【正文】 區(qū)內(nèi)對氧化鋁的需求很大，但是幾乎沒有相應(yīng) 的生產(chǎn)企業(yè)，隨著我區(qū)材料產(chǎn)業(yè)的聚集和發(fā)展，培育和發(fā)展產(chǎn)業(yè)群成為現(xiàn)代材料業(yè)及化學(xué)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，因此選擇特色產(chǎn)業(yè)帶動具有重要作用。 （ 5）對于帶動相關(guān)材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要意義 寧夏正在實施以資 源轉(zhuǎn)換為特征的新型工業(yè)化道路。這不僅增加了企業(yè)成本，而且對企業(yè)的發(fā)展帶來了風險。鋁業(yè)是資源轉(zhuǎn)化型為基礎(chǔ)的資源依賴型產(chǎn)業(yè)。 （ 4）對于寧夏鋁業(yè)發(fā)展有重要意義。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)化是推進循環(huán)經(jīng)濟的重點領(lǐng)域；也是我國資源型城市可持續(xù)發(fā)展的必然要求。為加快推動循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，國家發(fā)改委將組織試點，擬選擇冶金、有色、煤炭、電力、化工、建材等重點行業(yè)；而本項目正是國家支持的資源化重點領(lǐng)域。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。 本課題開發(fā)的高效利用煤炭基資源中的化學(xué)元素技術(shù)，還可以將正在興起的無機功能材料技術(shù)成果或開發(fā)示范模 式進行有效組裝和集成，特別是借鑒科技發(fā)達國家資源開發(fā)利用方面的先進模式，配合國家即將在西部實施的在煤炭、高載能、建材等重點領(lǐng)域進行循環(huán)經(jīng)濟試點的措施，以及寧夏重大科技攻關(guān)項目的實施，選擇我區(qū)具有典型代表性的煤炭老工業(yè)區(qū) —— 寧夏北部地區(qū)石嘴山市，以 老煤炭工業(yè)區(qū)煤矸石資源深度 利用關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新為 核心，將試驗示范 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(dǎo)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(shè)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。 本項目所研究的技術(shù)對西部老煤炭工業(yè)區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟和社會的繁榮與穩(wěn)定具有重要意義，可為中央和地方政府決心實施循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟的戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)做出貢獻。 因此 ,開發(fā)應(yīng)用煤矸石這一大量的類低品位鋁土礦提取氧化鋁資源的高效低耗新技術(shù)顯得特別重要和迫切 。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(dǎo)致鋁土礦原料價格大幅度上揚。按目前的生產(chǎn)需求估算 ,我國每年需消耗的鋁土礦多達 1000 多萬ｔ ,其中大多是優(yōu)質(zhì)礦或次優(yōu)質(zhì)礦。 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 650 萬噸。這一問題已引起我國政府的高度重視。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。 當今中國面臨的能源短缺與環(huán)境危機，無一不是國民經(jīng)濟線形增長的副產(chǎn)物。 本項目旨在通過產(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，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(dǎo)思想，通過 擴試或中試 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)濟模式設(shè)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。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。 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。 項目的關(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)展以及保護生態(tài)環(huán)境發(fā)展循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟；可為我區(qū)鋁加工業(yè)培育原料基地。最后，該技術(shù)模式、經(jīng)驗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)濟發(fā)展也具有參考 和借鑒價值。 