煤矸石提取氧化铝的生态化利用技术项目可行性论证报告

1、煤砰石提取氧化铝的生态化利用技术项 目 建 议 书1、项目提要本课题紧密结合宁夏社会经济发展的主体目标，为自治区党委和政府提出的“生态环 境改善与持续发展的双赢目标”提供科技支撑。项目的关键创新集成技术可直接服务于宁夏新材料工业基地的发展、宁夏煤化工基地 的发展以及保护生态环境发展循环工业经济； 可为我区铝加工业培育原料基地。 其煤矸石生 态化利用系统技术、 模式和经验， 具有广泛的针对性、 先进性和适用性。 最后， 该技术模式、 经验对我国及其它国家类似地区的生态综合治理和循环经济发展也具有参考和借鉴价值。本项目旨在通过产学研的协作攻关，以宁夏北部老煤炭工业区煤矸石资源深度 利用 关键配套技

2、术集成创新与示范 和区域工业可持续发展紧密结合为目标， 以煤矸石资源深度可 持续利用、 保护生态和创新产业链为指导思想， 通过扩试或中试主攻煤矸石资源深度开发与 利用关键配套技术（循环经济模式设计） 、组装集成出煤矸石中矿物元素产业化开发与利用 配套技术，从而为宁夏乃至中国类似地区资源合理利用集成创新出关键配套技术与示范样 板。在已经完成的实验室研究工作的基础上，通过系统集成与创新，中试检验 2 种具有自 主知识产权的技术工艺路线： 针对含碳量高的洗煤矸石，完成酸溶提取法中试 针对煤系高岭岩，完成低温盐熔提取法中试二、 项目的意义和必要性（含技术突破对行业技术进步的重要意义和作用等），国内外现

3、状和技术发展趋势，市场需求分析（一） 项目的意义和必要性（1）对区域矿产资源的可持续开发利用以及对对区域生态环境的改善、保护具有重大意义。当今中国面临的能源短缺与环境危机， 无一不是国民经济线形增长的副产物。 能源资 源的科学开发已成为全球关注的热点之一。 煤炭工业一直是我国的基础性、 支柱性产业， 但 是由于历史的原因， 重开采， 轻综合利用等使老煤炭矿区面临着诸多严峻问题。 煤矸石产量 占采煤量的 10%左右，其中氧化铝的含量在 18%-40%区间变化（属特殊结构和组成的 低品位 铝土矿）， 其产量巨大大，利用率低，而且即使利用也是在建材、发电等传统领域，且是非 循环经济的利用模式依然占主

4、导地位。这一问题已引起我国政府的高度重视。进入新世纪， 我国铝业原料供应矛盾十分突出。 我国氧化铝工业的迅猛发展和我国铝土 矿资源有限的保证程度已形成鲜明的对比2004 年，电解氧化铝缺口达 650万吨。随着氧化铝工业和其他需用铝土矿工业的快速发展,铝土矿资源 ,特别是优质资源的短缺 ,已充分显现出来。按目前的生产需求估算，我国每年需消耗的铝土矿多达 1000多万t ,其中大多是优质矿 或次优质矿。具专家分析，传统铝土矿的资源保证程度不足 10年。目前优质铝土矿供需矛 盾十分突出 ,矿山均不同程度出现了贫化趋势 ,特别是河南等地的高铝矿已濒临枯渴,众多用户争先采购有限的优质资源， 导致铝土矿原

5、料价格大幅度上扬。 目前进口的优质铝土矿 （氧 化铝含量 70%）价格在 350 美圆 /吨左右。 因此,开发应用煤矸石这一大量的类低品位铝土矿 提取氧化铝资源的高效低耗新技术显得特别重要和迫切 。本课题通过深入研究老煤炭工业区煤矸石资源深度利用关键配套技术集成创新与示范，可以 确立区域工业可持续发展的新型技术路线， 煤基资源深度和循环可持续利用的产业 链，这对于保护生态环境， 促进发展经济和走新型工业化道路， 均有十分深远而重要的意义。本项目所研究的技术对西部老煤炭工业区和少数民族地区经济和社会的繁荣与稳定具有重要意义，可为中央和地方政府决心实施循环工业经济的战略目标的实现做出贡献。（2）本

6、项目产业关联性强，发挥科技在循环工业经济建设中的作用意义重大。 本课题开发的高效利用煤炭基资源中的化学元素技术，还可以将正在兴起的无机功能 材料技术成果或开发示范模式进行有效组装和集成， 特别是借鉴科技发达国家资源开发利用 方面的先进模式， 配合国家即将在西部实施的在煤炭、 高载能、 建材等重点领域进行循环经 济试点的措施， 以及宁夏重大科技攻关项目的实施， 选择我区具有典型代表性的煤炭老工业 区宁夏北部地区石嘴山市，以老煤炭工业区煤矸石资源深度 利用关键技术创新为 核心， 将试验示范 和区域工业可持续发展紧密结合为目标， 以煤矸石资源深度可持续利用、 保护生 态和创新产业链为指导思想， 主攻

7、煤矸石资源深度开发与利用关键配套技术 （循环经济模式 设计）、组装集成出煤矸石中矿物元素产业化开发与利用配套技术，从而为宁夏乃至中国类 似地区资源合理利用集成创新出关键配套技术与示范样板。（3）对推进实施我区乃至乃我国循环经济的发展具有重要意义 进入新世纪，国家发展改革委力推循环经济发展。据介绍，为了从根本上缓解我国经济社会发展面临的资源约束矛盾和环境压力，国家发展改革委2004 年 8 月提出，从推进节约降耗、推行清洁生产、开展资源综合利用、发展环保产业等四个方面加快推动循环经济发展，并提出了八项措施。国家发改委将加强对循环经济发展的宏观指导， 会同有关部门研究制定 关于加快推动循环经济发展

