杜杰
摘 要：文章介绍了神华准格尔矿区粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化铝工艺技术及中试进展，并对粉煤灰综合利用项目的产品前景进行了分析研究，指出了准格尔矿区粉煤灰综合利用项目的广阔前景。
关键词：粉煤灰；一步酸溶法；循环经济；中试项目；产品前景
随着经济发展，我国燃煤机组不断增加，粉煤灰排放量急剧增长，随意堆放粉煤灰会对土地资源、水资源、居民的生活环境等方面造成极大的污染或损害。因此，从粉煤灰中提取氧化铝、镓及其他资源，不但可以实现资源回收再利用，而且可以减少粉煤灰对资源及环境造成的污染，具有非常积极的经济和社会意义。
1 “一步酸溶法”工艺流程及中试进展
1.1 准格尔矿区的粉煤灰及其成分
准格尔矿区拥有丰富、优质的煤炭资源，煤炭资源探明储备总量共计258亿吨。煤层中伴生的氧化铝和镓含量高、分布广、总储量大。高铝、富镓煤炭经过火力发电厂循环流化床锅炉燃烧后生成的粉煤灰，灰中氧化铝含量经检测高达40%-50%，相当于中级品位铝土矿中氧化铝的含量，同时粉煤灰中镓的检测含量可达89g/t，不论是氧化铝还是金属镓都具有可观的回收价值。
准格尔矿区燃煤电厂粉煤灰主要成分包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、K2O、Na2O、CaO、MgO、Ga2O3等。
1.2 “一步酸溶法”工艺流程介绍
“一步酸溶法”粉煤灰综合利用工业化工艺技术的生产系统由配料、溶出、分离沉降洗涤及净化除杂、蒸发结晶、焙烧、酸回收六个主体工序组成。工艺流程可归纳为：粉煤灰与储酸罐中的盐酸及冷凝水按一定比例配料，合格的成品料浆送至溶出工序进行溶出反应；酸溶出后料浆送至分离洗涤及净化工序，滤饼用于进行白泥资源化利用，生产硅系列产品；滤液经过除杂之后得到氯化铝溶液，除杂洗脱液进入镓回收系统提取镓，提镓后产生的废液经过废水处理系统加工之后生产铁红；氯化铝溶液经由浓缩结晶及高温焙烧之后得到氧化铝成品，氧化铝将来用于电解，电解出来的铝水在熔融状态下直供铝材加工厂生产铝型材；高温焙烧时产生的氯化氢气体和水蒸气由HCL吸收系统吸收后，形成一定浓度的盐酸溶液，送至盐酸储罐作为配料盐酸循环使用。[1]
1.3 “一步酸溶法”中试项目进展与成果
神华集团以“一步酸溶法”工艺技术为核心，通过中试试验、科研等方式取得的成果来规划建设循环经济产业项目。氧化铝中试厂建立目的是通过开展一系列工业化中试研究，得到包括工艺参数、设备选型选材、环保生产与排放以及过程控制等在内的完整且系统的“一步酸溶法”粉煤灰综合开发利用工业化工艺技术。
“一步酸溶法”工艺技术研究及其工业化中试装置开发项目通过了中国有色金属工业协会和中国煤炭工业协会的科技成果鉴定，鉴定报告认为该技术属于世界首创，处于国际领先水平。
2 主要产品前景分析
氧化铝中试厂以燃煤电厂粉煤灰为原料，采用“一步酸溶法”生产氧化铝，副产品主要有镓、白泥基二氧化硅等。
2.1 氧化铝产品前景分析
目前，国内根据铝土矿品位的不同，主要采用拜耳法生产氧化铝。“一步酸溶法”生产氧化铝与拜耳法生产氧化铝相比，具有如下明显优势。
原料成本优势：工厂生产氧化铝的原料是坑口电厂外排的粉煤灰，属于工业废渣，氧化铝生产装置建设在电厂旁，具有原材料零成本和运输成本低的特点。拜耳法生产氧化铝的原料是国产或进口的铝土矿石，这些矿石的价格受地区、交通运输、市场供求变化等因素的影响很大。所以，“一步酸溶法”生产氧化铝具有非常明显的成本优势。
