年产2万吨特材冶炼灰渣综合利用工程投资可行性研究报告.doc

三门峡神源镓业有限公司 每年二万吨特材冶炼灰渣综合利用工程
目 录
第1章 总论 1
1.1 项目名称及承办单位 1
1.2 可行性研究报告编制单位 1
1.3 编制依据和范围 1
1.4 项目提出的背景 2
1.5 项目实施的意义 3
1.6 项目承办单位 3
1.7 项目基本情况 3
第2章 项目背景与市场分析 6
2.1 项目背景 6
2.2 项目产品的生产现状与市场分析 8
第3章 项目技术情况 12
3.1 灰渣的处理技术概况 12
3.2 金属镓的生产技术概况 12
3.3 硫酸铝钾的生产技术概况 13
3.4 本项目的湿法清洁浸出技术简述 13
第4章 项目选择与建设条件 15
4.1 建设规模与产品方案 15
4.2 项目场址与建设条件 15
4.3 基础设施条件 17
第5章 工程技术方案 18
5.1 生产工艺的设计原则 18
5.2 项目组成 18
5.3 生产工艺 19
5.4 主要生产设备 21
5.5物料平衡计算 22
5.6 与现有氧化铝厂提镓生产方法的比较 22
5.7 项目技术优越性 24
第6章 总图运输与公用辅助工程 25
6.1 总图布置 25
6.2 土建工程 26
6.3 公用工程 27
6.4 消防设计 30
7 节能、节水 34
7.1 设计依据 34
7.2 节能原则 34
7.3 节能措施综述 34
7.4 节水措施 36
7.5 节能管理 36
7.6 设备节能管理 36
第8章 环境保护 37
8.1 设计依据 37
8.2 施工期 37
8.3 运营期 38
8.4 绿化 38
8.5 环境管理及环境监测计划 38
第9章 组织机构与劳动定员 40
9.1 企业管理组织 40
9.2 劳动定员 40
9.3工作制度 40
9.4 劳动生产制 40
9.5 企业管理 41
9.6 保密制度 41
第10章 职业安全卫生与消防 42
10.1 设计依据 42
10.2 生产过程中危害因素处置 42
10.3 职业安全卫生措施 43
10.4 预期效果及建议 44
10.5 消防 45
第11章 投资估算及资金筹措 46
11.1 投资估算 46
11.2 资金筹措 47
第12章 项目预期目标 48
12.1 预期技术指标 48
12.2 经济效益 48
12.3 社会效益 48
第13章 经济评价 49
13.1 评价依据 49
13.2 费用与效益估算 49
13.3 财务分析 51
13.4 不确定性分析 52
13.5 财务评价结论 53
13.6 项目实施风险评价 53

附图：总平面布置图

49
第1章 总论
1.1 项目名称及承办单位
1.1.1 项目名称
项目名称：特材冶炼灰渣综合利用工程
主要产品：金属镓、硫酸铝钾、白炭黑（二氧化硅）
生产规模：2万吨废渣/年
1.1.2 项目承办单位及法人代表
项目承办单位： 三门峡神源镓业有限公司
法人代表： 任卫东
1.1.3 项目拟建地点
三门峡市产业集聚区三门峡神源镓业厂区

1.2 可行性研究报告编制单位
编制单位：大连化工研究设计院
证书编号：工咨甲20720070005

1.3 编制依据和范围
1.3.1 依据
1、项目承办单位编制本项目可行性研究报告的委托书；
2、《中华人民共和国循环经济促进法》；
3、《中华人民共和国清洁生产促进法》；
4、国家发展改革委关于印发“十二五”资源综合利用指导意见和大宗固体废物综合利用实施方案的通知（发改环资[2011]2919号）；
5、《关于发布实施〈促进产业结构调整暂行规定〉的决定》（国发〔2005〕40 号）；
6、《关于加快推进产能过剩行业结构调整的通知》（国发〔2006〕11 号）；
7、《国务院关于印发有色金属产业调整和振兴规划的通知》（国发〔2009〕14 号）；
8、《河南省人民政府关于印发河南省有色金属产业调整振兴规划的通知》（豫政〔2009〕73 号）；
9、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》。
1.3.2 范围
根据国家对建设项目可行性研究报告的工作范围和深度规定，本可行性研究报告对项目建设的概况、建设的必要性、建设条件和厂址方案、工程分析、清洁生产、技术方案、工程设计、环境保护与安全卫生、生产组织与劳动定员、项目管理与实施进度、工程招标与投标方案、投资估算与资金筹措、经济评价、工程效益等方面进行了分析论证，为项目的决策和建设提供依据。

