【正文】 。 寧夏煤矸石增援累計(jì)在數(shù)億噸,而且寧夏還是消耗氧化鋁(電解鋁).銨明礬(造紙).氧化硅(),本研究的技術(shù)對(duì)于發(fā)展寧夏材料相關(guān)產(chǎn)業(yè),保護(hù)生態(tài)環(huán)境,實(shí)施循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟(jì)具有十分重要的意義,進(jìn)一步應(yīng)用推廣的前景十分廣闊.本課題的推廣和應(yīng)用可獲得大于億元的直接或間接經(jīng)濟(jì)效益。其化學(xué)成份比較穩(wěn)定,雜質(zhì)較少,是我國獨(dú)特的高嶺土資源,.實(shí)驗(yàn)證明,采用本研究的工藝,利用煤矸石生粉生產(chǎn)鋁鹽以及回收氧化硅\%～30%,然而,煤矸石價(jià)格卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋁礬土,且能獲得多個(gè)產(chǎn)品,可以實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn),這正是循環(huán)經(jīng)濟(jì)所呼喚的產(chǎn)業(yè)模式。我國煤矸石資源分布廣,幾乎遍布所有省份和各個(gè)地區(qū),年產(chǎn)出量約130Mt,累積堆存量已近2Gt。鋁礬土資源的貧乏及分布不均衡不僅影響了煉鋁工業(yè)的合理發(fā)展,而且也導(dǎo)致了鋁鹽生產(chǎn)廠的不合理布局。整個(gè)工藝路線采用閉合循環(huán)，工藝耗能低，三費(fèi)排放基本為零，屬于綠色化學(xué)要求，因此非常符合發(fā)展煤矸石循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求；符合國家新的產(chǎn)業(yè)政策。根據(jù)市場(chǎng)需求容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多元化，并形成產(chǎn)業(yè)鏈。該項(xiàng)目具有工藝過程易控制、操作簡(jiǎn)結(jié)、一次性投資較少的特點(diǎn)，因而成果轉(zhuǎn)化后，比較容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，且投資回收期較短。其次，項(xiàng)目的市場(chǎng)需求性強(qiáng)。綜合效益顯著，具有廣闊的推廣和應(yīng)用前景。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，通過中試最終實(shí)現(xiàn)在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化中推廣應(yīng)用。 項(xiàng)目具備了通過公開招投標(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)。(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。(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。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。開發(fā)成果歸合作單位共享。 課題已經(jīng)申報(bào)2項(xiàng)發(fā)明專利。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。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)。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。（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)。（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） 煤矸石中鋁、硅及炭份高效提取分離的技術(shù)工藝。其氧化鋁提取率大于90%，氧化硅提取率大于90%。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。（4） 該法對(duì)煤矸石原料沒有特殊要求，對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)煤系高嶺石提取率更高，可以達(dá)92%以上。（3） 該法鋁、硅元素及炭份得到高效分離提取。該工藝基本無三廢，為新型綠色化工藝。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(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。同時(shí)，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。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。 3. 該工藝耗能低，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多元化。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。三、項(xiàng)目的基礎(chǔ)條件：與項(xiàng)目相關(guān)的前期工作情況，現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)和工作基礎(chǔ)，包括前期所取得的成果或技術(shù)（工藝）情況，國內(nèi)外在該技術(shù)領(lǐng)域的專利情況，相關(guān)領(lǐng)域的試驗(yàn)及示范基地建設(shè)情況，研究開發(fā)隊(duì)伍和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合等情況 前期工作情況 2004年初，我們開始了利用寧夏煤矸石提取氧化鋁的科技攻關(guān)研究，. 根據(jù)文獻(xiàn)檢索及查新，并進(jìn)行了小試,前景廣闊。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。 此項(xiàng)攻關(guān)研究緊密結(jié)合寧夏社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體目標(biāo)，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(biāo)”提供科技支撐。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。促使增加的因素主要是高性能輪胎和工業(yè)橡膠制品對(duì)二氧化硅的使用量在不斷增加。ｎＨ2Ｏ,是一種重要的無機(jī)化工產(chǎn)品,具有耐高溫、不燃燒、高電絕緣性、多孔性、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。充分開發(fā)利用這些資源,提高資源利用率及經(jīng)濟(jì)價(jià)值,減少環(huán)境污染,對(duì)這些資源進(jìn)行深加工是其有效途徑之一。因此,世界各國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?！滋己诘男枨筅厔?shì)白炭黑從上世紀(jì)40年代投入工業(yè)化生產(chǎn)以來,經(jīng)過近60年的應(yīng)用和研究,已成為橡膠、塑料、造紙、農(nóng)業(yè)、染料、化妝品、牙膏、涂料、油墨等十幾個(gè)領(lǐng)域不可缺少的助劑。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),。 據(jù)美國知名咨詢公司Ｆｒｅｅｄｏｎｉａ集團(tuán)最新的一份研究報(bào)告指出,%的速度快速增長(zhǎng),到2008年該市場(chǎng)的份額將達(dá)到15億美元。隨著鋁土礦的長(zhǎng)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。