工艺流程优势：“一步酸溶法”工艺主要包括配料、溶出、分离沉降洗涤及净化除杂、蒸发结晶、焙烧、酸回收六个主体工序，而拜耳法生产氧化铝的主要工序有破碎、湿磨、溶出、稀释、沉降分离、赤泥洗涤、晶种分解、煅烧、蒸发和苛化等。两者相比较就不难发现“一步酸溶法”工艺具有的流程短、酸循环利用、技术条件宽泛等特点。
经济效应优势：氧化铝厂和电解铝厂的就近建成投产可以有效提高坑口电厂的发电小时数，降低发电成本，增加发电利润；氧化铝厂把粉煤灰作为生产原料，不仅可以节省粉煤灰堆放用地，还可以节约因治理灰渣堆场所花费的环保费用。
社会效益优势：我国因铝土矿储量少，铝资源相对不足使得对外进口依存度较高。这几年随着铝土矿进口量的不断矿大，进口矿石的价格也不断提高。[3]粉煤灰综合利用项目的开展，将有助于缓解我国在铝资源短缺方面的压力，同时也可显著提高企业自身的竞争能力。
2.2 金属镓产品前景分析
目前世界90%以上的原生镓都是在生产氧化铝过程中提取的。这种综合利用方式不但增加了矿产资源的附加值，而且减少了废弃物“赤泥”造成的污染，非常符合把清洁生产和废弃物利用融为一体的循环经济原则。
镓在1875年被科学家布瓦邦德朗发现，他将此物质命名为gallium，元素符号定为Ga。镓由于熔点很低、沸点很高、良好的超导性、延展性以及优良的热缩冷胀性能而被广泛应用到半导体、太阳能、合金、材料制造、石油化工、医学等领域，被誉为“电子工业脊梁”。
金属镓按镓含量分为5N、6N、7N和8N共四种级别。随着镓下游应用行业的快速发展，尤其是半导体行业和太阳能电池行业，未来金属镓需求也将稳步增长。我国已在2011年将镓列为战略储备金属，在“十二五”规划期间就把高纯镓的高效利用技术列入科技支撑计划，并将在“十三五”规划期间继续储备大量镓作为战略储备金属。
2.3 硅系列产品前景分析
粉煤灰酸法提铝残渣的主要化学成分是SiO2，含量可达90%以上，此外还含有少量的Fe2O3、K2O、Na2O、TiO2、Al2O3、MgO、CaO等杂质成分。具有氧化硅含量高、氧化铁含量低、细度较细，化学活性好的特点。目前，粉煤灰提取铝残渣的综合再利用研究处于实验室阶段，还需进一步掌握其各项物理化学性质来制造产品。粉煤灰提铝残渣实验的研究方向主要集中于制备硅系列产品，比如白炭黑、塑料填料、橡胶填料、加气混凝土砌块、发泡水泥保温板等化工建材产品。粉煤灰提铝残渣的资源化利用不但可以实现对粉煤灰中硅资源的有效利用，而且可以缓解因残渣排放堆积带来的二次污染，是煤炭伴生资源循环经济体系中一个重要的环节。[4]
3 结束语
神华准能集团公司粉煤灰综合利用项目符合国家正在实施的节能减排、循环经济、可持续发展的战略，也得到了国家和地方产业发展政策与财政的大力支持。通过粉煤灰制取氧化铝及其他附属产品的研发成果，项目将逐步延伸出一条集合“劣质煤及煤矸石-配套电厂-粉煤灰-氧化铝（镓、铁红、硅系列产品等）-电解铝-铝型材”的一体化完整循环经济产业链。随着项目的不断发展壮大，各项产品将在拥有广阔的市场前景。准格尔矿区煤炭伴生资源循环经济项目的成功将对地区乃至于国家的经济和社会发展具有重要的战略意义。
参考文献
[1]郭昭华.粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化铝工艺技术及工业化发展研究[J].煤炭工程，2015，47（07）：5-8.
[2]高荣，郭建民，云冬冬，等.电厂粉煤灰提取氧化铝的发展前景[J].煤炭加工与综合利用，2013（02）：65-69.
[3]2010内蒙古煤炭工业科学发展高层论坛论文集[C].
[4]王永旺，房现阁，郭昭华，等.粉煤灰提铝残渣资源化应用研究进展[J].露天采矿技术，2013（06）：81-84.