1.4 项目提出的背景
十余年来，国内棕刚玉产量大幅度增长，大量未处理烟灰无组织排放，造成较严重粉尘环境污染。近年来在国家相继出台各项环境保护的法律法规后，各棕刚玉生产企业均配建烟尘收集设备，但至今大部分企业仍然将收集后的烟尘作为工业垃圾倒置，造成环境污染。
根据棕刚玉生产原料的不同，其烟尘中含有0.15-0.2%的镓、10-15%的钾、50%左右的二氧化硅以及20-30%的氧化铝。近年来镓的市场需求大幅增涨，同时，钾是我国短缺资源，也有很大的市场需求。本项目处理此烟尘具有显著的经济效益和社会效益，在国家重点进行产业结构调整的背景下，本项目工业化符合国家资源综合利用、节能减排等清洁生产技术研发的指导方向。
中科院过程研究所近年来专注于化工和湿法冶金行业的清洁生产技术的研究与开发，并取得了一些核心技术，其中含镓特材烟尘的综合利用清洁生产技术，在试验室获得重大突破性成功，利用该项创新技术，可以实现特材烟尘中镓、钾等资源的高效清洁利用，为我国冶金烟尘废弃物的资源化利用提出了一条新的工艺路线。

1.5 项目实施的意义
1、为我国棕刚玉烟尘的资源化利用开辟了新的方法。该工程项目成功实施后，棕刚玉烟尘可以得到高效利用，镓的综合回收率均达到80%以上，余渣主要是二氧化硅，可用于提取超细白炭黑（二氧化硅）。
2、近年来国家对工业粉尘污染防治技术的研究高度重视，该项目实施成功，可以冶金烟尘废弃物的资源化利用提供新的事例。同时，拓展了我国镓、钾的资源。

1.6 项目承办单位
三门峡神源镓业有限公司是一家为处理三门峡区域众多的棕刚玉生产企业排放的大量烟尘于2011年11月成立的民营股份制新公司。公司位于三门峡市产业集聚区。该公司团队由具有丰富工业企业管理与清洁冶金技术生产经验的团队组成。该公司秉承循环经济理念，走资源综合利用之路，充分利用废弃灰渣，将环保产业链延伸到冶金材料领域。

1.7 项目基本情况
1.7.1 项目建设的必要性
棕刚玉是一种重要的工业原材料。它是普通磨料的主要品种，在磨料、磨具和磨削工业中一直处于量大面广的地位。由于棕刚玉具有熔点高以及化学稳定性、热稳定性和高温稳定性高等多种优良特性，因而也被广泛用于冶金、化工、建材、轻工、交通及耐火材料等非磨削领域。《国外一些工业发达国家，棕刚玉的非磨削用量已经超过了磨削用量 我国棕刚玉的年产量约50万吨，主要集中在贵州、河南、山东等铝土矿产地，其中贵州的年产量占全国年产量的35％ 左右。
棕刚玉是以高铝钒土为原料，以优质无烟煤和铁屑为配料，在电弧炉内经2000℃ 高温冶炼而成的。在高温冶炼过程中，烟气排放量很大，而且烟尘浓度高。如在一台7500kvA的电弧炉的生产过程中，如果没有收尘处理，则排放的烟尘浓度在1500mg／m3以上．是国家规定排放标准100mg／m3的l5倍。大量高浓度烟尘的排放，对生态环境造成严重危害。因此，国外棕刚玉冶炼炉均设除尘系统。我国新建的大型棕刚玉冶炼炉也设计了除尘系统 ，一些原未安装除尘系统的老企业也在逐步安装除尘系统。随着除尘系统投人运行，大量烟尘的收集及堆放将给工厂造成新的危害。因而，棕刚玉烟尘回收并实现其综合回收利用，有着重要的经济价值和保护生态环境的意义。
我国棕刚玉主要生产企业近200家，主要位于高品位铝土矿资源较丰富的河南省、山西省与贵州省。其中河南省即有140余家，拥有从1200～ 10000kVA不同功率的冶炼炉200余台，年产能约为200万吨以上，占全国的66％以上，达到全球产能的40％。河南成为名符其实的棕刚玉生产大省。同时，河南省的棕刚玉生产企业主要位于三门峡，以及登封及伊川地区，因此在三门峡地区建设棕刚玉烟尘综合利用工程项目，对解决其环境污染十分必要。
1.7.2 主要建设内容
本项目采用湿法浸出综合回收棕刚玉烟尘中的铝、钾、镓等有价元素的清洁生产新技术，建设一条年处理2万吨刚玉烟尘的生产线，具体包括：原液配置、溶出、硫酸铝钾结晶与分离、结晶后液中和及碱液沉镓、富镓沉淀碱溶、镓液净化、镓电解、余渣中二氧化硅碱溶后硫酸中和制取白炭黑、硫酸钙回收等工段，以及循环水等公用工程。生产所需高压蒸汽由本项目所在的三门峡市产业聚集区集中提供，不建蒸汽烧炉。
1.7.3 总投资及资金来源
项目总投资12260万元，所需资金全部由项目承办单位自筹解决。
1.7.4 主要技术经济指标
主要技术经济指标表
主要技术经济指标表
序号
指标名称
单位
数据
备注
I
技术数据

