【正文】 化的方向發(fā)展。如區(qū)內對氧化鋁的需求很大，但是幾乎沒有相應的生產企業(yè)，隨著我區(qū)材料產業(yè)的聚集和發(fā)展，培育和發(fā)展產業(yè)群成為現(xiàn)代材料業(yè)及化學工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，因此選擇特色產業(yè)帶動具有重要作用。 （ 5）對于帶動相關材料產業(yè)的發(fā)展有重要意義 寧夏正在實施以資源轉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)是資源轉化型為基礎的資源依賴型產業(yè)。 （ 4）對于寧夏鋁業(yè)發(fā)展有重要意義。煤炭行業(yè)生產中產生的固體廢棄物資源化、產業(yè)化是推進循環(huán)經濟的重點領域；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域。據(jù)介紹， 為了從根本上緩解我國經濟社會發(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20xx 年 8 月提出，從推進節(jié)約降耗、推行清潔生產、開展資源綜合利用、發(fā)展環(huán)保產業(yè)等四個方面加快推動循環(huán)經濟發(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元素技術，還可以將正在興起的無機功能材料技術成果或開發(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、建材等重點領域進行循環(huán)經濟試點的措施，以及寧夏重大科技攻關項目的實施，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 利用關鍵技術創(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。 本項目所研究的技術對西部老煤炭工業(yè)區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)經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)經濟的戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)做出貢獻。 因此 ,開發(fā)應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顯得特別重要和迫切 。目前優(yōu)質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)質資源，導致鋁土礦原料價格大幅度上揚。按目前的生產需求估算 ,我國每年需消耗的鋁土礦多達 1000 多萬ｔ ,其中大多是優(yōu)質礦或次優(yōu)質礦。 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 20xx 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)一直是我國的基礎性、支柱性產業(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，無一不是國民經濟線形增長的副產物。 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，通過 擴試或中試 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。其煤矸石生態(tài)化利用系統(tǒng)技術、模式和經驗，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 項目建議書 項目提要 本課題 緊密結合寧夏社會經濟發(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。 項目的關鍵創(chuàng)新集成技術可直接服務于寧夏新材料工業(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)經濟；可為我區(qū)鋁加工業(yè)培育原料基地。最后，該技術模式、經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)經濟發(fā)展也具有參考和借鑒價值。 在已經完成的實驗室研究工作的基礎上，通過系統(tǒng)集成與創(chuàng)新，中試檢驗 2 種具有自主知識產權的技術工藝路線： 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 （含技術突破對行業(yè)技術進步的重要意義和作用等），國內外現(xiàn)狀和技術發(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。能源資源的科學開發(fā)已成為全 球關注的熱點之一。煤矸石產量占采煤量的 10%左右，其中氧化鋁的含量在 18%40%區(qū)間變化（屬特殊結構和組成的 低品位鋁土礦）， 其產量巨大大，利用率低，而且即使利用也是在建材、發(fā)電等傳統(tǒng)領域，且是非循環(huán)經濟的利用模式依然占主導地位。 進入新世紀，我國鋁業(yè)原料供應矛盾十分突出。 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 利用關鍵配套技術集成創(chuàng)新與示范，可以 確立區(qū)域工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新型技術路線，煤基資源深度和循環(huán)可持續(xù)利用的產業(yè)鏈，這對于保護生態(tài)環(huán)境，促進發(fā)展經濟和走新型工業(yè)化道路，均有十分深遠而重要的意義。 （ 2）本項目產業(yè)關聯(lián)性強，發(fā)揮科技在循環(huán)工業(yè)經濟建設中的作用意 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)經濟發(fā)展。 國 家發(fā)改委將加強對循環(huán)經濟發(fā)展的宏觀指導，會同有關部門研究制定《關于加快推動循環(huán)經濟發(fā)展的指導意見》，將循環(huán)經濟的理念貫穿到“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注的重點領域之一。因此， 煤矸石提取氧化鋁、氧化硅的生態(tài)化利用技術開發(fā)研究對于推動我國循 環(huán)經濟的發(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，目前產能為 40 萬噸左右，需氧化鋁約 80 萬噸。該產業(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刻不容環(huán)。 寧夏的材料業(yè)整體上并不發(fā)達，產品結構單調，產業(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，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，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。 （ 6）對于老礦區(qū)產業(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業(yè)結構性嚴重失調 優(yōu)質煤資源的利用多處于初級階段；而采煤生產出的煤矸石堆積如山還導致了生態(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)與應用的力度不夠，總體上還處于比較粗放的產業(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)新集成為基礎的、以資源合理利用關鍵配套技術為重點的生態(tài)工業(yè)建設工作。 從區(qū)域優(yōu)勢礦產資源煤炭的綜合利用、梯度合理開發(fā)產業(yè)關鍵技術為一條主線，按照循環(huán)機經濟的 3A 原則挖掘并開發(fā)大量煤炭產業(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。 氧化鋁生產方法簡介 氧化鋁總產量 90%以上用于電解生產鋁，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，在國民經濟中有著極大的作用。 用鋁土礦或其它含鋁原料生產氧化鋁，實質上就是使礦石 中的氧化鋁與其它雜質分離的過程。 ①堿法生產氧化鋁 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，再經過濾分離得到氫氧化鋁，經 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，一般采用燒結法。 ②酸法生產氧化鋁 酸法是用適當?shù)臒o機酸處理礦石，生產相應的鋁鹽，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備問題，未引起人們的高度重視。 ③電熱法生產氧化鋁 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高溫 20xx℃ ,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，但由于技術上和經濟上的種種原因，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。其氧化鋁生產工藝以較經濟的低溫拜耳法為主 ,僅少數(shù)廠家采用其它方法生產氧化鋁。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 ,引起產量減少、消耗增加、成本上升。在產品質量上 ,我國目前冶金級氧化鋁產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。我國冶金級氧化鋁產品與國外產品相比較 ,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、生產成本偏高 ,氧化鋁生產綜合能耗是國外采用拜耳法處理三水鋁石 (或一水軟鋁石 )生產氧化鋁能耗的 ～ 倍。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 ,決定了不能采用經濟的拜爾法而只能采用能耗高、成本高的燒結法和聯(lián)合法生產氧化鋁。 表 1 國內不同生產方法的能耗指標 項目 燒結法 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 ,燒結法能耗是拜爾法能耗的 倍 ,聯(lián)合法能耗雖然低于純燒結法 ,但由于燒結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基地。澳大利亞氧化鋁廠平均每廠產能為 /ａ。 ③技術裝備水平落后、勞動生產率低 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與設備在一定程 度上提高了溶出的技術裝備水平 ,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 ,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)脫硅技術的廠家 ,也有采用汽耗較高的蒸汽直接加熱中壓脫硅技術的廠家。從總體水平上看 ,我國氧化鋁工業(yè)的技術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。目前我國化學品氧化鋁生產量約占氧化鋁總產量的 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、廢氣和生產過程中的噪音處理等問題 ,均應引起重視。鋁土礦選礦技術產業(yè)化帶來了尾礦的綜合治理問題 ,開發(fā)尾礦的利用技術、擴大資源的綜合利用程度是今后需要解決的又一個難題。使主要技術經濟指標達到國際先進水平 ,主導產品具 有國際競爭力。 ②采用高效節(jié)能設備 ,提高裝備水平。今