【正文】 存量約 34 億噸，占地面積 130000 多公頃。在煤炭生產過程中 ，煤矸石排放量約占煤炭產量的 10%，每年排放量約為 1 億噸左右。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”。各地煤矸石的熱值差別很大。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。 利用煤矸石生態(tài)化提取氧化鋁是 實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 \新技術路線 . 煤矸石利用技術現(xiàn)狀與趨勢 煤矸石及其危害 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、堅硬的黑色巖石，在煤炭生產過程中成為廢棄物。因此 ,開發(fā)應用于中低品位鋁土礦及煤矸石等的高效低耗新技術顯 得特別重要和迫切 。強化燒結法、 間接加熱強化拜耳溶出、降膜蒸發(fā)、懸浮焙燒等技術的開發(fā)應用 都是提高循環(huán)效率和工序產出率 ,降低高耗能工序單位能耗的最關鍵的技術。提高整體循環(huán)效率和重要工序的產出率 ,降低高耗能工序的單位能耗。 我國氧化鋁廠最主要的耗能工序是 :燒結法燒成、蒸發(fā)、拜耳法溶出和燒結法脫硅 。 我國氧化鋁工業(yè)所采用的主要技術是聯(lián)合法和燒結法 ,燒結法在所有的生產能力中占%,幾乎為一半。從鋁行業(yè)角度看 ,當前 ,擺在我國氧化鋁科技界面前最重要的任務是 :盡快開發(fā)相應的先進適用的生產技術 ,以有競爭力的成本從中低品位一水硬鋁石礦生產出滿足我國電解鋁工業(yè)要求的高質量砂狀氧化鋁。但是對氧化鋁生產成本 至關重要的鋁土礦資源 ,特別是優(yōu)質高品位資源已逐漸減少 ,平均保證程度少于 10 年。 ⑧實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。煤是氧化鋁生產的主要能源 ,除作為工藝用煤以外 ,還作為燃料為氧化鋁生產提供電力、蒸汽等 ,按 1 噸氧化鋁生 產需要 噸煤進行計算 ,年需要煤 萬噸。石灰石按生產 1噸氧化鋁消耗 噸石灰石進行計算 ,20xx 年共消耗石灰石 萬噸 ,20xx 年將最少消耗石灰石 816萬噸 。同時 ,污染嚴重 ,產生大量的廢水、廢氣、廢渣等“三廢” ,是名副其實的排污大戶。 積極采用新工藝新技術節(jié) 省資源、能源 ,減少或防止污染物排放 ,改善作業(yè)環(huán)境 ,保護員工生命與健康 ,實現(xiàn)“經濟效益、環(huán)境效益、社會效益”三個目標 ,創(chuàng)造良好的企業(yè)形象 ,提高企業(yè)的生存力和競爭力。同時 ,由于國外多為Ａ /Ｓ高的三水鋁石鋁土礦 ,美國鋁業(yè)公司、加拿大鋁業(yè)公司等采用的是流程簡單、能耗低的拜耳法生產工藝 ,而我國的鋁土礦主要為中、低品位的一水硬鋁石鋁土礦 ,采用的生產工藝方法只能是流程復雜、能耗高、成本高的燒結法或混聯(lián)法。既要考慮如何獲取充足的優(yōu)質資源和能源 ,更要考慮市場的需求能力 .考慮環(huán)境影響 .交通運輸保障 .地方經濟協(xié)調發(fā)展等諸多因素 . ⑥必須大力發(fā)展氧化鋁清潔生產工藝 氧化鋁是我國的基礎產業(yè)之一 ,是“ 10 種有色金屬”之首 ——— 鋁的原材料 ,同時應用于化工、制藥、陶器及建筑材料行業(yè) ,直接關系到國計民生的可持續(xù)發(fā)展。 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規(guī)模。從國內、外兩個方面入手來開發(fā)鋁土礦資源 ,首先加大國內礦產資源勘探力度 ,有效保護和合理利用國內鋁土礦資源。