1
产品产量

1.1
金属镓
kg/年
21000

1.2
硫酸铝钾
t/年
30000

1.3
二氧化硅
t/年
8000

1.4
硫酸钙
t/年
2000

II
经济数据

1
总投资
万元
12260

2
资金筹措
其中：自有资金
银行借款
万元
万元
万元
8582
3678

3
经营收入
万元
14200
年平均
4
补贴收入
万元
0
年平均
5
总成本费用
万元
5680
年平均
6
利润总额
万元
8520
年平均
7
增值税
万元
1494.7
年平均
8
税金及附加
万元
149.47
年平均
9
所得税
万元
1831.80
年平均
10
净利润（税后利润）
万元
7025.3
年平均
III
财务评价指标

1.1
项目资本金内部收益率
%
70.5
所得税后
1.2
总投资收益率
%
23.29

1.3
资本金净利润率
%
39.32

2
偿债能力分析

2.1
资产负债率
％
40.77
年平均
3
盈亏平衡点（BEP）
％
56.02

第2章 项目背景与市场分析
2.1 项目背景
目前，全国棕刚玉的产能已达300万吨，产量超200万吨，河南省的产量已占全国的55%以上，而河南省的棕刚玉的生产企业又集中在三门峡、登封和伊川三地。近年来根据各地环保政策的要求，各棕刚玉生产企业收集的总计超过2万吨以上的烟灰堆存造成严重的污染。本项目利用新开发的湿法浸出技术综合回收其中的镓、氧化钾与氧化铝，余渣可用于做建筑用原料，实现其全部的综合利用。生产过程无废渣、废水排放。其产品金属镓、硫酸铝钾、白炭黑等均有较广泛的市场需求，本项目可望取得预期的经济效益。
2.1.1 金属镓的性质及用途
镓为银白色金属，质软，性脆，在空气中稳定，熔点29.78℃，沸点2403℃，密度5.907g/L。金属镓的凝固点很低，液态镓转变为固态时，膨胀率为3.1%。纯液态镓冷冻时会出现明显的过冷现象，因此可以在过冷条件下几天不结晶。镓是两性金属元素，镓及其氢化物既可溶于酸，也能溶于碱。镓元素主要有+1与+3价氧化态，第一电离能为5.999电子伏特。镓的化学活性低于铝。常温下，镓与氧和水均不发生反应，但在高温下，可被氧或硫分别氧化为+3价化合物。镓在常温下可与氟、氯、溴等反应生成三价或一价化合物。镓与稀酸作用缓慢，但易溶于浓的硝酸、氢氟酸、高氯酸与王水。镓可与苛性碱反应形成镓酸盐并释放氢气。
以金属镓为原料的砷化镓等半导体材料具有优越的性能，已用于制备二极管、激光与场效应三极管、磁包存贮器、微波器件、晶体管与集成电路等，在电子、通讯与工业控制领域得到广泛的应用，并成为航空航天、国防等涉及国家安全的尖端技术领域的重要材料。21世纪以来，随着电子科技的迅猛发展，金属镓的用量大幅增加，已出现供不应求的局面出现。
除用于生产半导体材料之外，金属镓还用于生产超导材料、快中子反应堆结构材料，以及生产永磁材料的添加剂，用于太阳能发电系统，或太阳能电池芯片。金属镓换可用于制作光学玻璃、真空管。金属镓与石英制作测量高温的温度计，日本物质材料研究所还用液态金属镓制成了世界最小的“纳米温度计”。镓铝与镓金等合金可具有特殊的性质，用于石油催化与民用工业。其中镓主要用于生产砷化镓半导体材料。砷化镓由于其优越的特性，在通讯与电子领域得到广泛的应用，推动了光电子技术和现代信息技术的高速发展。