8、的指导意见 ，将循环经济的理念贯穿到“十一五”规划的编制工作中。为 加快推动循环经济发展， 国家发改委将组织试点， 拟选择冶金、 有色、煤炭、 电力、化工、 建材等重点行业； 而本项目正是国家支持的资源化重点领域。 其中煤炭行业资源综合利用 成为关注的重点领域之一。 煤炭行业生产中产生的固体废弃物资源化、 产业化是推进循环 经济的重点领域；也是我国资源型城市可持续发展的必然要求。因此， 煤矸石提取氧化 铝、氧化硅的生态化利用技术开发研究对于推动我国循环经济的发展具有十分重要的意 义。（4）对于宁夏铝业发展有重要意义。宁夏电解铝业业是宁夏的支柱产业之一，近年来其发展势头迅猛，仅青铝公司“十一五”

9、规模达 100万吨，目前产能为 40 万吨左右，需氧化铝约 80 万吨。铝业是资源转化型为 基础的资源依赖型产业。 该产业所需的主要工业原料之一氧化铝近年来出现了供需紧张的局 面，价格持续上涨并且在 4000 元/ 吨左右坚挺。 这不仅增加了企业成本， 而且对企业的发展 带来了风险。宁夏是我国重要煤炭基地， 煤矸石资源累计过亿吨， 综合利用的程度低且成为危害环境的固体废物，其潜在的工业价值未被加以利用，因此开展该课题研究已经刻不容环。（5）对于带动相关材料产业的发展有重要意义宁夏正在实施以资源转换为特征的新型工业化道路。宁夏的材料业整体上并不发达， 产品结构单调， 产业群的特色优势不明显。 如

10、区内对氧化铝的需求很大， 但是几乎没有相应 的生产企业， 随着我区材料产业的聚集和发展， 培育和发展产业群成为现代材料业及化学工 业发展的必然趋势，因此选择特色产业带动具有重要作用。无机铝盐、硅酸盐是用途十分广阔的化工原材料。以其进行二次或多次加工形成的粉 体材料如多品种的氧化铝、氧化硅等在石油、化工、轻工、塑料与橡胶、造纸、涂料等行业 与领域中用途极广， 市场需求大， 成为高成长性产业， 其涉及的生产技术也呈现出向原料多 元化、技术系统化、产品系列化的方向发展。本课题研究是紧紧围绕提高区域资源转化的循环经济能力为核心， 以提高产业发展的综合 效益为目标， 以科技攻关解决循环工业经济发展中的技

11、术难点为突破口， 开发先进的绿色化 学工艺过程为基础，为宁夏北部老工业区环境治理及产业跨越式发展提供强有力的科技支 撑，推动循环经济在新世纪持续快速发展。 从区域优势矿产资源的综合利用、 梯度合理开发 产业关键技术为一条主线，按照循环经济的 3A 原则进行试验与示范相结合，为区域煤基资 源产业结构与功能的合理构建， 为调整和优化工业产品结构、 能源资源利用结构， 建立新的 生态工业系统和产业经营机制， 形成具有广阔发展前景的特色工业生态技术体系和资源优势 产业提供科技支撑。（6）对于老矿区产业可持续发展有重要意义我区的煤炭老矿区，存在的主要问题是： 以煤炭为资源利用的产业结构性严重失调优质煤资

12、源的利用多处于初级阶段；而采煤生产出的煤矸石堆积如山还导致了生态环境 恶化 ；即使利用煤矸石，也是传统的发电、制砖等领域，对煤矸石 资源化利用的规模、档 次、水平和效率总体上还十分低下； 高新科技开发与应用的力度不够， 总体上还处于比较粗 放的产业发展模式中。化工利用煤矸石的配套关键技术体系尚是空白；虽然我国的一些区域性煤炭固体废弃物试验和针对性研究对区域资源利用有参考价值， 但 长期以来由于缺乏对科技攻关的有利支持， 缺少与产业的关联分析和综合集成， 缺乏大规模 推广的机制和可行性，造成技术开发的实用性、针对性差。要使宁夏北部老煤炭工业区生态环境问题得以控制， 并向优化方向发展， 必须进行大

13、范围、 大强度的以创新集成为基础的、以资源合理利用关键配套技术为重点的生态工业建设工作。这就促使我们必须紧紧围绕提高区域资源转化的循环经济能力为核心，以提高产业发展 的综合效益为目标， 坚持科学的发展观， 以科技创新为动力， 以科技攻关解决循环工业经济 发展中的技术难点为突破口， 以大力推广适用技术、 创新集成先进技术， 提高科技贡献率为 主体内容， 以开发先进的绿色化学工艺过程为基础， 为宁夏北部老工业区环境治理及产业跨 越式发展提供强有力的科技支撑， 推动循环经济在新世纪持续快速发展。 从区域优势矿产资 源煤炭的综合利用、梯度合理开发产业关键技术为一条主线，按照循环机经济的3A 原则挖掘并

14、开发大量煤炭产业链中固体废弃物、 液体废弃物的利用价值并与试验示范相结合， 为区 域煤基资源产业结构与功能的合理构建，为调整和优化工业产品结构、能源资源利用结构， 建立新的生态工业系统和产业经营机制， 形成具有广阔发展前景的特色工业生态技术体系和 资源优势产业提供科技支撑。本项目旨在通过产学研的协作攻关， 以宁夏北部老煤炭工业区煤矸石资源深度 利用关键配 套技术集成创新与示范 和区域工业可持续发展紧密结合为目标， 以煤矸石资源深度可持续利 用、保护生态和创新产业链为指导思想， 主攻煤矸石资源深度开发与利用关键配套技术 （循 环经济模式设计） 、组装集成出煤矸石中矿物元素产业化开发与利用配套技术

15、，从而为宁夏乃至中国类似地区资源合理利用集成创新出关键配套技术与示范样板。2. 国内外现状和技术发展趋势2.1 氧化铝生产方法简介氧化铝总产量 90%以上用于电解生产铝，此外还供硅酸盐、耐火材料、机械、无线 电、冶金工业、制药等行业使用，在国民经济中有着极大的作用。自然界中含铝矿物有 250 多种， 作为生产氧化铝的原料主要是铝土矿，其中氧化铝含量占 50%-70%, 其次是二氧化硅、 三氧化二铁、 二氧化钛， 此外还含有镓、 钒等杂质。 用铝土矿或其它含铝原料生产氧化铝， 实质上就是使矿石中的氧化铝与其它杂质分离 的过程。生产氧化铝的方法有碱法、酸法、电热法。 碱法生产氧化铝碱法的基本原理是