在已經(jīng)完成的實驗室研究工作的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)集成與創(chuàng)新，中試檢驗 2 種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)工藝路線： ① 針對含碳量高的洗煤矸石，完成酸溶提取法中試 ② 針對煤系高嶺巖，完成低溫鹽熔提取法中試 二、 項目的意義和必要性 （含技術(shù)突破對行業(yè)技術(shù)進步的重要意義和作用等），國內(nèi)外現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢，市場需求分析 （一） 項目的意義和必要性 （ 1）對區(qū)域礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開發(fā)利用以及對對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善、保護具有重大意義。能源資源的科學(xué)開發(fā)已成為全球關(guān)注的熱點之一。煤矸石產(chǎn)量占采煤量的 10%左右，其中氧化鋁的含量在 18%40%區(qū)間變化（屬特殊結(jié)構(gòu)和組成的 低品位鋁土礦）， 其產(chǎn)量巨大大，利用率低，而且即使利用也是在建材、發(fā)電等傳統(tǒng)領(lǐng)域，且是非循環(huán)經(jīng)濟的利用模式依然占主導(dǎo)地位。 進入新世紀，我國鋁業(yè)原料供應(yīng)矛盾十分突出。 隨著氧化鋁工業(yè)和其他需用鋁土礦工業(yè)的快速發(fā)展 ,鋁土礦資源 ,特別是優(yōu)質(zhì)資源的短缺 ,已充分顯現(xiàn)出來。具專家分析，傳統(tǒng)鋁土礦的資源保證程度不足 10 年。目前進口的優(yōu)質(zhì)鋁土礦（氧化鋁含量 70%）價格在 350 美圓 /噸左右。 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，這對于保護生態(tài)環(huán)境，促進發(fā)展經(jīng)濟和走新型工業(yè)化道路，均有十分深遠而重要的意義。 （ 2）本項目產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性強，發(fā)揮科技在循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟建設(shè)中的作用意義重大。 （ 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。 國家發(fā)改委將加強對循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的宏觀指導(dǎo)，會同有關(guān)部門研究制定《關(guān)于加快推動循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的指導(dǎo)意見》，將循環(huán)經(jīng) 濟的理念貫穿到“十一五”規(guī)劃的編制工作中。其中煤炭行業(yè)資源綜合利用成為關(guān)注的重點領(lǐng)域之一。因此， 煤矸石提取氧化鋁、氧化硅的生態(tài)化利用技術(shù)開發(fā)研究對于推動我國循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展具有十 分重要的意義。 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。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 /噸左右堅挺。 寧夏是我國重要煤炭基地，煤矸石資源累計過億噸，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)。 寧夏的材料業(yè)整體上并不發(fā)達，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單調(diào)，產(chǎn)業(yè)群的特色優(yōu)勢不明顯。 無機鋁鹽、硅酸鹽是用途十分廣闊的化工原材料。 本課題研究是 緊緊圍繞提高區(qū)域資源轉(zhuǎn)化的循環(huán)經(jīng)濟能力為核心，以提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綜合效益為目標，以科技攻關(guān)解決循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中的技術(shù)難點為突破口，開發(fā)先進的綠色化學(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)展提供強有力的科技支撐，推動循環(huán)經(jīng)濟在新世紀持續(xù)快速發(fā)展。 （ 6）對于老礦區(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)性嚴重失調(diào) 優(yōu)質(zhì)煤資源的利用多處于初級階段；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。 要使寧夏北部老煤炭工業(yè)區(qū)生態(tài)環(huán)境問題得以控制，并向優(yōu)化方向發(fā)展，必須進行大范圍、大強度的以創(chuàng)新集成為基礎(chǔ)的、以資源合理利用關(guān)鍵配套技術(shù)為重點的生態(tài)工業(yè)建設(shè)工作。 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。 