2.1.2 硫酸铝钾的性质及用途
硫酸铝钾，无色结晶或粉末。无气味，微甜而有涩味、有收敛性。在干燥空气中风化失去结晶水，在潮湿空气中溶化淌水。易溶于甘油，能溶于水，水溶液呈酸性反应，水解后有氢氧化铝胶状物沉淀。不溶于醇和丙酮。熔点92.5℃。60～65℃硫酸干燥时失去9分子水，在200℃时十二个结晶水完全失去，更高温度分解出三氧化硫。主要用作温浊水的混凝剂，起净化水质作用。造纸工业用作上浆剂与松香乳液配合用于纸张施胶，提高纸的抗水强度。医药工业用作防腐剂、收敛剂、止血剂。加制成枯矾，可作为外用收敛止血药；配成一定浓度水溶液，可用于防止水稻皮炎；制成氢氧化铝，可配制成胃病药。与青饲料一起拌和，可用于牲畜疾病防治。也是中药材半夏、南星的腌制剂等。轻工工业用作黄色医用玻璃的着色剂。制革工业用作铝鞣剂。
造纸工业中用作上浆剂，与松香乳液配合用于纸张施胶，以提高纸的抗水强度。医药工业用作防腐剂、收敛剂和止血剂。制成一定浓度的水溶液可用以防止水稻皮炎。印染工业中用作媒染剂、缓染剂和防染剂。还用作生产其他铝盐的原料，并用于火柴、涂料等的制造中。在分析化学中用作测定铁、锰、锑、铝时的化学试剂，以及细菌染色用硬化剂等。
2.2 项目产品的生产现状与市场分析
2.2.1 中国金属镓的生产现状与市场分析
自上世纪80年代以来，4N镓的价格一直在250-470 $/kg间波动，基本用于航空航天与国防领域尖端材料的制备和研究，于2000年曾在短期达到过2000 $/kg。此后，由于世界经济下滑和国际军事政治形势的变化，金属镓的需求减少，2001至2003年4N镓的价格跌至低谷。从2004年后金属镓的产品拓展至民用，逐渐广泛应用于电子与通讯领域，国内外对金属镓的需求出现供不应求的局面，其价格也不断回升，至今达到500 $/kg以上。
近年来，国内用金属镓制砷化镓镜片的公司迅猛增加。同时新开发的氮化镓又可用于制先进的绿色节能灯，已纳入国家发展规划，为金属镓提供了更广阔的应用市场，因此镓的市场前景更大。根据镓的应用加速发展的趋势，现有镓的生产能力还满足不了市场的需求。
同时，由于受资源的限制，目前金属镓的规模化生产基本由氧化铝工业的铝酸钠母液提取。由于铝土矿中镓含量很低，即使在氧化铝生产工艺中，富集镓后的铝酸钠母液中镓的含量也只有200 mg/L，致使镓的生产成本较高。而本项目利用的烟灰渣中镓含量可达0.1%以上，可大幅度降低镓富集乃至提取的成本，同时还可回收其中我国紧缺的钾资源，生产过程无废排放，具有较大的市场竞争力。
2.2.2 中国硫酸铝钾的生产现状与市场分析
硫酸铝钾主要用于浆净水、造纸、食品加工、制药印染等行业。
硫酸铝钾净水是过去民间经常采用的方法，它的原理是：硫酸铝钾在水中可以电离出两种金属离子：KAl(SO4)2= K+ + Al3+ + 2SO42-而Al3+很容易水解，生成胶状的氢氧化铝 〔Al(OH)3〕：Al3+ + 3H2O = Al(OH)3（胶体）+ 3H+
2KAl(SO4)2+6H2O=(可逆)=K2SO4+2Al(OH)3（一般不加沉淀符号）+3H2SO4
氢氧化铝胶体的吸附能力很强，可以吸附水里悬浮的杂质，并形成沉淀，使水澄清。所以，硫酸铝钾是一种较好的净水剂。许多国家和地区（如港澳地区和东南亚一些国家）现仍习惯采用硫酸铝钾净水，预测每年用量3-4万吨。
硫酸铝钾性味酸涩，寒，有毒。故有抗菌作用、收敛作用等，中医认为硫酸铝钾具有解毒杀虫，燥湿止痒，止血止泻，清热消痰的功效可用做中药。
硫酸铝钾还可用于制备铝盐、发酵粉、油漆、鞣料、澄清剂、媒染剂、防水剂等硫酸铝钾还是传统的食品改良剂和膨松剂，常用作油条、粉丝、米粉等食品生的添加剂。一般较高级的纸张生产主要还是以采用硫酸铝钾为主。
我国硫酸铝钾的主要产地集中在浙江苍南地区，是以明矾石矿开采后焙烧溶出，经结晶后得到。
据统计数据2004年全国硫酸铝钾需求量约为6.2万吨，2010年我国硫酸铝钾用量达20万吨以上，随着我国建设事业的发展和全球经济的复苏，硫酸铝钾的需求量预测以2-4%市场的速度递增。然而市场需求时涨时落，但总的大趋势是需求量不断增加，市场前景看好。