16、使矿石中的氧化铝与碱在一定条件下生成铝酸钠， 进入溶液而与二 氧化硅和氧化铁等杂质分离， 然后再使纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝， 氢氧化铝 经高温锻烧制得成品氧化铝。碱法生产氧化铝又可分为拜尔法、烧结法、联合法。拜尔法是直接以苛性钠溶液处理铝土矿， 使矿石中氧化铝生成铝酸钠， 而矿石中的 二氧化硅则成为不溶性残渣赤泥， 与铝酸钠溶液分离， 将净化后的铝酸钠溶液进 行搅拌分解， 再经过滤分离得到氢氧化铝， 经洗涤后焙烧成氧化铝， 分离所得的大量苛 性碱溶液称为母液，母液经蒸发再用于处理下一批矿石。烧结法是将矿石、碱粉、 石灰石混合配料，先进行高温烧结， 使矿石中氧化铝生成 固体铝酸钠， 三氧

17、化二铁生成可以水解的铁酸钠， 而二氧化硅与氧化钙生成不溶性的原 硅酸钙，再用稀碱液溶出烧结块熟料，使铝酸钠进入溶液与赤泥分离。 含有部分二氧化硅的溶液经脱硅后得到铝酸钠溶液精制液CO2 通入二氧化碳气体使之分解得到氢氧化铝及母液。 母液经蒸发后补充适当的碱粉与下批矿石及石灰配 料烧结。洗涤后的氢氧化铝经焙烧得到氧化铝。一般来说， 拜尔法具有流程简单，投资较少， 产品质量高，生产成本较低的优 点。但处理低品位矿石时其优越性较差，而且还要消耗价格昂贵的苛性碱。烧结法的优点是可以处理品位较低矿石，而且只消耗价格便宜的碳酸钠，与拜尔法 相比，在同样的条件下 1 处理低品位矿时 / ，烧结法的碱耗较低，

18、 氧化铝总回收率较高， 但流程复杂，投资较大，产品氧化铝质量较差，成本较高。因此含硅很低的优质铝土矿就采用拜尔法， 含硅高， 铝硅比较低的铝矿石， 一般采 用烧结法。为了充分利用矿产资源， 综合两种方法的优点， 以提高氧化铝总回收率， 提高产品 质量， 降低生产成本， 将两种方法联合起来使用， 这样就产生并联法是用拜尔法处理高 品位矿， 烧结法处理低品位矿； 串联法中烧结法只处理拜尔法赤泥； 将拜尔法赤泥同时 配一些低品位矿石可改善大窑的操作，这种将串联和并联结合起来的方法叫做混联法。 酸法生产氧化铝 酸法是用适当的无机酸处理矿石，生产相应的铝盐，矿石中的氧化硅不与酸作用而残留 于渣中；将铝盐

19、进一步净化除铁后，使之分解得到氧化铝。用酸法生产氧化铝在理论上是合理的，对高品位的铝土矿而言，该法不具有拜耳法的优 势，但是对低品位的含铝矿而言， 该法依然具备一定的优势。 长期以来该法由于酸的回收以 及设备问题，未引起人们的高度重视。只有小规模的工业化应用。 电热法生产氧化铝电热法用来处理高铁铝矿，将矿与炭还原剂配成炉料在电弧炉内高温2000C ,下进行还 原熔炼。 矿石中的氧化硅和氧化铁被还原成硅铁合金， 而氧化铝则呈熔融状态的铝酸钙渣上 浮，由于比重不同而分层。所得氧化铝渣再用碱法处理， 从中提取氧化铝， 所得硅铁合金为 成品。目前电热法生产氧化铝还处于研究阶段。到目前为止，已经提出了多

20、种从铝矿石或其它含铝原料中提炼氧化铝的方法，但由于技 术上和经济上的种种原因， 有的已被淘汰， 有的属于试验阶段， 工业上几乎全部采用碱法生 产。2.2 世界氧化铝的生产现状及消费趋势2003年,世界氧化铝总产量为 5922 万吨,其中冶金级氧化铝产量为 5457万吨 ,化学品氧 化铝产量为 465 万吨 .截至 2004 年 3 月,世界氧化铝生产主要集中在29 个国家的 69 个氧化铝厂 , 总产能6331万吨.其中冶金级氧化铝产能约 5801万吨,占 92%.2002 年以来 , 由于全球电解铝产能增速过快 , 引起世界范围内冶金级氧化铝供应紧张 . 现货氧化铝价格高涨促使世界氧化铝产能

21、利用率提高据CRU报告显示，2003年世界冶金级氧化铝产量增长率达 8.2%.2004 年,世界氧化铝消费量将首次突破 6000万吨,达到 6220万吨 左右.其中冶金级氧化铝消费量约 5750万吨，2004 年世界冶金级氧化铝缺口约 25 万吨.据不完全统计 ，全球在 2006年底前预计可投产的在建氧化铝项目总规模为 1482.1 万吨 ， 其中国外 660 万吨 ，中国 822.1 万吨 .2006年以后拟建的氧化铝项目总规模为3952万吨，其中国外拟建项目总规模为 1960万吨以上 （未考虑俄铝 ）， 中国拟建项目总规模为 1992 万吨 .2.3 国内氧化铝供需现状据国家统计局的数据

22、，2004 年 1-6 月份，我国氧化铝产量为 341.8 万吨，比 2003年同期 增加了 16.86%， 进口氧化铝 285万吨，比2003年同期增加了 29万吨，同比增长 11.1%.包括 非冶金级氧化铝在内 ， 目前我国有 19家企业可生产氧化铝 ， 其中中铝公司 2004 年上半年产量 为 331.3 万吨 .2004 年， 国内冶金级氧化铝的需求量约为 1240 万吨， 中铝公司氧化铝产量上升了 7.4%， 达到 650万吨.由此可见 ，国内需进口氧化铝约为 590万吨，预计 2005年中铝公司氧化铝产量 可提高 23%，达到 800 万吨 ， 以弥补氧化铝缺口 .2.4 我国氧化

