【正文】 相應的酸溶、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 。 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 。預脫硅處理將高嶺巖的氧化鋁 提取率提高了近一倍。石灰燒結(jié)法要求原料中的 Al/Si4,當原料中的 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。前三中方法文獻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）。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)濟效益。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。 70年代，匈牙利的塔爾杜在引進了波蘭的專利后，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。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。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。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 。國內(nèi)對氧化鋁的強烈需求促使我國氧化鋁規(guī)模和技術(shù)水平不斷提高。 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 ,流程復雜 ,能耗、成本高 ,資源利用率低 ,僅為 30%左右 ,與世界先進水平相差十個百分點。建立鋁土礦資源評價和管理體系。到 2020年 ,實現(xiàn)氧化鋁產(chǎn)品全部為優(yōu)質(zhì)砂狀氧化鋁 ,化學品氧化鋁量占氧化鋁總量的 10%左右。其主要缺點為 :細粉中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。使主要技術(shù)經(jīng)濟指標達到國際先進水平 ,主導產(chǎn)品具有國際競爭力。目前我國化學品氧化鋁生產(chǎn)量約占氧化鋁總產(chǎn)量的 5%,低于國外的 10%。在蒸發(fā)上 ,雖然個別廠家采用了先進的降膜式蒸發(fā)及強制排鹽技術(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)和強制循環(huán)蒸發(fā)器。澳 大利亞氧化鋁廠平均每廠產(chǎn)能為 /ａ。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。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 ,不能適應和滿足鋁電解工業(yè)的需求。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。 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。 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。 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)機經(jīng)濟的 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。 無機鋁鹽、硅酸鹽是用途十分廣闊的化工原材料。 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 100萬噸，目前產(chǎn)能為 40萬噸左右，需氧化鋁約 80萬噸。 （ 3）對推進實施我區(qū)乃至乃我國循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義 進入新世紀，國家發(fā)展改革委力推循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。具專家分析，傳統(tǒng)鋁土礦的資源保證程度不足 10 年。能源資源的科學開發(fā)已成為全球關(guān)注的熱點之一。 煤矸石提取氧化鋁的生態(tài)化利用技術(shù) 項 目 建 議 書 項目提要 本課題 緊密結(jié)合寧夏社會經(jīng)濟發(fā)展的主體目標，為自治區(qū)黨委和政府提出的“生態(tài)環(huán)境改善與持續(xù)發(fā)展的‘雙贏’目標”提供科技支撐。煤炭工業(yè)一直是我國的基礎(chǔ)性、支柱性產(chǎn)業(yè)，但是由于歷史的原因，重開采，輕綜合利用等使老煤炭礦 區(qū)面臨著諸多嚴峻問題。目前優(yōu)質(zhì)鋁土礦供需矛盾十分突出 ,礦山均不同程度出現(xiàn)了貧化趨勢 ,特別是河南等地的高鋁礦已瀕臨枯渴 ,眾多用戶爭先采購有限的優(yōu)質(zhì)資源，導致鋁土礦原料價格大幅度上揚。據(jù)介紹， 為了從根本上緩解我國經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的資源約束矛盾和環(huán)境壓力，國家發(fā)展改革委2020 年 8 月提出，從推進節(jié)約降耗、推行清潔生產(chǎn)、開展資源綜合利用、發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)等四個方面加快推動循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，并提出了八項措施。