2.2.3 中国白炭黑的生产现状与市场分析
　　白炭黑是白色粉末状无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性用作油漆涂料填充剂、橡胶补强剂、塑料增粘剂和触变剂、合成润滑脂硅脂的稠化剂。 
其中，生产规模在5.0万吨/年（含）以上的厂家共有10家，生产能力合计为77.2万吨，约占中国沉淀法白炭黑总产能的53.2%，其中，株洲兴隆化工实业公司是目前中国最大的沉淀法白炭黑生产企业。 
   目前，中国仍有多套沉淀法白炭黑装置将建设投产，其中，主要有山东金能煤炭气化有限公司新建6.0万吨/年装置；江西黑猫炭黑股份有限公司新建6.0万吨/年装置（其中一期2.0万吨/年已经于2011年9月投产）；嘉翔（福建）硅业有限公司新建2.5万吨/年装置；重庆建峰化工公司扩建2.0万吨/年装置；南安大赢化工新建2.5万吨/年装置；福建顺昌诚瑞化工公司扩建2.0万吨/年装置；通化双龙化工有限公司扩增3.0万吨/年装置；福建三明同晟化工有限公司扩增3.0万吨/年装置；江西万载县辉明化工有限公司扩增3.0万吨/年装置等。

第3章 项目技术情况
3.1 灰渣的处理技术概况
目前我国冶炼废渣的处置方法主要是堆存、无害化处理或掩埋，其中部分粉煤灰类废渣可用制建材的原料。目前与本项目处理的烟灰的利用没有工业化的先例。但报道的研发技术主要包括两类，一类是用碱液浸出、然后采用离子交换法提镓，但产生渣量大，难以利用，形成二次污染。另一类是酸浸后萃取，一般萃取率较低，流程长、投资大。因此至今没有实现工业化应用。

3.2 金属镓的生产技术概况
当前金属镓的工业生产均是以氧化铝生产的铝酸钠分解母液为原料生产。镓提取冶金方法为先富集镓然后净化后电解。有工业化前景的富集净化方法主要包括石灰乳、碳酸化或中和法；溶剂萃取法；树脂吸附法与离子交换法等。目前我国金属镓的生产均以氧化铝生产过程中的铝酸钠母液为原料生产，所采用的技术仅有贵州铝厂选用石灰沉淀法，但已停产，其余全部采用离子交换法，其中只有早期的郑州铝厂与山西孝义铝厂采用固定床技术，其余部分均采用移动床技术。
国内金属镓生产厂的使用技术与产能
序号
生产厂
生产方法
产能 （t/年）
1
三门峡开曼铝业
离子交换法、移动床
45
2
东方希望
离子交换法、移动床
40
3
山东鲁能
离子交换法、移动床
30
4
孝义兴安化工
离子交换法、移动床
20
5
山西铝厂
离子交换法、移动床
18
6
郑州铝厂
离子交换法、固定床
15
7
阳泉铝业
离子交换法、移动床
15
8
河南登封铝业
离子交换法、移动床
8
9
平顶山汇源
离子交换法、移动床
6
10
山西孝义
离子交换法、固定床
4
11
重庆博赛
离子交换法、移动床
10，母液镓浓度低，已停产
12
山东铝厂
离子交换法、移动床
8，母液镓浓度低，已停产
13
贵州铝厂
石灰沉淀法
4，已停产
总计

201 （不含已停产能）
国内目前金属镓的产能与使用技术如上表所示。同时由于金属镓的市场需求旺盛，不断有氧化铝厂正在计划扩大金属镓的产量。

3.3 硫酸铝钾的生产技术概况
目前国内外生产硫酸铝钾的方法大体可分为两大类：一类是从明矾石矿经焙烧溶出后结晶；其产量约占80% ~85%；二是用复杂组分的含钾铝矿石或矿渣制取，根据原物料成分，通过添加硫酸铝或者硫酸钾来合成。其产量占15%左右。
硫酸铝钾的溶解度随温度的变化很大。低温时溶解度很低，而在温度较高时溶解度大幅度提高。利用硫酸铝钾的这个溶解度特性，先把溶液蒸浓，然后冷却，即可得到12水硫酸铝钾晶体。目前的结晶工艺分为自然冷却结晶和结晶釜控制结晶两种。自然冷却结晶可以得到大块晶体，但是晶体容易裹入其它杂质。此种工艺适合于溶液成分比较单一的结晶。结晶釜控制结晶可以在溶液成分复杂、杂质较多的情况下得到纯度很高的晶体，一般晶体尺寸为0.8-2.0毫米，产品质量能够达到食品添加剂的标准。

3.4 本项目的湿法清洁浸出技术简述
本项目采用湿法浸出综合回收棕刚玉烟尘中的铝、钾、镓等有价元素的清洁生产新技术，并且副产得到沉淀二氧化硅白炭黑。灰渣经酸浸后分离浸液和浸渣，浸液经蒸发冷却结晶得到12水硫酸铝钾晶体；结晶后液经中和沉淀氢氧化镓得到镓精矿。镓精矿经碱溶造液得到电解液，含镓电解液通过电解得到金属镓。浸出渣用氢氧化钾浸出，固液分离后得到硅酸钠溶液（水玻璃），仅剩极少量余渣。硅酸钠溶液用硫酸中和沉淀得到超细二氧化硅白炭黑。沉淀二氧化锆白炭黑后的硫酸钾溶液返回硫酸铝钾结晶工序，用于补充硫酸钾。生产废水经中和除杂后全部循环利用。浸出后所剩极少渣可用于做建材的原料，全过程无二次污染、无废水排放，可实现烟尘的彻底处理，同时实现资源的高效深度利用。