23、铝工业现状世界铝土矿总储量为 320亿t ,在国外，90%以上的铝土矿为三水铝石型。其氧化铝生产 工艺以较经济的低温拜耳法为主 ， 仅少数厂家采用其它方法生产氧化铝。我国铝土矿储量约 为23亿t ,主要分布在山西、河南、贵州、广西四省,占全国保有储量的 91.1%,但我国铝土矿的矿石类型 98.46%为高硅、 难溶的一水硬铝石型铝土矿 ,除广西矿的铝硅比为 10左右外, 其它地区矿石的铝硅比都比较低。随着高品位铝土矿储量的日渐减少, 氧化铝企业的总供矿品位也在下降 , 引起产量减少、 消耗增加、 成本上升。 由于受铝土矿特性的限制 , 我国的氧化 铝厂大都采用混联法或烧结法生产 , 致使工艺流

24、程长、能耗高、生产成本偏高。在产品质量 上, 我国目前冶金级氧化铝产品绝大部分为中间状氧化铝, 不能适应和满足铝电解工业的需求。而国外氧化铝厂为了满足现代铝电解工业烟气净化和大型预焙槽生产的需要, 均转向生产流动性好、强度高、吸附性强、起尘性差、溶解速度快的砂状氧化铝。我国冶金级氧化铝 产品与国外产品相比较 ,差别较大的是平均粒度小、 细粒子含量高、 强度差,同时硅、 铁含量 高。因此 , 改进氧化铝产品的均一性、提高产品强度、降低产品中的氧化硅含量、优化产品 的物理性能 , 实现产品砂状化 , 应作为氧化铝行业目前和将来的主攻方向。2.4.1 我国氧化铝工业与国外的差距 . 综合能耗高、 成

25、本偏高。由于我国铝土矿大多为高铝、 高硅、低铁 , 且铝硅比较低的 一水硬铝石型铝土矿 , 难以采用低温拜耳法生产氧化铝 , 主要采用技术条件苛刻、 工艺流程复杂的混联法或烧结法生产氧化铝。造成其能耗高、生产成本偏高，氧化铝生产综合能耗是国外采用拜耳法处理三水铝石 （或一水软铝石）生产氧化铝能耗的 2.53.0倍。碱石灰烧结法氧化铝生产，物料流量大，工艺复杂，特别是以高温烧成为主要工序，能耗特别高，在直接生产成本中能源费用约占53%，在国内外市场上是缺乏竞争力的。而由于我国铝土矿大多数（约85%是高铝、高硅、低铁的一水硬铝石型铝土矿，决定了不能采用经济的拜尔法而只能采用能耗高、成本高的烧结法和

26、联合法生产氧化铝。国内不同生产方法的能耗指标见表1所示。表1国内不同生产方法的能耗指标项目烧结法（kg标煤/ t拜尔法联合法）（kg标煤 / t ）（ kg标煤 / t ）能表1数据可以看出，烧结法能耗是拜尔法能耗的3.06倍，联合法能耗虽然低于纯烧结法，但由于烧结法部分的高能耗使其整体水平仍远高于拜尔法。 规模小、产能低据统计，目前全世界共有30多个国家生产氧化铝，已投产的冶金级氧化铝企业约有70个，总设计产能约 58700 kt / a （含非冶金级氧化铝）。主要集中在澳大利亚、中国、美国、巴 西、牙买家和俄罗斯等国。其中澳大利亚依靠其得天独厚的铝土矿资源及诸多其

27、它优势，如能源、资金、技术、管理水平、投资环境、法制建设等，是目前世界上最大的氧化铝生产国。几乎所有跨国铝业公司均将其视为理想的氧化铝供应基地。氧化铝生产规模最大的为澳大利亚的格拉斯通氧化铝厂，其设计产能为 3850 kt / a。澳大利亚氧化铝厂平均每厂产能为2433.33 kt / a。相比而言，我国氧化铝厂规模小，其调控市场能力以及抗风险能力较差。 技术装备水平落后、劳动生产率低目前，我国氧化铝工业装备水平与国际先进水平相比，存在着技术装备水平落后、自动化程度低的差距。具体为：在拜耳法（包括混联法中的拜耳法）部分，虽然新建厂的高压溶出技术 采用了单管预热反应釜间接加热溶出技术设备。个别老

28、厂引进了管道化溶出技术与设备在一定程度上提高了溶出的技术装备水平，但一些老厂仍有一部分采用落后的蒸汽直接加热的高压溶出机组；赤泥沉降分离和洗涤设备还存在规格小、台数多、产能低、能耗高等问 题；在精液叶滤系统，既有世界先进水平的立式叶滤机，也有凯利385 m 2和道尔式440m 2大型叶滤机，还有技术落后的小型叶滤机在运行；种子分解系统，既有引进和自主开发的大型机械搅拌分解槽，也有部分小型的空气搅拌分解槽，其动力消耗高、搅拌均匀性差；在蒸发上，虽然个别厂家采用了先进的降膜式蒸发及强制排盐技术，但多数氧化铝厂仍然采用效率低、能耗高的三效自然循环和强制循环蒸发器。对于烧结法（包括混联法中的烧结法），

29、在熟料烧成技术上仍然采用能耗高、控制水平落后的湿法进料筒形回转窑加圆筒冷却机的工艺技术；而在粗液脱硅方面，既有采用间接加热连续脱硅技术的厂家，也有采用汽耗较高的蒸汽直接加热中压脱硅技术的厂家。先进的自动控制系统、信息化和网络化管理系统的开发与建设仍 处在初始阶段。从总体水平上看，我国氧化铝工业的技术装备水平与国际先进水平相比还有较大差距。 产品质量低、品种少我国氧化铝产品除个别厂家生产流程按砂状氧化铝设计外，绝大部分厂家的产品在粒度、安息角、磨损指数等物理指标上与现代铝电解和干法烟气净化的要求有一定差距。而国外的氧化铝几乎都是砂状氧化铝。我国氧化铝新品种新材料的开发工作也相对滞后，其产品较为单