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、機械、無線電、冶金工業(yè)、制藥等行業(yè)使用，在國民經(jīng)濟中有著極大的作用。 用鋁土礦或其它含鋁原料生產(chǎn)氧化鋁，實質(zhì)上就是使礦石中的氧化鋁與其它雜質(zhì)分離的過程。 ①堿法生產(chǎn)氧化鋁 堿法的基本原 理是使礦石中的氧化鋁與堿在一定條件下生成鋁酸鈉，進入溶液而與二氧化硅和氧化鐵等雜質(zhì)分離，然后再使純凈的鋁酸鈉溶液分解析出氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)高溫鍛燒制得成品氧化鋁。 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。 含有部分二氧化硅的溶液經(jīng)脫硅后得到鋁酸鈉溶液精制液 CO2 通入二氧化碳氣體使之分解得到氫氧化鋁及母液。洗滌后的氫氧化鋁經(jīng)焙燒得到氧化鋁。但處理低品位礦石時其優(yōu)越性較差，而且還 要消耗價格昂貴的苛性堿。 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。 ②酸法生產(chǎn)氧化鋁 酸法是用適當?shù)臒o機酸處理礦石，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；將鋁鹽進一步凈化除鐵后，使之分解得到氧化鋁。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。 ③電熱法生產(chǎn)氧化鋁 電熱法用來處理高鐵鋁礦，將礦與炭還原劑配成爐料在電弧爐內(nèi)高溫 2020℃ ,下進行還原熔煉。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。 到目前為止，已經(jīng)提出了多種從鋁礦石或其它含鋁原料中提煉氧化鋁的方法，但由于技術(shù)上和經(jīng)濟上的種種原因，有的已被淘汰，有的屬于試驗階段，工業(yè)上幾乎全部采用堿法生產(chǎn)。其氧化鋁生產(chǎn)工藝以 較經(jīng)濟的低溫拜耳法為主 ,僅少數(shù)廠家采用其它方法生產(chǎn)氧化鋁。隨著高品位鋁土礦儲量的日漸減少 ,氧化鋁企業(yè)的總供礦品位也在下降 ,引起產(chǎn)量減少、消耗增加、成本上升。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(yīng)和滿足鋁電解工業(yè)的需求。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、細粒子含量高、強度差 ,同時硅、鐵含量高。 我國氧化鋁工業(yè)與國外的差距 ① .綜合能耗高、成本偏 高。造成其能耗高、生產(chǎn)成本偏高 ,氧化鋁生產(chǎn)綜合能耗是國 外采用拜耳法處理三水鋁石 (或一水軟鋁石 )生產(chǎn)氧化鋁能耗的 ～ 。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。 表 1 國內(nèi)不同生產(chǎn)方法的能耗指標 項目 燒結(jié)法 拜爾法 聯(lián)合法 (ｋｇ標煤 /ｔ ) (ｋｇ標煤 /ｔ ) (ｋｇ標煤 /ｔ ) 能耗 1447 472 1113 從表 1數(shù)據(jù)可以看出 ,燒結(jié)法能耗是拜爾法能耗的 ,聯(lián)合法能耗雖然低于純燒結(jié)法 ,但由于燒結(jié)法部分的高能耗使其整 體水平仍遠高于拜爾法。主要集中在澳大利亞、中國、美國、巴西、牙買家和俄羅斯等國。幾乎所有跨國鋁業(yè)公司均將其視為理想的氧化鋁供應(yīng)基地。澳 大利亞氧化鋁廠平均每廠產(chǎn)能為 /ａ。 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。個別老廠引進了管道化溶出技術(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組 。在精液葉濾系統(tǒng) ,既有世界先進水平的立式葉濾機 ,也有凱利 385ｍ 2和道爾式 440ｍ 2 大型葉濾機 ,還有技術(shù)落后的小型葉濾機在運行 。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。而在粗液脫硅方面 ,既有采用間接加熱連續(xù)脫硅技術(shù)的廠家 ,也有采用汽耗較高的蒸汽直接加熱中壓脫硅技術(shù)的廠家。從總體水平上看 ,我國氧化鋁工業(yè)的技術(shù)裝備水平與國際先進水平相比還有較大差距。而國外的氧化鋁幾乎都是砂狀氧化鋁。目前我國化學(xué)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%。 ⑤環(huán)境保護 世界各國都極為重視氧化鋁生產(chǎn)中的環(huán)境保護 ,并進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。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。鋁土礦選礦技術(shù)產(chǎn)業(yè)化帶來了尾礦的綜合治理問題 ,開發(fā)尾礦的利用技術(shù)、擴大資源的綜合利用程度是今后需要解決的又一個難題。使主要技術(shù)經(jīng)濟指標達到國際先進水平 ,主導(dǎo)產(chǎn)品具有國際競爭力。 ②采用高效節(jié)能設(shè)備 ,提高裝備水平。今后需跟蹤國外的先進水平 ,不斷引進和消化國外氧化鋁行業(yè)成熟的、自動化程度高的大型設(shè)備。 ③提高產(chǎn)品質(zhì)量。其主要缺點為 :細