【正文】 經(jīng)驗(yàn)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。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 2020年的市場份額將達(dá)到 。鋁價與年初相比漲幅達(dá) %。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。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。 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。 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 80%左右，否則提取率在 2550%之間。 2ＳｉＯ 2 美國采用 Ames石灰燒結(jié)法，按年耗用粉煤灰（含 32??? 20%） 30萬噸。 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。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(shí)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(shí)現(xiàn)我國氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 我國是世界上主要的氧化鋁生產(chǎn)國 ,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 ,我國的鋁土礦資源卻相對貧乏 ,按 2020 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 %。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。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。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 。 我國氧化鋁工業(yè)與國外的差距 ① .綜合能耗高、成本偏 高。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。 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。 寧夏是我國重要煤炭基地，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)價值未被加以利用，因此開展該課題研究已經(jīng)刻不容環(huán)。 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。最后，該技術(shù)模式、經(jīng)驗(yàn)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。 我國氧化鋁工業(yè)的迅猛發(fā)展和我國鋁土礦資源有限的保證程度已形成鮮明的對比 2020 年，電解氧化鋁缺口達(dá) 650 萬噸。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；也是我國資源型城市可持續(xù)發(fā)展的必然要求。 化工利用煤矸石的 配套關(guān)鍵技術(shù)體 系尚是空白； 雖然我國的一些區(qū)域性煤炭固體廢棄物試驗(yàn)和針對性研究對區(qū)域資源利用有參考價值，但長期以來由于缺乏對科技攻關(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、針對性差。 一般來說，拜爾法具有流程簡單，投資較少，產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)成本較低的優(yōu)點(diǎn)。我國鋁土礦儲量約為 23億ｔ ,主要分布在山西、河南、貴州、廣西四省 ,占全國保有儲量的 %,但我國鋁土礦的礦石類型 %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。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 ,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。 ④產(chǎn)品質(zhì)量低、品種少 我國氧化鋁產(chǎn)品除個別廠家生產(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。逐步淘汰目前仍在使用的規(guī)格小、產(chǎn)能低、能耗高、自動化程度低的陳舊設(shè)備。在挖掘潛力 ,擴(kuò)大產(chǎn)能與規(guī)模的同時 ,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。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。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 。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。每噸鋁硅合金售價約 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。 ② 堿法 即用堿性物質(zhì)來提取 Al2O3,常見的有：堿石灰燒結(jié)法和硫化物法。 ③混鹽法 該法對煤矸石中氧化鋁的的提取鋁在 5060%左右，提取率不高，且 硫酸銨 損失較大，綜合成本高于酸法，未見工業(yè)化的報道。