30、一。目前我国化学品氧化铝生产量约占氧化铝总产量的5%，低于国外的10%；品种约有100 个，远低于国外的300多个品种。 环境保护世界各国都极为重视氧化铝生产中的环境保护 ,并进行了大量的研究工作 , 如赤泥用于 做砖、烧制水泥、各种材料的添加剂和吸收剂、修筑公路、造田等。我国氧化铝工业产出的 赤泥目前大部分采用堆存的方法 ,仅少数企业用部分赤泥作为烧制水泥的原料。另外 ,氧化铝工业的粉尘、废水、废气和生产过程中的噪音处理等问题 , 均应引起重视。随着我国工业环 境治理要求的提高和氧化铝工业生产能力的不断扩大 , 如何实现增产减污 , 保护环境 ,已成为 氧化铝工业可持续发展中需优先解决的问题

31、之一。 铝土矿选矿技术产业化带来了尾矿的综合 治理问题 , 开发尾矿的利用技术、扩大资源的综合利用程度是今后需要解决的又一个难题。 2.4.2 我国氧化铝工业发展未来趋势 围绕技术、 产品、资（能）源和环境 ,进行产业技术集成、 开发, 加强原创性技术创新 ,形成 自主的核心技术和战略技术。使主要技术经济指标达到国际先进水平 , 主导产品具有国际竞 争力。如改混联法为串联法 , 则可达到节能、降耗的效果。 采用高效节能设备 ,提高装备水平。 我国氧化铝工业已引进若干高效节能的设备 ,如间接加 热高压溶出器、 高效沉降槽、平盘过滤机、氢氧化铝沸腾焙烧炉等。今后需跟踪国外的先进 水平 ,不断引进和

32、消化国外氧化铝行业成熟的、自动化程度高的大型设备。逐步淘汰目前仍 在使用的规格小、产能低、能耗高、自动化程度低的陈旧设备。 提高产品质量。我国生产的氧化铝多为中间状氧化铝，大多数生产厂家氧化铝产品中颗粒大于45卩m达到40%以上 ,且破损系数也较大。其主要缺点为：细粉中a - Al 20 3含量大,比表面积小 ，在电解质中溶解速度慢 ， 在电解生产中容易产生沉淀。氧化铝细粉含量多 ，加料 斗中氧化铝的容量变化大 , 影响下料量的准确度。在操作或运送过程中造成飞扬损失大。细 粉含量大 , 流动性能差 , 尤其是载氟后的氧化铝 , 会在运送过程中造成困难。由于大型中间下 料预焙槽发展的需要 , 当

33、前世界上绝大多数的氧化铝厂都生产砂状氧化铝。我们也必须采取措施 , 开发适合我国氧化铝工业特点的砂状氧化铝生产技术 , 组织生产满足大型预焙槽需要 的砂状氧化铝 , 以适应电解铝厂提高效率 , 改善环保的要求。开发新品种 , 努力提高我国氧化 铝工业的产品质量 ,增加市场需求的品种。 根据我国铝土矿资源的有机物含量低 ,采用烧结法 能够生产白度较高的氧化铝产品的特点,大力发展化学品氧化铝 ,调整产品结构。 到 2005年,实现氧化铝产品全部为优质砂状氧化铝,化学品氧化铝量占氧化铝总量的 10%左右。 挖掘潜力,扩大产能,满足电解发展的需求。到2005年要使氧化铝产能达 8000 kt / a以

34、上。若要使我国氧化铝增长速度与国民经济发展水平和铝消费增长速度相适应, 仅依靠新建氧化铝厂是不现实 , 也是不可能的。 因此, 应以企业的挖潜改造 , 扩大产能为主 , 积极稳妥地发 展氧化铝工业 , 满足国民经济发展的需要。在挖掘潜力 , 扩大产能与规模的同时 , 亦可以规模 经济实现企业经济效益的增长。 加快铝土矿资源的开发。 从国内、 外两个方面入手来开发 铝土矿资源 , 首先加大国内矿产资源勘探力度 , 有效保护和合理利用国内铝土矿资源。 建立铝 土矿资源评价和管理体系。 必须以谨慎的态度 , 冷静 客观地分析和评价各地铝土矿资源从确保氧化铝工业全面协调可持续发展的角度科学论证项目发展

35、规划. 合理控制氧化铝生产规模。同时 ,注重保持氧化铝工业与所在区域的资源 能源 市场需求同步发展 .也就是说 , 既要考虑新增氧化铝产能 , 更要考虑已有氧化铝产能的可持续发展 ; 既要考虑如何获取充足 的优质资源和能源 ,更要考虑市场的需求能力 . 考虑环境影响 .交通运输保障 . 地方经济协调 发展等诸多因素 . 必须大力发展氧化铝清洁生产工艺氧化铝是我国的基础产业之一 ,是“10 种有色金属”之首铝的原材料 ,同时应用 于化工、制药、陶器及建筑材料行业 , 直接关系到国计民生的可持续发展。我国是世界上主要的氧化铝生产国 ,2002 年共生产氧化铝 541 万吨,2003 年为 590

36、万 吨,2004 年将达到 660万吨,占世界总产量的十分之一 ,然而,我国的铝土矿资源却相对贫乏 ,按 2000 年末我国审定的储量结果 , 我国铝土矿储量仅为 3.6 亿吨 , 基础储量 5 亿吨 , 资源量 18亿吨，仅占全球储量的1.5%。同时，由于国外多为A / S高的三水铝石铝土矿，美国铝业公 司、加拿大铝业公司等采用的是流程简单、能耗低的拜耳法生产工艺, 而我国的铝土矿主要为中、低品位的一水硬铝石铝土矿 ， 采用的生产工艺方法只能是流程复杂、能耗高、成本高 的烧结法或混联法。 氧化铝属于资源型工业 ， 原材料用量、 能源消耗量、 三废产生量都很大 ， 导致能源利用率很低 ， 因此

