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高鋁粉煤灰全部高附加值資源化實(shí)用技術(shù)

1 成果簡(jiǎn)介我國(guó)內(nèi)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(dá) 40-50%，是一種十分寶貴的具有較高經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值的潛在含鋁資源，尤其在我國(guó)現(xiàn)今面臨日益匱乏的鋁土礦資源情勢(shì)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(duì)內(nèi)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(dāng)?shù)嘏欧帕孔畲蟮墓I(yè)廢渣。其中極少部分通過建設(shè)粉煤灰貯存庫(kù)進(jìn)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(kù)，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(nèi)蒙古兩地亟待解決的社會(huì)和環(huán)境問題。針對(duì)上述高鋁粉煤灰資源化潛力和現(xiàn)狀，國(guó)家發(fā)展改革委組織有關(guān)方面于 2011 年編制并印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)高鋁粉煤灰資源開發(fā)利用的指導(dǎo)意見》，提出積極開拓高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁這一新領(lǐng)域，促使資源最大化，對(duì)于增加國(guó)內(nèi)鋁資源供給、保障鋁產(chǎn)業(yè)安全，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約寶貴的土地資源，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義，同時(shí)也對(duì)減少或者消除因粉煤灰而產(chǎn)生的中國(guó)東部地區(qū)嚴(yán)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(shù)，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(chǎng)需求量很大的冶金級(jí)氧化鋁（僅國(guó)內(nèi)每年的市場(chǎng)容量就超過 1200 億人民幣）及高經(jīng)濟(jì)附加值的特種氧化鋁，同時(shí)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(chǎng)價(jià)格很高的白炭黑，最終實(shí)現(xiàn)高鋁粉煤灰的全部高附加值利用。該技術(shù)的特點(diǎn)如下：流程簡(jiǎn)單，不需要添加石灰石等，避免了相關(guān)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(jià)格為高于 3000 元/噸的白炭黑。2 應(yīng)用說明該技術(shù)主要適用于高鋁粉煤灰高附加值資源化，但原料可以擴(kuò)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(yùn)含的資源。3 效益分析目前我國(guó)高鋁粉煤灰的堆存量超過 3 億噸，僅內(nèi)蒙古托克托電廠每年新產(chǎn)生的高鋁粉煤灰就達(dá)到 500 萬噸。假設(shè)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(chǎng)價(jià)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(jí)氧化鋁生產(chǎn)線，年產(chǎn)量為 51 萬噸，僅冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)品產(chǎn)值即可達(dá)到 14 億元，而副產(chǎn)品白炭黑的產(chǎn)值亦可達(dá)到約 15 億元。經(jīng)過前期設(shè)備考察，總投資預(yù)計(jì)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(shù)的開發(fā)和推廣，可以大大加速我國(guó)高鋁粉煤灰高附加值資源化利用的進(jìn)程，顯著降低高鋁粉煤灰?guī)淼拇髿夂偷叵滤廴尽４送?，由該新技術(shù)推廣而衍生的試劑回收成套設(shè)備生產(chǎn)也將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。綜上所述，該技術(shù)的全面推廣，將有助于整體提升我國(guó)高鋁粉煤灰資源化利用水平，一定程度上擺脫我國(guó)對(duì)國(guó)外進(jìn)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(jì)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

清華大學(xué) 2021-04-13

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