第4章 项目选择与建设条件
4.1 建设规模与产品方案
根据三门峡及周边地区的烟灰产生量，本项目拟建设年处理20000吨棕刚玉烟灰的全年连续运行生产线。根据烟灰中镓、钾、铝的含量不同，计划全年产金属镓21000kg，硫酸铝钾30000吨，白炭黑8000吨。其中金属镓产品大部分出口国外，其余内销；硫酸铝钾与白炭黑均内销。
本项目所需主体生产厂房面积8100 m2（30m×270m），原料仓库占地2400 m2（60m×40m），办公室及产品贮存占地1200 m2（20m×60m），职工食堂等生活设施占地360 m2（30m×200m）。

4.2 项目场址与建设条件
本项目建设场址位于三门峡市产业聚集区的三门峡神源镓业有限公司生产区内，该公司占地53.37亩，建设用地41.45亩，可以满足本项目的建设需要。
本项目日平均需要消耗0.4MPa蒸汽110吨、新鲜水200吨、电需求20300kWh。所需汽、水与电均由三门峡市产业聚集区集中提供，其中蒸汽来源为位于该集聚区的大唐发电厂。
4.2.1 气象条件
三门峡市地处中纬度内陆区，属暖温带大陆性季风气候。历年平均气温13.2℃，年平均日照2354.3 小时，历年无霜期184—2l8 天，平均年降雨量550—800 毫米。由于本地区属低山丘陵区，地形切割强烈，地貌形态复杂，山地、丘陵、川谷兼有。形成了具有暖温带、温带和寒温带的多元气候，其特点为一年四季分明，光、温、水同步增减，气候多元复杂，气象灾害频繁。
各气象参数统计表
序号
项目
单位
数值
出现时间
资料年
1
多年平均气温
℃
13.9

1971-2005
2
多年平均气压
hPa
969.2

1971-2005
3
多年平均风速
m/s
2.4

1971-2005
4
多年平均相对湿度
%
61

1971-2005
5
历年昀小相对湿度
%
0
1984/02/29
1971-2005
6
多年平均降水量
mm
559.3

1971-2005
7
多年昀大降水量
mm
863.4
1984年
1971-2005
8
历年极端昀高气温
℃
45.2
1972/06/28
1971-2005
9
历年极端昀低气温
℃
-14.7
1967/1/16
1971-2005
10
历年定时昀大风速
m/s
14.0
1977/02/20
1971-2005
11
历年昀大积雪深度
cm
14
1999/03/20
1971-2005
12
历年昀大冻土厚度
cm
45
1967/01 2天
1971-2005
13
累年连续一次昀大降水量
mm
312.7
1982/08/04
1971-2005
14
累年昀大一日降水量
mm
115.8
1972/09/01
1971-20055
15
多年平均雷暴日数
d
15
4月-9月
1971-2005
16
年昀多雷暴日数
d
61
7
1971-2005
4.2.2 工程地质
三门峡市产业聚集区地处黄河南岸边的二级阶地，地貌平坦，场地内为农田、耕地，地面标高+335m 左右。
4.2.3 水文地质
厂址位于陕县境内，陕县位于河南省西部，黄河三门峡水库南岸，陇海铁路、连霍高速横贯，崤山山地自西南向东北贯穿全境，西北部为黄土台地，东部为丘陵地，海拔300－600m 之间。厂址的防洪条件主要考虑黄河三门峡水库的影响因素。三门峡水库是黄河干流的一座大型水利枢纽，于1960 年建成，以后又进行了改建。水库设计百年一遇的洪水位325.5m，迁赔高程324.7m。黄河大堤堤顶高程325－326m。厂址自然地面标高在335m左右，洪涝影响不大。从地质构造上看，厂址场地内及附近无全新活动性断裂通过，按照有关规定，场地处于相对稳定地段，适宜建厂。
4.2.4 地震烈度
据《中国地震烈度区划图》（1990），该区地震基本烈度为7度。