但是煤矸石成分因地區(qū)不同而變化較大，高鋁矸石多是人工揀出的，其儲量少。從 60 年代開始，我國也有不少關(guān)于用煤矸石、粉煤灰為原料提取氧化鋁的的研究報道， 80 年代中期以后相繼有一些專利申請。這已是公司在一個月之內(nèi)第二次上調(diào)冶金級氧化鋁價格。我國鋁土礦主要分布在山西、河南、貴州、廣西等省。促使增加的因素主要是高性能輪胎和工業(yè)橡 膠制品對二氧化硅的使用量在不斷增加。 同時，課題組在科技廳高新處的指導(dǎo)下，擬以小試成果為基礎(chǔ)，盡快與企業(yè)進(jìn)行合作，共同承擔(dān)、并實(shí)施該科技攻關(guān)項(xiàng)目。 （ 3） 集成出具有良好經(jīng)濟(jì)效益的綠色化的循環(huán)工藝與技術(shù)。 (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)和對重大問題做出決策，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。 (3)成立課題負(fù)責(zé)人為核心的課題組，將課題分解為 2 個子專題，研究任務(wù)落實(shí)到人，實(shí)行執(zhí)行人對子專題主持人負(fù)責(zé)、子專題負(fù)責(zé)人對課題組長負(fù)責(zé)制的課題管理機(jī)制。 （ 1）收集和集成國內(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)。 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)明專利和取得國外專利 )及知識產(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。隨著鋁土礦的長期開采 ,露采礦石產(chǎn)量及性能將無法滿足日益發(fā)展的鋁業(yè)要求。山東鋁業(yè)曾在 2020年 9月 23日公告 ,冶金級氧化鋁出廠價格已由 3750元 /噸上調(diào)為 3930元 /噸 (含稅 ),幅度為 %。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國的鋁業(yè)迅猛發(fā)展，加上能源緊張等因素以及前述的我國鋁土礦資源的劣勢凸現(xiàn)等，導(dǎo)致氧化鋁原料緊張，其價格飛漲，而且這種局面連續(xù)了近 2年而無走低的趨勢?？傊?，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。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，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、過濾、脫硅、碳分等工序生產(chǎn)氧化鋁；利用生產(chǎn)氧化鋁過程中產(chǎn)生的硅鈣渣為原料生產(chǎn)水泥。 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。 此外，二十世紀(jì) 90年，我國出現(xiàn)了幾個從煤矸石提取氧化鋁的專利報道。 ． 2利用煤矸石提取氧化鋁的國內(nèi)外發(fā)展簡介 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，后又在美國等 10多個國家獲得了專利權(quán)。 利用煤矸石生態(tài)化提取氧化 鋁是 實(shí)施我國新的氧化鋁工業(yè)資源戰(zhàn)略的重要組成部分 ,也是 具有競爭力的新途徑 \新技術(shù)路線 . 煤矸石利用技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢 煤矸石簡稱矸石，是在成煤過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)過程中成為廢棄物。 ⑧實(shí)施我國新的氧化鋁工業(yè)資源戰(zhàn)略是我國氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在 我國氧化鋁工業(yè)的迅猛發(fā)展和我國鋁土礦資源有限的保證程度已形成鮮明的對比。從國內(nèi)、外兩個方面入手來開發(fā)鋁土礦資源 ,首先加大國內(nèi)礦產(chǎn)資源勘探力度 ,有效保護(hù)和合理利用國內(nèi)鋁土礦資源。我國生產(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。我國氧化鋁新品種新材料的開發(fā)工 作也相對滯后 ,其產(chǎn)品較為單一。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。由于受鋁土礦特性的限制 ,我國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、能耗高、生產(chǎn)成本偏高。 燒結(jié)法的優(yōu)點(diǎn)是可以處理品位較低礦石，而且只消耗價格便宜的碳酸鈉，與拜爾法相比，在同樣的條件下 1處理低品位礦時 /，燒結(jié)法的堿耗較低，氧化鋁總回收率較高，但流程復(fù)雜，投資較大，產(chǎn)品氧化鋁質(zhì)量較差，成本較高。 