37、 ， 要实施氧化铝工业的可持续发展战略 ， 就必须实施清洁生产。积极采用新工艺新技术节省资源、能源 ， 减少或防止污染物排放 ， 改善作业环境 ， 保护员 工生命与健康 ， 实现“经济效益、环境效益、社会效益”三个目标 ， 创造良好的企业形象 ， 提 高企业的生存力和竞争力。尽管我国生产的氧化铝总量占有世界市场的 10.08%， 但由于我国氧化铝工业普遍采用 的是烧结法或混联法生产工艺 ， 流程复杂 ， 能耗、成本高 ， 资源利用率低 ， 仅为 30%左右 ， 与世 界先进水平相差十个百分点。同时 ，污染严重 ，产生大量的废水、废气、废渣等“三废”，是名副其实的排污大户。氧化铝生产中需要消耗的

38、主要资源铝土矿按 1 吨氧化铝生产需要消耗 2.2 吨铝土矿考 虑，2002 年国内消耗铝土矿资源约 1 190万吨，根据“十五”规划 ，到 2005 年，我国氧化铝生 产能力最大可达 680万吨，由此计算 2005年铝土矿的消耗量约为 1496万吨;石灰石按生产 1 吨氧化铝消耗 1.2 吨石灰石进行计算 ，2002 年共消耗石灰石 649.2 万吨 ，2005 年将最少消耗 石灰石 81 6万吨;水据统计每生产 1 吨氧化铝需耗新水 11 吨，2002 年因生产氧化铝全国共消 耗新水 5951 万吨 ，2005 年将达到 7480万吨 ; 煤是氧化铝生产的主要能源 ， 除作为工艺用煤以 外

39、， 还作为燃料为氧化铝生产提供电力、蒸汽等 ， 按 1 吨氧化铝生产需要 1.2 吨煤进行计算 ， 年需要煤 649.2 万吨。从以上的统计可以看出 ，氧化铝生产需要消耗大量的自然资源 ，是一项 高能耗的产业 ，每生产一吨氧化铝约需要消耗资源 15.6 吨，即产品与资源之比为 1:15.6， 如 果仅考虑铝土矿、石灰石、煤等具有不可再生性的一次性资源， 那么氧化铝资源利用率为27%。实施我国新的氧化铝工业资源战略是我国氧化铝工业可持续发展的关键所在 我国氧化铝工业的迅猛发展和我国铝土矿资源有限的保证程度已形成鲜明的对比。国内对氧化铝的强烈需求促使我国氧化铝规模和技术水平不断提高。但是对氧化铝生

40、产成本至关重要的铝土矿资源 ，特别是优质高品位资源已逐渐减少 ，平均保证程度少于 10 年。今后我 国氧化铝工业的发展只能建立在资源量还较充裕的中低品位铝土矿的基础上， 同时还要研究开发其他含铝资源如煤矸石等。 从铝行业角度看 ， 当前 ， 摆在我国氧化铝科技界面前最重要的 任务是 : 尽快开发相应的先进适用的生产技术 ， 以有竞争力的成本从中低品位一水硬铝石矿 生产出满足我国电解铝工业要求的高质量砂状氧化铝。 要在近年内保护我国有限的优质铝土 矿资源 ， 加紧勘探、开发新的优质铝土矿资源 ， 研究利用国外铝资源 ， 实施我国新的氧化铝工 业资源战略的同时 ，加快开发应用我国中低品位铝土矿生产

41、砂状氧化铝的高效低耗新工艺，才能实现我国氧化铝工业的可持续发展。我国氧化铝工业所采用的主要技术是联合法和烧结法， 烧结法在所有的生产能力中占48.8%， 几乎为一半。烧结法比例过高是我国氧化铝工业能耗高的最重要的原因. 各种能耗约占我国氧化铝厂生产成本的 43%，是影响成本的最重要的因素 ， 也是我国氧化铝工业与国际 氧化铝工业相比最主要的差距。 我国氧化铝厂最主要的耗能工序是 : 烧结法烧成、蒸发、拜 耳法溶出和烧结法脱硅 。按照系统节能理论的分析 ， 为大幅度降低生产能耗 ， 最重要的是降低 高耗能工序在整个生产系统中的比例; 提高整体循环效率和重要工序的产出率， 降低高耗能工序的单位能耗

42、。因此 ， 采用新技术 ， 尽可能扩大拜耳法在生产系统中的份额 ， 缩小烧结法的 比例，是系统节能最重要的方向 ，也是开发高效低耗氧化铝生产技术的最主要的技术思路。 强 化烧结法、 间接加热强化拜耳溶出、降膜蒸发、悬浮焙烧等技术的开发应用都是提高循环效率和工序产出率，降低高耗能工序单位能耗的最关键的技术。在现有的联合法中，铝土矿品位的下降必然导致烧结法比例的增大，造成能耗和成本的增高。因此，开发应用于中低品位铝土矿及煤矸石等的高效低耗新技术显得特别重要和迫切。煤矸石生态化利用是实施我国新的氧化铝工业资源战略的必然趋势。利用煤矸石生态化 提取氧化铝是实施我国新的氧化铝工业资源战略的重要组成部分，

43、也是具有竞争力的新途径新技术路线.2.5煤矸石利用技术现状与趋势2.5.1煤矸石及其危害煤矸石简称矸石，是在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量低、坚硬的黑色岩石，在煤炭生产过程中成为废弃物。它由碳质页岩、碳质砂岩、砂岩、页岩、粘土等岩石组成，矸石 的矿物成分主要是高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等。不 同地区的矸石由不同种类矿物组成，其含量相差也很悬殊。我国煤矸石的发热量多在6.3MJ/kg以下，其中 3.3-6.3MJ/kg,1.3-3.3MJ/kg 和低于1.3MJ/kg的各占30%高于6.3MJ/kg的仅占10%各地煤矸石的热值差别很大。由于煤矸石不含碳或含碳量低

44、，不能燃烧或难以燃烧，因此成为煤炭生产过程中的固体废弃物。这些废弃物在地面堆积，越积越大，就好像一座小山，因此人们形象地将堆积起来的煤矸石叫做“矸石山”。煤矸石是我国目前年排放量和累计存量最大的工业废弃物。在煤炭生产过程中，煤矸石排放量约占煤炭产量的10%每年排放量约为1亿吨左右。在煤炭洗选过程中，煤矸石约占精煤产量的30%每年排放量约 0.74亿吨。全国每年矸石排放总量约1.7亿吨，全国现有矸石山1500余座，累计存量约 34亿吨，占地面积130000多公顷。仅宁夏就有较大的矸石 山6座，积存量达2亿多吨，加上各地的小煤矿矸石堆，全区煤矸石占地面积300余公顷。这些矸石山不仅占用了大量土地，