我國鋁土礦主要分布在山西、河南、貴州、廣西等省。因此國內(nèi)化學(xué)品氧化鋁的市場(chǎng)需求缺口也比較大。在氧化鋁總產(chǎn)能中，世界10%左右為化學(xué)品氧化鋁，其價(jià)格是冶煉氧化鋁的410倍。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。盡管國產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)能和產(chǎn)量逐年增長(zhǎng),仍遠(yuǎn)不能滿足電解鋁生產(chǎn)的需要,每年需大量進(jìn)口氧化鋁。2003年,氧化鋁價(jià)格由年初的1830元/噸,上漲到年底的3700元/噸,%。據(jù)悉,山東鋁業(yè)氧化鋁價(jià)格的變動(dòng),是在母公司中國鋁業(yè)系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)一進(jìn)行的。山東鋁業(yè)曾在2004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),%。這已是公司在一個(gè)月之內(nèi)第二次上調(diào)冶金級(jí)氧化鋁價(jià)格。中國氧化鋁的產(chǎn)量長(zhǎng)期不能滿足國內(nèi)市場(chǎng)的需求,每年都要大量進(jìn)口來補(bǔ)充,2000年進(jìn)口188萬噸,2001年進(jìn)口334萬噸,2002年進(jìn)口457萬噸,占國內(nèi)市場(chǎng)的比例分別為:30%、41%、45%。,預(yù)計(jì)全年產(chǎn)量在520萬噸左右,需要的氧化鋁應(yīng)達(dá)1040萬噸,而非冶金用氧化鋁繼續(xù)按去年的水平計(jì)算,。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。若對(duì)煤矸石經(jīng)化學(xué)處理，可利用有效鋁、硅元素，生產(chǎn)鋁系列產(chǎn)品和硅系列產(chǎn)品如硫酸鋁、氧化鋁以及水玻璃、白炭黑等，均具有廣闊的市場(chǎng)?？梢酝ㄟ^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。 （行業(yè)情況分析） 目前煤矸石的主要化學(xué)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)。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(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年而無走低的趨勢(shì)。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(bào)道，80年代中期以后相繼有一些專利申請(qǐng)。此外，提取氧化鋁研究了幾十年，除電鋁水泥法2004年進(jìn)行了中試并計(jì)劃投資20億建廠外外，其余工藝在國內(nèi)未見規(guī)模化試驗(yàn)的報(bào)道。近年來國內(nèi)某專業(yè)機(jī)構(gòu)研制的自燃煤矸石超細(xì)粉，能以不同比例取代水泥、石灰用于各種建筑工程。主要可以用來生產(chǎn)氯化鋁、聚合氯化鋁及白炭黑等化工產(chǎn)品。國內(nèi)煤矸石綜合利用的成功經(jīng)驗(yàn)很多,尤其是煤矸石發(fā)電的技術(shù)和設(shè)備已成系列化,煤矸石制建材也已從單純用煤矸石制磚的基礎(chǔ)上向更廣闊的建材領(lǐng)域發(fā)展。(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。研究方向主要有:(1)利用煤矸石加工建材?？傊?1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。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(chǔ)量少。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。 該法是幾種方法的綜合，技術(shù)復(fù)雜，尚未見大規(guī)模生產(chǎn)的報(bào)道。⑤利用煤矸石生產(chǎn)鋁鹽和硅酸鹽的綜合工藝方法中國專利（申請(qǐng)?zhí)?0112070）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。但是不足之處在于：技術(shù)工藝的能耗高、工藝不易控制等技術(shù)問題并沒有根本解決，同時(shí)項(xiàng)目的設(shè)備投資大，即固定資產(chǎn)投資很大，一般企業(yè)難以承受，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)明顯增大。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)距短且來源充足，電價(jià)便宜等外部?jī)?yōu)勢(shì)）。 具我們的實(shí)地考察，該專利于2004年6月完成了中試并通過了鑒定。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。④．煤矸石發(fā)電后利用粉煤灰作原料的堿石灰燒結(jié)法工藝內(nèi)蒙古蒙西高新技術(shù)集團(tuán)有限公司2002年提出了申請(qǐng)?zhí)枮?2116060，發(fā)明名稱為“綜合利用煤矸石聯(lián)產(chǎn)電、鋁、水泥生產(chǎn)工藝”，該專利的基本內(nèi)容是： 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。[薛茹君，從煤系高嶺巖中提取氧化鋁，第23卷　第4期,4650安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 2003，No4] 在堿石灰石燒結(jié)法中，有文獻(xiàn)報(bào)道氧化鋁活化過程中巧妙地利用Ｃ2Ｓ晶相轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的體積膨脹,造成硅酸二鈣連同其它礦物一起粉化(自粉化),省去了傳統(tǒng)的粉磨工序,可節(jié)省電能,而且化學(xué)粉碎形成的粉末比機(jī)械粉磨的粉末更細(xì),有利于以ＮａＡｌＯ2形式提取鋁組分。預(yù)脫硅處理將高嶺巖的氧化鋁提取率提高了近一倍。使高嶺巖的Al/,滿足了堿石灰燒結(jié)法對(duì)原料Al/Si的要求。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，%左右，否則提取率在2550%之間。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。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(shí),Al2O3實(shí)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(shí),Al2O3實(shí)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。硫化物法類似于拜耳法生產(chǎn)Al2O3,Na2S等能有選擇性地溶解Al2O3,并在很大程度上抑制SiO2的溶解,但該法在碳酸化時(shí)放出H2S,環(huán)境污染較嚴(yán)重,目前此法仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。 另有申請(qǐng)?zhí)?1110937，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)。 如專利號(hào)為94113062，“用煤矸石制備氫氧化鋁工藝”該法的氧化鋁提取鋁一般較低，在2040%，且對(duì)不同地區(qū)的煤矸石而言提取率差別很大。前三中方法文獻(xiàn)報(bào)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）。為從煤矸石中提取氧化鋁,需將煤矸石進(jìn)行礦物改性處理,使高嶺石中的氧化鋁成為活性氧化鋁是常用的方法