ),幅度為 %。鋁價(jià)與年初相比漲幅達(dá) %。 鋁鹽的 未來競(jìng)爭(zhēng) 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。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(chǎng)有望以年均 %的速度增長(zhǎng) ,到 2020年的市場(chǎng)份額將達(dá)到 。 根據(jù)市場(chǎng)研究公司預(yù)測(cè) ,美國(guó)特種二氧化硅的銷售額在逐年增加 ,到 2020年銷售額可達(dá) 13 億美元。最后，該技術(shù)模式、經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)及其它國(guó)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(jià)值。因此，具備了聯(lián)合開展課題攻關(guān)的基礎(chǔ)條件。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） 獲得優(yōu)質(zhì)鋁鹽、硅酸鹽的配套工藝及其設(shè)備。 （ 2）將市場(chǎng)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(shí)用技術(shù)的開發(fā)集成與應(yīng)用，形成一個(gè)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(shí)用性結(jié)合。作為區(qū)級(jí)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。試驗(yàn)示范為生態(tài)化利用煤矸石提供有效的技術(shù)體系、示范樣板和治理模式。 (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(shí)施方案的技術(shù)審定和指導(dǎo)。該自主知識(shí)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。 在過去的幾十年中，國(guó)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(xiàng)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(shí)用技術(shù)是可以借鑒和采用的。 （ 2） 該新工藝對(duì)煤系高嶺石中 鋁、硅元素得到高效分離提取。其 酸溶提取法 主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)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。 2. 整個(gè)工藝路線采用閉合循環(huán)，基本符合綠色化要求。 超細(xì)二氧化硅是一種市場(chǎng)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(jí)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。我國(guó)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(jí)產(chǎn)品 ,資源未被很好利用。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。 預(yù)計(jì)未來兩年受制于實(shí)際有效產(chǎn)能的增長(zhǎng) ,全球氧化鋁市場(chǎng)的供應(yīng)短缺將十分明顯 ,國(guó)內(nèi)供應(yīng)短缺也將加劇 ,未來氧化鋁價(jià)格將繼續(xù)高位運(yùn)行 ,不排除繼續(xù)上漲的可能 。此其時(shí)進(jìn)口氧化鋁到岸價(jià)已升至 400 美元 /噸以上。 氧化鋁的未來競(jìng)爭(zhēng)力 2020 年中國(guó)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(jì) 萬噸。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(jià)值的選擇。多聯(lián)產(chǎn)提取氧化鋁的研究才開始。 目前許多國(guó)家都投入力量進(jìn)行煤矸石再生資源的綜合利用開發(fā)。該法是堿熔－水解－碳化－苛化及