鋁業(yè)是資源轉(zhuǎn)化型為基礎(chǔ)的資源依賴型產(chǎn)業(yè)。以其進行二次或多次加工形成的粉體材料如多品種的氧化鋁、氧化硅等在石油、化工、輕工、塑料與橡膠、造紙、涂料等行業(yè)與領(lǐng)域中用途極廣，市場需求大，成為高成長性產(chǎn)業(yè)，其涉及的生產(chǎn)技術(shù)也呈現(xiàn)出向原料多元化、 技術(shù)系統(tǒng)化、產(chǎn)品系列化的方向發(fā)展。 本項目旨在通過產(chǎn)學研的協(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，以煤矸石資源深度可持續(xù)利用、保護生態(tài)和創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈為指導思想，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)濟模式設計 ）、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。 燒結(jié)法是將礦石、堿粉 、石灰石混合配料，先進行高溫燒結(jié)，使礦石中氧化鋁生成固體鋁酸鈉，三氧化二鐵生成可以水解的鐵酸鈉，而二氧化硅與氧化鈣生成不溶性的原硅酸鈣，再用稀堿液溶出燒結(jié)塊 ——— 熟料，使鋁酸鈉進入溶液與赤泥分離。 為了充分利用礦產(chǎn)資源，綜合兩種方法的優(yōu)點，以提高氧化鋁總回收率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，將兩種方法聯(lián)合起來使用，這樣就產(chǎn)生并聯(lián)法是用拜爾法處理高品位礦，燒結(jié)法處理低品位礦；串聯(lián)法中燒 結(jié)法只處理拜爾法赤泥；將拜爾法赤泥同時配一些低品位礦石可改善大窯的操作，這種將串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)合起來的方法叫做混聯(lián)法。目前電熱法生產(chǎn)氧化鋁還處于研究階段。而國外氧化鋁廠為了滿足現(xiàn)代鋁電解工業(yè)煙氣凈化和大型預焙槽生產(chǎn)的需要 ,均轉(zhuǎn)向生產(chǎn)流動性好、強度高、吸附性強、起塵性差、溶解速度快的砂狀氧化鋁。 國內(nèi)不同生產(chǎn)方法的能耗指標見表 1所示。相比而言 ,我國氧化鋁廠規(guī)模小 ,其調(diào)控市場能力以及抗風險能力較差。對于燒結(jié)法 (包括混聯(lián)法中的燒結(jié)法 ),在熟料燒成技術(shù)上仍然采用能耗高、控制水平落后的濕法進料筒形回轉(zhuǎn)窯 加圓筒冷卻機的工藝技術(shù) 。品種約有100個 ,遠低于國外的 300多個品種。如改混聯(lián)法為串聯(lián)法 ,則可達到節(jié)能、降耗的效果。氧化鋁細粉含量多 ,加料斗中氧化 鋁的容量變化大 ,影響下料量的準確度。 ④挖掘潛力 ,擴大產(chǎn)能 ,滿足電解發(fā)展的需求。 ⑤ 必須以謹慎的態(tài)度 ,冷靜 \客觀地分析和評價各地鋁土礦資源 從確保氧化鋁工業(yè)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的角度科學論證項目發(fā)展規(guī)劃 .合理控制氧化鋁生產(chǎn)規(guī)模。同時 ,污染嚴重 ,產(chǎn)生大量的廢水、廢氣、廢渣等“三廢” ,是名副其實的排污大戶。但是對氧化鋁生產(chǎn)成本至關(guān)重要的鋁土礦資源 ,特別是優(yōu)質(zhì)高品位資源已逐漸減少 ,平均保證程度少于 10 年。提高整體循環(huán)效率和重要工序的產(chǎn)出率 ,降低高耗能工序的單位能耗。不同地區(qū)的矸石由不同種類礦物組成，其含量相差也很懸殊。全國每年矸石排放總量約 億噸，全國現(xiàn)有矸石山 1500余座，累計存量約 34 億噸，占地面積 130000多公頃。如：格羅來維次 水泥廠。安徽省電力局科技處也已完成“從粉煤灰中提取氧化鋁并生產(chǎn) SC2?? 膠凝材料的方法”的實驗室試驗項 目，該成果已于 1989 年 1 月公開，并建立一條年產(chǎn) 1000噸 3)(OHA? 和 5000噸 SC2?? 的中試線。 種技術(shù)路線比較分析 煤矸石中若含有 20%～ 35%的氧化鋁 ,就是制備Ａｌ (ＯＨ )Ａｌ 2Ｏ 3 的很好資源。 ①酸法 即先通過高溫焙燒活化矸石，然后用鹽酸或硫酸等先提取鋁鹽 ,如氯化鋁、硫酸鋁、銨明礬等 ,再將鋁鹽煅燒后可得到氧化鋁 。煤系高嶺巖含 SiO246%,其 Al/Si為 左右 ,不滿足燒結(jié)法對原料的要求 ,煤系高嶺巖直接采用燒結(jié)法提取 Al2O3時 ,由于 SiO2含量高而使得 Al2O3溶出率很低 ,小于 45%。目前此法仍處于實驗室階段。 具我們的實地考察，該專利于 2020年 6月完成了中試并通過了鑒定。 該法是幾種方法的綜合，技術(shù)復雜，尚未見大規(guī)模生產(chǎn)的報道。研究方向主要有 :(1)利用煤矸石加工建材 。 