在挖掘潛力 ,擴大產能與規(guī)模的同時 ,亦可以規(guī)模經濟實現(xiàn)企業(yè)經濟效益的增長。若要使我國氧化鋁增長速度與國民經濟發(fā)展水平和鋁消費增長速度相適應 ,僅依靠新建氧化鋁廠是不現(xiàn)實 ,也是不可能的。 ④挖掘潛力 ,擴大產能 ,滿足電解發(fā)展的需求。根據(jù)我國鋁土礦資源的有機物含量低 ,采用燒結法能夠生產白度較高的氧化鋁產品的特點 ,大力發(fā)展化學品氧化鋁 ,調整產品結構。我們也必須采取措施 ,開發(fā)適合我國氧化鋁工業(yè)特點的砂狀氧化鋁生產技術 ,組織生產滿足大型預焙槽需要的砂狀氧化鋁 ,以適應電解鋁廠提高效率 ,改善環(huán)保的要求。細粉含量大 ,流動性能差 ,尤其是載氟后的氧化鋁 ,會在運送過程中造成困難。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。我國生產的氧化鋁多為中間狀氧化鋁 ,大多數(shù)生產廠家氧化鋁產品中顆粒大于 45μｍ達到 40%以上 ,且破損系數(shù)也較大。逐步淘汰目前仍在使用的規(guī)格小、產能低、能耗高、自動化程度低的陳舊設備。我國氧化鋁工業(yè)已引進若干高效節(jié)能的設備 ,如間接加熱高壓溶出器、高效沉降槽、平盤過濾機、氫氧化鋁沸騰焙燒爐等。如改混聯(lián)法為串聯(lián)法 ,則可達到節(jié)能、降耗的效果。 我國氧化鋁工業(yè)發(fā)展未來趨勢 ① 圍繞技術、產品、資 (能 )源和環(huán)境 ,進行產業(yè)技術集成、開發(fā) ,加強原創(chuàng)性技術創(chuàng)新 ,形成自主的核心技術和戰(zhàn)略技術。隨著我國工業(yè)環(huán)境治理要求的提高和氧化鋁工業(yè)生產能力的不斷擴大 ,如何實現(xiàn)增產減污 ,保護環(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。我國氧化鋁工業(yè)產出的赤泥目前大部分采用堆存的方法 ,僅少數(shù)企業(yè)用部分赤泥作為燒制水泥的原料。品種約有100 個 ,遠低于國外的 300 多個品種。我國氧化鋁新品種新材料的開發(fā)工作也相對滯后 ,其產品較為單一。 ④產品質量低、品種少 我國氧化鋁產品除個別廠家生產流程按砂狀氧化鋁設計外 ,絕大部分廠家的產品在粒度、安息角、磨損指數(shù)等物理指標上 與現(xiàn)代鋁電解和干法煙氣凈化的要求有一定差距。先進的自動控制系統(tǒng)、信息化和網絡化管理系統(tǒng)的開發(fā)與建設仍處在初始階段。對于燒結法 (包括混聯(lián)法中的燒結法 ),在熟料燒成技術上仍然采用能耗高、控制水平落后的濕法進料筒形回轉窯加圓筒冷卻機的工藝技術 。種子分解系統(tǒng) ,既有引進和自主開發(fā)的大型機械攪拌分解槽 ,也有部分小型的空氣攪拌分解槽 ,其動力消耗高、攪拌均勻性差 。赤泥沉降分離和洗滌設備還存在規(guī)格小、臺數(shù)多、產能低、能耗高等問題 。具體為 :在拜耳法 (包括混聯(lián)法中的拜耳法 )部分 ,雖然新建廠的高壓溶出技術采用了單管預熱 ——— 反應釜間接加熱溶出技術設備。相比而言 ,我國氧化鋁廠規(guī)模小 ,其調控市場能力以及抗風險能力較差。氧化鋁生產規(guī)模最大的為澳大利亞的格拉斯通氧化鋁廠 ,其設計產能為 3850ｋｔ /ａ。其中澳大利亞依靠其得天獨厚的鋁土礦資源及諸多其它優(yōu)勢 ,如能源、資金、技術、管理水平、投資環(huán)境、法制建設等 ,是目前世界上最大的氧化鋁生產國。 ②規(guī)模小、產能低 據(jù)統(tǒng)計 ,目前全世界共有 30多個國家生產氧化鋁 ,已投產的冶金級氧化鋁企業(yè)約有 70個 ,總設計產能約 58700ｋｔ /ａ (含非冶金級氧化鋁 )。 國內不同生產方法的能耗指標見表 1 所示。 