4.3 基础设施条件
1、供电和供热
本项目所需的电和蒸汽均由开曼能源开发有限公司建造的热电厂供给。
2、通讯
陕县程控电话已与三门峡市并网，能拨打全国各地和国外；移动通信发展迅速，县域内移动信号没有盲区，信号强、话音清晰，能直拨全国各地及港澳台，与国外通讯也很方便。
3、供水
陕县区域内地表水体主要有黄河和南曲河。蓄水期黄河水质属高矿化中性很硬水，其耗氧量为5.82mg/l，为较低耗氧量的水，黄河水对地下水水质影响不大。陕县地下水属HCO3 型低矿化水，PH 值在7.8-8.4 之间，矿化度0.3-0.5g/l，硬度多在11.4-25 德国度，适于饮用。主要分布于滩地和黄河二阶地。地下水水资源丰富，拥有可开发水资源总量为2.64亿立方米，其中新县城区占1.47 亿立方米，目前已开发利用水资源9000 万立方米。
本项目需水从三门峡市张家河水库和涧里水库。从这个水库进入三门峡市产业聚集区的总水管。本项目是一个节能节水项目，生产用水可实现闭路循环。因此项目实施后，不会对产业聚集区的现有供水状况产生任何影响。
4、交通
三门峡市位于河南省西部，与山西、陕西交界，东连洛阳，南接南阳，西与陕西省接壤，北隔黄河与山西省相望。是豫、晋、陕三角经济区的中心城市。铁路方面有陇海铁路穿过其境，在陕县有二级编组站、欧亚大陆桥编组站。公路方面有连霍高速公路、310 国道、209国道通过陕县，三门峡市与周边地区均有公路相通，交通十分方便。
第5章 工程技术方案
5.1 生产工艺的设计原则
项目采用的工程技术以及设计选择的原则是对烟灰固体废弃物的处理与资源化深度利用并重，达到工业化生产可靠、技术先进、多金属资源综合利用、节约投资，过程清洁无污染的目的。因此设计采用的技术在相关领域应用较成熟，生产操作易于控制，装置自动控制水平高，非标设备设计合理，用材要求准确可靠，生产消耗低，资源利用率高。同时由于烟灰的成分差别较大，还要求生产装置的操作灵活性强。
因此本项目采用酸浸同时浸出烟灰中的镓、钾与氧化铝，分离钾与铝盐后富集镓的总体技术路线，可实现烟灰中金属资源的深度综合利用。酸性废水经石灰中和调整pH后用氢氧化钠沉镓。沉镓后液可全部循环回用，中和产生的硫酸钙与浸出后的渣可用于做建材的原料。因此本项目无废水、废渣以及废水排放。是综合利用固体废弃物的同时不产生二次污染的典型工程项目。同时由于氧化铝行业提镓的离子交换法成本高、投资大、操作与控制复杂，本项目可避免采用该技术，从而生产成本低、镓富集后蒸发水量少，能耗低。
项目实现灰渣中钾与铝的综合回收利用。利用硫酸铝和硫酸钾形成复盐硫酸铝钾的特性，以及硫酸铝钾的溶解度随温度变化差别很大的特点，通过冷却结晶的工艺流程，快速分离溶液中的硫酸铝和硫酸钾，得到副产品硫酸铝钾。结晶后液用石灰调节PH值然后用氢氧化钠实现镓的沉淀，余液返回系统循环使用。沉镓渣用氢氧化钠溶解可以实现资源的高附加值综合利用。

5.2 项目组成
建成一条年处理2万吨棕刚玉烟灰的生产线，具体包括：
（1）原料制备：主要是烟灰和酸液料浆的调配；
（2）溶出：主要是烟灰浆液中镓、钾与氧化铝的浸出；溶出后浆液过滤分别得到滤渣与浸出液；
（3）硫酸铝钾结晶：主要是对浸出液降温结晶析出硫酸铝钾晶体，晶体分离后对晶体进行洗涤；
（4）硫酸铝钾的干燥：洗涤后晶体用流化床干燥后作为产品出售；
（5）硫酸铝钾结晶后液用石灰中和调整pH值，除去富余酸和部分杂质。中和渣硫酸钙可作为建材；
（6）调整pH值后的结晶后液用氢氧化钠中和后得到富镓沉淀，过滤洗涤后用于造液电解金属镓；滤液返回系统循环使用；
（7）电解液制备/电解：将富镓用用碱液溶解除杂制得合格电解液，并进行电解，电解废液循环用于溶解富镓沉淀制取电解液，形成碱性溶液的循环使用。
（8）在进程（2）中所得浸出渣用氢氧化钾浸出过滤获得硅酸钾溶液。少量尾渣（约占原始物料的20%）可用于建材生产。硅酸钾溶液用硫酸中和沉淀二氧化硅白炭黑。沉淀白炭黑之后的溶液为硫酸钾，刚好返回硫酸铝钾结晶工序，用于补充硫酸钾（灰渣中氧化钾的含量和氧化铝含量相比偏少，本来就需要补充硫酸钾，以实现钾铝平衡）。各过滤工序的洗水集中后用石灰乳中和后制得水合硫酸钙，处理后的水可全部循环用于各过滤工序的洗涤用水。
除上述8 个主要子项外项目还建设相应配套设施，主要包括原料仓库、蒸汽调配站、职工生活设施、办公楼等。

