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高鋁粉煤灰全部高附加值資源化實用技術

1 成果簡介我國內蒙古中西部和山西北部等地區(qū)的煤炭資源賦存豐富的含鋁礦物（主要是伯姆石），用于燃燒發(fā)電后產(chǎn)生的粉煤灰中氧化鋁含量高達 40-50%，是一種十分寶貴的具有較高經(jīng)濟開發(fā)價值的潛在含鋁資源，尤其在我國現(xiàn)今面臨日益匱乏的鋁土礦資源情勢下，甚至具有作為鋁土礦替代資源生產(chǎn)氧化鋁以保障鋁產(chǎn)業(yè)安全的重要意義。然而，現(xiàn)今對內蒙古和山西兩地的高鋁粉煤灰的鋁資源開發(fā)利用十分有限，截至目前，歷史堆存量已經(jīng)超過兩億噸，成為當?shù)嘏欧帕孔畲蟮墓I(yè)廢渣。其中極少部分通過建設粉煤灰貯存庫進行較規(guī)范的貯存，如山西朔州建成貯存能力 1 億噸高鋁粉煤灰貯存庫，絕大部分高鋁粉煤灰露天堆積于曠野、平地，不僅占用寶貴的土地資源，而且給周邊生態(tài)和居民健康帶來較大的環(huán)境安全隱患，如大氣粉塵污染、水體污染、土壤鹽堿化等。因而高鋁粉煤灰的消納和處理，尤其是高鋁粉煤灰的高附加值資源化利用，已經(jīng)成為山西、內蒙古兩地亟待解決的社會和環(huán)境問題。針對上述高鋁粉煤灰資源化潛力和現(xiàn)狀，國家發(fā)展改革委組織有關方面于 2011 年編制并印發(fā)了《關于加強高鋁粉煤灰資源開發(fā)利用的指導意見》，提出積極開拓高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁這一新領域，促使資源最大化，對于增加國內鋁資源供給、保障鋁產(chǎn)業(yè)安全，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、保護生態(tài)環(huán)境、節(jié)約寶貴的土地資源，促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義，同時也對減少或者消除因粉煤灰而產(chǎn)生的中國東部地區(qū)嚴重的霧霾等環(huán)境問題具有積極的意義。在上述背景下，我們研發(fā)并提出了該技術，旨在以低于傳統(tǒng)鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的平均行業(yè)成本，高效回收高鋁粉煤灰中的鋁資源，以生產(chǎn)市場需求量很大的冶金級氧化鋁（僅國內每年的市場容量就超過 1200 億人民幣）及高經(jīng)濟附加值的特種氧化鋁，同時不造成資源的二次大量消耗，不帶來環(huán)境的二次污染，提取氧化鋁以后產(chǎn)生的尾渣為純度高于 99% 的二氧化硅，為市場價格很高的白炭黑，最終實現(xiàn)高鋁粉煤灰的全部高附加值利用。該技術的特點如下：流程簡單，不需要添加石灰石等，避免了相關開采帶來的生態(tài)和環(huán)境破壞；成本低，氧化鋁單位生產(chǎn)成本不超過 1000 元/噸，是目前鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁成本的1/3 到 1/2；尾渣量少，且中氧化硅含量超過 99%，經(jīng)過篩分，就可以得到價格為高于 3000 元/噸的白炭黑。2 應用說明該技術主要適用于高鋁粉煤灰高附加值資源化，但原料可以擴展至低品位鋁土礦、霞石礦等。采用低能耗、低成本的方式，回收其中蘊含的資源。3 效益分析目前我國高鋁粉煤灰的堆存量超過 3 億噸，僅內蒙古托克托電廠每年新產(chǎn)生的高鋁粉煤灰就達到 500 萬噸。假設高鋁粉煤灰中氧化鋁平均含量 40%，總體回收率 90%，氧化鋁市場價格 2600 元/噸，若建成處理能力為 150 萬噸/年的高鋁粉煤灰回收氧化鋁生產(chǎn)冶金級氧化鋁生產(chǎn)線，年產(chǎn)量為 51 萬噸，僅冶金級氧化鋁產(chǎn)品產(chǎn)值即可達到 14 億元，而副產(chǎn)品白炭黑的產(chǎn)值亦可達到約 15 億元。經(jīng)過前期設備考察，總投資預計不超過 10 億元，投資額度僅為以鋁土礦為原料的產(chǎn)能相同的生產(chǎn)氧化鋁工藝的投資額的 1/3。該技術的開發(fā)和推廣，可以大大加速我國高鋁粉煤灰高附加值資源化利用的進程，顯著降低高鋁粉煤灰?guī)淼拇髿夂偷叵滤廴尽４送猓稍撔录夹g推廣而衍生的試劑回收成套設備生產(chǎn)也將帶來可觀的經(jīng)濟和社會效益。綜上所述，該技術的全面推廣，將有助于整體提升我國高鋁粉煤灰資源化利用水平，一定程度上擺脫我國對國外進口鋁土礦的依賴，保障鋁產(chǎn)業(yè)安全，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，促進區(qū)域經(jīng)濟與環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調發(fā)展。

清華大學 2021-04-13

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