這就促使我們必須 緊緊圍繞提高區(qū)域資源轉(zhuǎn)化的循環(huán)經(jīng)濟(jì)能力為核心，以提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綜合效益為目標(biāo)，堅(jiān)持科學(xué)的發(fā)展觀 ，以科技創(chuàng)新為動力，以科技攻關(guān)解決循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的技術(shù)難點(diǎn)為突破口，以大力推廣適用技術(shù)、創(chuàng)新集成先進(jìn)技術(shù)，提高科技貢獻(xiàn)率為主體內(nèi)容，以開發(fā)先進(jìn)的綠色化學(xué)工藝過程為基礎(chǔ)，為寧夏北部老工業(yè)區(qū)環(huán)境治理及產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展提供強(qiáng)有力的科技支撐，推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)在新世紀(jì)持續(xù)快速發(fā)展。 （ 4）對于寧夏鋁業(yè)發(fā)展有重要意義。按目前的生產(chǎn)需求估算 ,我國每年需消耗的鋁土礦多達(dá) 1000 多萬ｔ ,其中大多是優(yōu)質(zhì)礦或次優(yōu)質(zhì)礦。 項(xiàng)目的關(guān)鍵創(chuàng)新集成技術(shù)可直接服務(wù)于寧夏新材料工業(yè)基地的發(fā)展、寧夏煤化工基地的發(fā)展以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境發(fā)展循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟(jì)；可為我區(qū)鋁加工業(yè)培育原料基地。目前進(jìn)口的優(yōu)質(zhì)鋁土礦（氧化鋁含量 70%）價格在 350 美圓 /噸左右。該產(chǎn)業(yè)所需的主要工業(yè)原料之一氧化鋁近年來出現(xiàn)了供需緊張的局面，價格持續(xù)上漲并且在 4000元 /噸左右堅(jiān)挺。 氧化鋁生產(chǎn)方法簡介 氧化鋁總產(chǎn)量 90%以上用于電解生產(chǎn)鋁，此外還供硅酸鹽、耐火材料、機(jī)械、無線電、冶金工業(yè)、制藥等行業(yè)使用，在國民經(jīng)濟(jì)中有著極大的作用。 ②酸法生產(chǎn)氧化鋁 酸法是用適當(dāng)?shù)臒o機(jī)酸處理礦石，生產(chǎn)相應(yīng)的鋁鹽，礦石中的氧化硅不與酸作用而殘留于渣中；將鋁鹽進(jìn)一步凈化除鐵后，使之分解得到氧化鋁。我國冶金級氧化鋁產(chǎn)品與國外產(chǎn)品相比較 ,差別較大的是平均粒度小、細(xì)粒子含量高、強(qiáng)度差 ,同時硅、鐵含量高。 ③技術(shù)裝備水平落后、勞動生產(chǎn)率低 目前 ,我國氧化鋁工業(yè)裝備水平與國際先進(jìn)水平相比 ,存在著技術(shù)裝備水平落后、自動化程度低的差距。 ⑤環(huán)境保護(hù) 世界各國都極為重視氧化鋁生產(chǎn)中的環(huán)境保護(hù) ,并進(jìn)行了大量的研究工作 ,如赤泥用于 做磚、燒制水泥、各種材料的添加劑和吸收劑、修筑公路、造田等。在操作或運(yùn)送過程中造成飛揚(yáng)損失大。同時 ,注重保持氧化鋁工業(yè)與所在區(qū)域的資源 \能源 \市場需求同步發(fā)展 .也就是說 , 既要考慮新增氧化鋁產(chǎn)能 , 更要考慮已有氧化鋁產(chǎn)能的可持續(xù)發(fā)展 。今后我國氧化鋁工業(yè)的發(fā)展只能建 立在資源量還較充裕的中低品位鋁土礦的基礎(chǔ)上 ,同時還要研究開發(fā)其他含鋁資源如煤矸石等。 我國煤矸石的發(fā)熱量多在 ，其中 ,，高于 。年產(chǎn) 30— 萬噸水泥和 5500噸氫氧化鋁。但目前煤矸石絕大多數(shù)都是用來發(fā)電、生產(chǎn)磚、空心砌塊等建材 ,利用價值較低。故而需要將煤系高嶺巖進(jìn)行預(yù)脫硅處理 ,使其 Al/Si 提高到 4 以上 ,再用燒結(jié)法提取 Al2O3,可以大大提高 Al2O3的提取率。該公司按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，計(jì)劃在園區(qū)內(nèi)建設(shè) 20 萬噸 /年生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)投資約 20 億。(2)利用煤矸石發(fā)電 。而近年來隨著無機(jī)粉體材料的快速發(fā)展，一個開發(fā)方向就是將高純鋁鹽作為材料 前體，生產(chǎn)化學(xué)品氧化鋁。 以冶煉氧化鋁為例：對于未來氧化鋁價格走勢 ,業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為 ,未來需求將繼續(xù)增長 ,國內(nèi)缺口增大 ,而全球氧化鋁產(chǎn)量近兩年增長很小 ,加之海運(yùn)費(fèi)用上漲 ,因此 ,2020 年以前氧化鋁供需緊張的狀況難以改變 ,其價格將維持高位運(yùn)行 ,2020年最高價格突破了 4000元 /噸 ,全年均價估計(jì)在 3700元左右。該報告進(jìn)一步指出 ,高性能輪胎填充物需求的增長將帶動沉淀二氧化硅需求的快速增長 ,作為特種二氧化硅產(chǎn)品中最大的品種 ,沉淀二氧化硅將以年均 %的速度增長 ,到2020 年其市場份額將達(dá) 億美元 。 項(xiàng)目的關(guān)鍵創(chuàng)新集成技術(shù)可直接服務(wù)于寧夏新材料工業(yè)基地 的發(fā)展、寧夏煤化工基地 的發(fā)展以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境發(fā)展循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟(jì)；可為我區(qū)鋁加工業(yè)培育原料基地。 （ 2） 該新工藝即使對高碳 煤矸石 也 不需焙燒，節(jié)省能