近年來國內(nèi)某專業(yè)機構(gòu)研制的自燃煤矸石超細粉，能以不同比例取代水泥、石灰用于各種建筑工程。 （行業(yè)情況分析） 目前煤矸石的主要化學化工加工方向是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋁鹽，傳統(tǒng)上鋁鹽主要用在造紙、水凈化、鑄造、涂料、醫(yī)藥等行業(yè)。 2020年前 7個月鋁錠產(chǎn)量為 ,預計全年產(chǎn)量在 520萬噸左右 ,需要的氧化鋁應達 1040萬噸 ,而非冶金用氧化鋁繼續(xù)按去年的水平計算 ,那么全年的氧化鋁需求將達到 萬噸。據(jù)悉 ,山東鋁業(yè)氧 化鋁價格的變動 ,是在母公司中國鋁業(yè)系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)一進行的。 在氧化鋁總產(chǎn)能中，世界 10%左右為化學品氧化鋁，其價格是冶煉氧化鋁的 410倍。 據(jù)美國知名咨詢公司Ｆｒｅｅｄｏｎｉａ集團最新的一份研究報告指出 ,今后幾年美國特種二 氧化硅市場需求將以年均 %的速度快速增長 ,到 2020年該市場的份額將達到 15億美元。充分開發(fā)利用這些資源 ,提高資源利用率及經(jīng)濟價值 ,減少環(huán)境污染 ,對這些資源進行深加工是其有效途徑之一。 此項攻關(guān)研究緊密結(jié)合寧夏社會經(jīng)濟發(fā)展的主體目標，為自治區(qū)黨委和政府提出的“生態(tài)環(huán)境改善與持續(xù)發(fā)展的‘雙贏’目標”提供科技支撐。 3. 該工藝耗能低 ，容易實現(xiàn)產(chǎn)品多元化。該工藝基本無三廢，為新型綠色化工藝。其氧化鋁提取率大于90%，氧化硅提取率大于 90%。在前人工作的基礎(chǔ)上，因地制宜地加以改進和創(chuàng)新，再進行選擇和組裝，就有可能形成本項目所需要的技術(shù)，以達到事 半功倍的目的。開發(fā)成果歸合作單位共享。 項目具備了通過公開招投標方式選擇攻關(guān)合作單位的條件，可以進行公開招投標。 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)化學原料的循環(huán)工藝，并與已有生產(chǎn)無機氧化物粉體材料的公知技術(shù)進行合理的組裝配套，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，通過中試最終實現(xiàn)在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化中推廣應用。 組織管理措施 本課題由科技廳組織、協(xié)調(diào)相關(guān)單位進行實施，并對課題實行監(jiān)理及定期檢查和評估。在這方面，將著重于某些技術(shù)的深入研究與實用與開發(fā)。 ： （ 1） 煤矸石中鋁、硅及炭份 高效提取分離的技術(shù)工藝。 （ 3） 該法鋁、硅元素及炭份得到高效分離提取。 本課題組是一個具有較高綜合研究能力的科技人員組成，具有長期開展應用基礎(chǔ)和應用開發(fā)研究的豐富經(jīng)驗；積累了較豐富的項目管理及協(xié)調(diào)經(jīng)驗，鍛煉和成長了一批科研、工程技術(shù)及科研業(yè)務管理復合型人才，具備了進行重大科技攻關(guān)項目的決策指揮、路線設計、技術(shù)指導、組織實施、協(xié)調(diào)管理的經(jīng)驗和能 力。其煤矸石生態(tài)化利用系統(tǒng)技術(shù)、模式和經(jīng)驗，具有廣泛的針對性、先進性和適用性。ｎＨ 2Ｏ ,是一種重要的無機化工產(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 .在橡膠、塑料、農(nóng)藥、油漆、制藥、造紙、瓷器、日用化學品等各個領(lǐng)域有著廣泛用途。而電子工業(yè)對化學機械研磨液需求的增長則會刺激氣相法白炭黑需求的快速增長 ,該市場有望以年均 7%的速度增長 ,到 2020年其市場份額將達到 。因此國內(nèi)化學品氧化鋁的市場需求缺口也比較大。 2020年 ,氧化鋁價格由年初的 1830元 /噸 ,上漲到年底的 3700元 /噸 ,漲幅達 %。中國氧化鋁的產(chǎn)量長期不能滿足國內(nèi) 市場的需求 ,每年都要大量進口來補充 ,2020年進口 188萬噸 ,2020年進口 334萬噸 ,2020年進口 457萬噸 ,占國內(nèi)市場的比例分別為 :30%、41%、 45%?？梢酝ㄟ^一定的工藝進行二次加工得到數(shù)百個氧化鋁粉體材料，該粉體材料廣泛應用與陶瓷、橡膠、塑料、石油催化、耐火材料等領(lǐng)域。 此外，提取氧化鋁研究了幾十年，除電鋁水泥法 2020年進行了中試并計劃投資 20億建廠外外，其余工藝在國內(nèi)未見規(guī)?；囼灥膱蟮?。(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。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。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，配套原料運距短且來源充足，電價便宜等外部優(yōu)勢）。 也有人報道了用高效分散劑碳化法制備超細氫氧化鋁 ,提取率大于 80%。但同時耗能增加，工藝復雜化。由于其要高溫煅燒、提取率低等缺陷，實際生產(chǎn)應用的