45、还对地下水造成严重污染。由于自然降水，使煤矸石中富含的盐类经淋滤、溶解在雨水中渗入到地下，造成矸石山周围的地下水污染。煤矸石中所含的黄铁矿（FES易被空气氧化，放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风化以至自燃。矸 石自燃时放出 严重污染空气的 SO22.5 . 2利用煤矸石提取氧化铝的国内外发展简介早在二十世纪50年代，波兰克拉科夫矿质学院格日麦克教授就以高铝煤矸石和高铝矿煤灰（一二2匚】330%）为主要原材料，从中提取氧化铝和利用其残渣生产水泥，取得了研究成果，曾于1960年在波兰获得两项专利，后又在美国等10多个国家获得了专利权。70年代，匈牙利的塔尔杜在引进了波兰的专利后，消化、吸收研究格

46、日麦克塔尔杜的干法煅烧工艺也取得了专利，波兰利用粉煤灰生产氧化铝及其残渣生产水泥，也采用石灰石煅烧法。女口:格罗来维次水泥厂。年产 30万吨水泥和5500吨氢氧化铝。此外还年产 6000吨烛照型砂， 因考虑到电子、造纸、皮革的工业部门需求二.2 3逐年增加，且氧化铝供电解生产金属铝质量很好，由于生产优质氢氧化铝的经济效益好目前正进行技术改造，以期达到年产氢氧化铝1.25万吨的规模。美国采用Ames石灰烧结法，按年耗用粉煤灰（含 二.2门320%30万吨。提取率为80% 年产5万吨氧化铝和水泥 45万吨的规模，还将粉煤灰掺入铝中，提高铝的产量，降低成本 增加硬度，改善可加工性及提高耐磨性。我国从

47、粉煤灰中提取氧化铝可追溯到50年代，山东铝厂曾考虑过从粉煤灰中提取氧化铝，以后湖南、浙江等省也有单位进行过此项工作，至1980年安徽省冶金科研所和合肥水泥研究所在进行提取氧化铝和制造水泥的实验室规模的实验研究后提出用石灰石烧结碳酸 钠溶出。工艺从粉煤灰中提取氧化铝。其硅钙残渣则作水泥原料的工艺路线，于1982年3月通过专家鉴定。安徽省电力局科技处也已完成“从粉煤灰中提取氧化铝并生产一：-C2S胶凝材料的方法”的实验室试验项目，该成果已于1989年1月公开，并建立一条年产1000吨A （OH）3和5000吨一：-C2S的中试线。宁夏建材研究所采取碱-石灰烧结法。将粉煤灰和石灰、碳酸钠经高温烧结成

48、可溶性的 铝酸钠及不溶性的硅酸钙等矿物，二者分离后制得氧化铝并回收碱，残渣亦用作硅酸盐水泥原料，该试验亦已于 1987年9月由宁夏区科委组织通过鉴定。此外，河南省平顶出市第一建材厂利用粉煤灰冶炼铝合金等取得成功。每吨铝硅合金 售价约6000元左右，该合金可用作炼镁还原剂，使每吨镁成本降低1200元以上，可作炼钢脱氧剂，使每吨钢成本下降 40元左右。我国目前所用炼钢脱氧剂为工业炉熔化多晶硅和铝 锭，每年生产6000万吨钢，如果用从粉煤灰中制取的铝合金，则每年可节约铝锭 3万吨（合1亿元），可利用粉煤灰60万吨，降低成本达 24亿元。此外，二十世纪90年，我国出现了几个从煤矸石提取氧化铝的专利报道

49、。但是大部分 处于实验室研究，只有在甘肃、山东、山西等地采用硫酸加压法从煤系高岭石中提取氧化铝 制备硫酸铝，生产规模在数千到万吨，产生了较好的经济效益。2.5.3煤矸石为原料提取氧化铝的几种技术路线比较分析煤矸石中若含有 20% 35%勺氧化铝，就是制备Al （ OH ）3、A1 20 3的很好资源。 但目前煤矸石绝大多数都是用来发电、生产砖、空心砌块等建材，利用价值较低。煤矸石中的主要矿物相为高岭石 （Al 20 3 -2S1O 2 -2 H 2 O ）与石英（SiO 2）,高岭石具有单层网 结构，即由1层水铝石和1层硅氧体结合而成，单网层间由氢键相联，其中氧化铝的活性差， 要从高岭石中提取

50、氧化铝十分困难。为从煤矸石中提取氧化铝，需将煤矸石进行矿物改性处理，使高岭石中的氧化铝成为活性氧化铝是常用的方法。目前报道的以煤矸石为原料提取氧化铝的方法有酸法、碱法、混盐法、电铝水泥法四 类。前三中方法文献报道的多是煤系高岭岩为原料（此种原料中氧化铝含量可以高达 36%-40% ,第四种方法是煤矸石发电后利用粉煤灰作原料的碱石灰烧结法工艺（拜耳法的变种）。 酸法即先通过高温焙烧活化矸石，然后用盐酸或硫酸等先提取铝盐，如氯化铝、硫酸铝、铵明矶等，再将铝盐煅烧后可得到氧化铝 ；如专利号为94113062,“用煤矸石制备氢氧化铝 工艺”该法的氧化铝提取铝一般较低，在20-40%，且对不同地区的煤矸

51、石而言提取率差别很大。由于其要高温煅烧、提取率低等缺陷，实际生产应用的意义不大。另有 申请号91110937, 发明名称 用煤矸石生产硫酸铝的方法该法的氧化铝提取率在 50-60%，且对优质煤矸石-煤系高岭石即含碳、铁很低，而氧 化铝含量较高（一般大于38%的煤矸石较好，对其他储量最大的劣质煤矸石来讲，该法与上述方法差异不大；由于优质煤矸石-煤系高岭石资源十分有限，加之将其高温煅烧后改性处理即可作为工业填料利用，因此该法的竞争力不强。 碱法即用碱性物质来提取 Al 2O3, 常见的有：碱石灰烧结法和硫化物法。硫化物法类似于拜耳法生产Al 2Q,Na2S等能有选择性地溶解 Al 2Q,并在很大程