堿石灰燒結法氧化鋁生產 ,物料流量大 ,工藝復雜 ,特別是以高溫燒成為主要工序 ,能耗特別高 ,在直接生產成本中能源費用 約占 53%,在國內外市場上是缺乏競爭力的。由于我國鋁土礦大多為高鋁、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氧化鋁 ,主要采用技術條件苛刻、工藝流程復雜的混聯(lián)法或燒結法生產氧化鋁。因此 ,改進氧化鋁產品的均一性、提高產品強度、降低產品中的氧化硅含量、優(yōu)化產品的物理性能 ,實現(xiàn)產品砂 狀化 ,應作為氧化鋁行業(yè)目前和將來的主攻方向。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的需要 ,均轉向生產流動性好、強度高、吸附性強、起塵性差、溶解速度快的砂狀氧化鋁。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)法或燒結法生產 ,致使工藝流程長、能耗高、生產成本偏高。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。 世界氧化鋁的生產現(xiàn)狀及消費趨勢 20xx年 ,世界氧化鋁總產量為 5922 萬噸 ,其中冶金級氧化鋁產量為 5457萬噸 ,化學品氧化鋁產量為 465 萬噸 . 截至 20xx 年 3 月 ,世界氧化鋁生產主要集中在 29 個國家的 69 個氧化鋁廠 , 總產能 6331 萬噸 .其中冶金級氧化鋁產能約 5801 萬噸 ,占 92%. 20xx 年以來 ,由于全球電解鋁產能增速過快 ,引起世界范圍內冶金級氧化鋁供應緊張 . 現(xiàn)貨氧化鋁價格高漲促使世界氧化鋁產能利用率提高 .據(jù) CRU 報告顯示 ,20xx 年 世界冶金級氧化鋁產量增長率達 %.20xx年 ,世界氧化鋁消費量將首次突破 6000萬噸 ,達到 6220萬噸左右 .其中冶金級氧化鋁消費量約 5750 萬噸 ,20xx 年世界冶金級氧化鋁缺口約 25 萬噸 . 據(jù)不完全統(tǒng)計 ,全球在 20xx年底前預計可投產的在建氧化鋁項目總規(guī)模為 ,其中國外 660 萬噸 ,中國 萬噸 . 20xx年以后擬建的氧化鋁項目總規(guī)模為 3952萬噸 ,其中國外擬建項目總規(guī)模為 1960萬噸以上 (未考慮俄鋁 ),中國擬建項目總規(guī)模為 1992 萬噸 . 國內氧化鋁供需現(xiàn)狀 據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù) ,20xx 年 16 月份 ,我國氧化鋁產量為 萬噸 ,比 20xx 年同期增加了 %, 進口氧化鋁 285 萬噸 ,比 20xx 年同期增加了 29 萬噸 ,同比增長 %.包括非冶金級氧化鋁在內 ,目前我國有 19家企業(yè)可生產氧化鋁 ,其中中鋁公司 20xx年上半年產量為 萬噸 . 20xx 年 ,國內冶金級氧化鋁的需求量約為 1240 萬噸 ,中鋁公司氧化鋁產量上升了 %,達到 650萬噸 .由此可見 ,國內需進口氧化鋁約為 590萬噸 ,預計 20xx年中鋁公司氧化鋁產量可提高 23%,達到 800 萬噸 ,以彌補氧化鋁缺口 . 我國氧化鋁工業(yè)現(xiàn)狀 世界鋁土礦總儲量為 320 億ｔ ,在國外 ,90%以上的鋁土礦為三水鋁石型。目前電熱法生產氧化鋁還處于研究階段。礦石中的氧化硅和氧化鐵被還原成硅鐵合金，而氧化鋁則呈熔融狀態(tài)的鋁酸鈣渣上浮，由于比重不同而分層。只有小規(guī)模的工業(yè)化應用。 用酸法生產氧化鋁在理論上是合理的，對高品位的鋁土礦而言，該法不具有拜耳法的優(yōu)勢，但是對低品位的含鋁礦而言，該法依然具備一定的優(yōu)勢 。 