5.3 生产工艺
本项目的主要工艺流程为：烟灰浆液的溶出——溶出液蒸浓结晶得到硫酸铝钾——结晶后液中和沉镓——富镓沉淀的造液——镓电解—浸出渣氢氧化钾溶出得到硅酸钾溶液---硅酸钾溶液硫酸中和沉淀得到超细二氧化硅白炭黑等。工艺流程如下图所示。

烟灰综合回收镓/钾/铝/硅的工艺流程图

由汽车运进厂的灰渣进入原料仓库，用螺旋输送机送往原料配料。外购浓硫酸进入硫酸罐，经泵送至原料配料槽。调配合格后原矿浆送至耐酸矿浆泵。用泵将原矿浆送往蒸汽加热套管预热器预热，矿浆加热至反应温度。溶出后料浆温度降至80℃后进入沉降槽。沉降槽底流过滤后，滤饼进入碱溶工序。滤液经蒸浓结晶得到硫酸铝钾结晶，晶体晶体经干燥包装入库待售。结晶后液用氧化钙中和得到富镓沉淀物，滤液返回浸出工序循环使用。浸出渣经氢氧化钾溶解得到硅酸钾滤液，然后用硫酸中和得到超细二氧化硅沉淀。经干燥后得到产品白炭黑。少量滤渣可作为建材原料。沉淀白炭黑之后的滤液为硫酸钾溶液，返回明矾结晶工序进行钾铝平衡及结晶。富镓沉淀用苛碱溶解除杂后电解，得到金属镓。

5.4 主要生产设备
生产主要设备一览表
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
备注
1
原料灰槽
3000×3000
个
1

2
螺旋输送机
Φ219(7500)
台
1
7.5 kW
3
配料罐
Φ2000×3000
个
2

4
输送泵
100m3/h, H=20m
台
8
15.0 kW
5
原料换热器
F=100 m2
台
1

6
浸出罐
Φ2000×6000
个
2
15.0 kW
7
沉降槽
Φ2500×6000
个
5
12.5 kW
8
过滤机
板框, F=250 m2
台
2
35.0 kW
9
滤液槽
Φ2000×3000
个
3

10
结晶罐
Φ3000×5000
个
1

11
晶浆过滤机
CWJ, F=60 m2
台
1
35.0 kW
12
中和罐
Φ2000×2000
个
1

13
二次溶出器
Φ2000×4000
个
2
10.0 kW
14
过滤机
板框, F=60 m2
台
4

15
镓电解槽
400×600X700
个
24
4X100kW
16
二次滤液槽
Φ1500×2000
个
3

17
硅酸钾滤液槽
Φ2000×2000
个
2

18
蒸发器
F=80 m2, 三效
个
3

19
原料酸罐
V= 100m3
个
1

20
液碱贮罐
V= 100m3
个
1

21
结晶器
Φ2000×8000
个
1

22
洗水槽
Φ1500×2000
个
6

5.5物料平衡计算
（1）灰渣平均成分：
组分
SiO2
Al2O3
K
Ga
Fe2O3
其它
合计
%
50.7
22.8
15.3
0.15
1.1
9.95
100
（2）工业浓硫酸：含量≥98%，其余2%以水计。
（3）氢氧化钾：含量≥99.8%，以100%计。
（4）物料平衡表：
物料消耗
名称
单位
小时消耗
天消耗
年消耗*
灰渣
t
2.53
60.61
20000
浓硫酸
t
1.26
30.30
10000
氢氧化钾
t
0.32
7.77
2564.1
液碱
t
0.053
1.27
420
石灰
t
0.42
10．2
3360
低压蒸气
t
4.44
106.61
35180
新水
t
6.61
158.68
52365
电耗
kWh
1047.98
25151.52
8300000
* 每年330生产日，每日24小时运转

5.6 与现有氧化铝厂提镓生产方法的比较
1、生产单耗比较表：

单位产品主要消耗指标（每kg镓）
石灰乳电解法
树脂吸附法
本项目（含浸出工序）
循环母液（m3）
58.4
9.1
--
烟灰（t）
--
--
0.95
树脂（kg）
--
8
--
浓硫酸（t）
--
--
0.48
石灰（t）
1.9
--
0.016
氢氧化钾（t）
--
--
0. 14
CO2（t）
4.4
--
--
Na2O（kg）
52
30
20
Na2S（kg）
0.11
30
0.1
双氧水（kg）
--
25
--
工业盐（kg）
--
3
--
浓盐酸（