52、度上抑制SiO2的溶解，但该法在碳酸化时放出 H2S, 环境污染较严重 , 目前此法仍处于实验室阶段。石灰石烧结法类似于铝矶土烧结法制AI2O,但由于煤系高岭岩含SiO2高而需要消耗大量石灰石并增加燃料消耗 , 还产生大量赤泥渣。 石灰烧结法要求原料中的 Al/Si4, 当原料中 的SiQ含量较低时,AI 2C3实际溶出率与理论溶出率相符，但当原料中的SiO2含量较高时,AI 2Q实际溶出率比理论溶出率低较多，且随原料SiO2含量增高,AI 2O溶出率更加降低。煤系高岭岩含SiO246%,其Al/Si为1.0左右,不满足烧结法对原料的要求 ，煤系高岭岩直接采用烧结 法提取AI2Q时,由于SiO

53、2含量高而使得 AI2Q溶出率很低，小于45%故而需要将煤系高岭岩 进行预脱硅处理，使其AI/Si提高到4以上,再用烧结法提取 AI2Q,可以大大提高 AI2Q的提 取率。但同时耗能增加，工艺复杂化。大量文献报道以及我们的研究表明， 该法还存在一个很大缺陷： 即对原料矸石中铁含 量要求较高，一般要低于 1.8 时氧化铝提取铝才能达到80%左右，否则提取率在 25-50%之间。一般煤系高岭岩经 1000 C、30min焙烧活化后，以15%NaOH溶液对其进行脱硅处理， 选用适当的助剂，可在液固比为5ml/g、90C、90min的条件下获得70%右的脱硅率。使高 岭岩的 AI/Si 由 0.96

54、提高到 4.88, 满足了碱石灰烧结法对原料 AI/Si 的要求。然后，同样 采用碱石灰烧结法提取氧化铝，在1150C下烧结60min后，饱和生料的AHO提取率由煤系高岭岩的 45%提高到精矿的 89%。预脱硅处理将高岭岩的氧化铝提取率提高了近一倍。目前此 法仍处于实验室阶段。 薛茹君，从煤系高岭岩中提取氧化铝，第 23 卷 第 4 期,46-50 安 徽理工大学学报 （ 自然科学版 ） 2003 ，VoI.23 ，No4在碱石灰石烧结法中，有文献报道氧化铝活化过程中巧妙地利用C2S晶相转变产生的体积膨胀 , 造成硅酸二钙连同其它矿物一起粉化 （ 自粉化 ）, 省去了传统的粉磨工序 , 可节省

55、 电能，而且化学粉碎形成的粉末比机械粉磨的粉末更细，有利于以NaAlO 2形式提取铝组分。也有人报道了用高效分散剂碳化法制备超细氢氧化铝 ， 提取率大于 80%。该法的缺点是：活化氧化铝要使用大量的石灰石、纯碱，致使高温活化这一关键环节 工艺难以控制，耗能高，设备投资大，且对原料矸石中铁含量有较高要求，因此使工艺 温定性降低，生产的风险加大，目前仍处在小试阶段。 混盐法该法对煤矸石中氧化铝的的提取铝在50-60%左右，提取率不高，且硫酸铵损失较大，综合成本高于酸法，未见工业化的报道。 煤矸石发电后利用粉煤灰作原料的碱石灰烧结法工艺 内蒙古蒙西高新技术集团有限公司 2002 年提出了申请号为 0

56、2116060，发明名称为“综合利用煤矸石联产电、铝、水泥生产工艺” ，该专利的基本内容是：公开了一种综合利用煤矸石联产电、铝、水泥生产工艺。是利用煤矸石为原料，将发电、 制铝和水泥生产结合起来， 发出的电力供电解铝使用， 电厂废料粉煤灰为制铝原料， 经破碎、 煅烧、浸取、过滤、脱硅、碳分等工序生产氧化铝；利用生产氧化铝过程中产生的硅钙渣为 原料生产水泥。是一种变废为宝、符合可持续发展产业政策的新技术路线。具我们的实地考察，该专利于 2004年 6月完成了中试并通过了鉴定。该公司按照循环经 济的理念，计划在园区内建设20万吨/年生产线，预计投资约 20亿。该法生产氧化铝的原材料成本约 1800

57、元（有自备煤矿、石灰石矿，配套原料运距短且来源充足，电价便宜等外 部优势）。该法从技术上分析没有独特之处， 只是采用循环经济的模式对现有技术进行集合、 综 合，并在一个园区内统筹考虑，生产要素的优化较好，技术路线的外部优势明显，因而有 很强竞争力。但是不足之处在于：技术工艺的能耗高、工艺不易控制等技术问题并没有根 本解决，同时项目的设备投资大，即固定资产投资很大，一般企业难以承受，市场风险明 显增大。 若加上设备折旧等， 该法实际生产成本估计在 2000元左右， 而售价在 3800元/吨， 有较好的市场空间。 利用煤矸石生产铝盐和硅酸盐的综合工艺方法中国专利(申请号 00112070 )报道了“利用煤矸石生产铝盐和硅酸盐工艺方法” ，其 特征在于采用碱熔-水解-碳化-苛化工艺生产铝盐、硅酸盐及沉淀碳酸钙：(1)将煤矸石粉碎后焙烧除碳、 活化， 焙烧产生的烟道气及下面其他工艺段加热用燃煤炉产热。 该法是 碱熔水解碳化苛化及相应的酸溶、 碱溶工艺的综合， 可以得到氢氧化铝和硅酸， 由此 延伸开发种类规格灵活敏多的铝盐和硅酸盐。该法是几种方法的综合，技术复杂，尚未见大规模生产的报道。 本科技攻关的自主知识产权新技术本课题组开发的 2 种新技术 ,