為了充分利用礦產資源，綜合兩種方法的優(yōu)點，以提高氧化鋁總回收率，提高產品質量， 降低生產成本，將兩種方法聯(lián)合起來使用，這樣就產生并聯(lián)法是用拜爾法處理高品位礦，燒結法處理低品位礦；串聯(lián)法中燒結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)結合起來的方法叫做混聯(lián)法。 燒結法的優(yōu)點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 /，燒結法的堿耗較低，氧化鋁總回收率較高，但流程復雜，投資較大，產品氧化鋁質量較差，成本較高。 一 般來說，拜爾法具有流程簡單，投資較少，產品質量高，生產成本較低的優(yōu)點。母液經蒸發(fā)后補充適當?shù)膲A粉與下批礦石及石灰配料燒結。 燒結法是將礦石、堿粉、石灰石混合配料，先進行高溫燒結，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塊 ——— 熟料，使鋁酸鈉進入溶液與赤泥分離。 堿法生產氧化鋁又可分為拜爾法、燒結法、聯(lián)合法。 生產氧化鋁的方法有堿法、酸法、電熱法。 自然界中含鋁礦物有 250 多種，作為生產氧化鋁的原料主要是鋁土礦，其中氧化鋁含量占 50%70%,其次是二氧化硅、三氧化二鐵、二氧化鈦，此外還含有鎵、釩等雜質。 本項目旨在通過產學研的協(xié)作攻關，以寧夏北部老煤炭工業(yè)區(qū)煤矸石資源深度 利用關鍵配套技術集成創(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)新產業(yè)鏈為指導思想，主攻煤矸石資源深度開發(fā) 與利用關鍵配套技術 （循環(huán)經濟模式設計 ）、組裝 集成出 煤矸石中礦物 元素產業(yè)化開發(fā)與利用配套技術， 從而為寧夏乃至中國類似地區(qū)資源合理利用集成創(chuàng)新出關鍵配套技術與示范樣板。 這 就促使我們必須 緊緊圍繞提高區(qū)域資源轉化的循環(huán)經濟能力為核心，以提高產業(yè)發(fā)展的綜合效益為目標，堅持科學的發(fā)展觀，以科技創(chuàng)新為動力，以科技攻關解決循環(huán)工業(yè)經濟發(fā)展中的技術難點為突破口，以大力推廣適用技術、創(chuàng)新集成先進技術，提高科技貢獻率為主體內容，以開發(fā)先進的綠色化學工藝過程為基礎，為寧夏北部老工業(yè)區(qū)環(huán)境治理及產業(yè)跨越式發(fā)展提供強有力的科技支撐，推動循環(huán)經濟在新世紀持續(xù)快速發(fā)展。 化工利用煤矸石的 配套關鍵技術體系尚是空白； 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的有利支持，缺少與產業(yè)的關聯(lián)分析和綜合集成，缺乏大規(guī)模推廣的機制和可行性，造成技術開發(fā)的實用性、針對性差。 從區(qū)域優(yōu)勢礦產資源的綜合利用、梯度合理開發(fā)產業(yè)關鍵技術為一條主線，按照循環(huán)經濟的 3A 原則進 行試驗與示范相結合，為區(qū)域煤基資源產業(yè)結構與功能的合理構建，為調整和優(yōu)化工業(yè)產品結構、能源資源利用結構，建立新的生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)和產業(yè)經營機制，形成具有廣闊發(fā)展前景的特色工業(yè)生態(tài)技術體系和資源優(yōu)勢產業(yè)提供科技支撐。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)與領域中用途極廣，市場需求大，成為高成長性產業(yè)，其涉及的生產技術也呈現(xiàn)出向原料多元化、技術系統(tǒng)化、產品系列