开发利用与循环经高铝煤炭资源济.pdf

孙俊民孙俊民 国家能源高铝煤炭开发利用重点实验室国家能源高铝煤炭开发利用重点实验室 高铝煤炭资源开发利用与循环经济 1 2012-12-20 北京北京 提提 纲纲 高铝煤炭资源特性高铝煤炭资源特性 高铝粉煤灰提取氧化铝技术与示范高铝粉煤灰提取氧化铝技术与示范 循环经济产业布局循环经济产业布局 铝与铝资源铝与铝资源 铝：节能铝：节能 可再生可再生 军工军工 铝土矿资源：铝土矿资源：8-10年年 国外资源？国外资源？替代资源？替代资源？炼铝原料（铝资源）炼铝原料（铝资源）铝土矿：铝土矿：Al2O340%AS 2.1 粉煤灰粉煤灰(煤矸石煤矸石)：Al2O3 40%高岭石（高岭石（Al2O3 2SiO2 2H2O）霞石霞石(Na,K)2Al2O3 2SiO2 明矾石明矾石K 2SO4 Al2(SO4)3 4Al(OH)3 5 高铝粉煤灰的发现高铝粉煤灰的发现 内蒙古中西部地区是我国内蒙古中西部地区是我国“西电东送”重要电源基地“西电东送”重要电源基地 2003年，内蒙古大唐国际年，内蒙古大唐国际托克托发电托克托发电公司公司1 1#、2#机机组投产后，因烟气粉尘净化组投产后，因烟气粉尘净化问题发现了粉煤灰中富集氧问题发现了粉煤灰中富集氧化铝的特性。化铝的特性。高铝粉煤灰的形成高铝粉煤灰的形成 勃姆石勃姆石/高岭石高岭石 Ti Ga RETi Ga RE 莫来石莫来石 刚玉刚玉 玻璃相玻璃相(SiO(SiO2 2)Ti Ga RETi Ga RE 高铝煤炭资源分布情况高铝煤炭资源分布情况 050100150200250300350高铝煤炭高铝粉煤灰氧化铝铝土矿储量/亿吨236.4 6.3 76.4 319 62.5 26.7 30.7 高铝粉煤灰资源特性高铝粉煤灰资源特性 化学成分化学成分：AlAl2 2O O3 3:40:40-55%55%SiOSiO2 2:37:37-39%39%TiOTiO2 2:1.6%:1.6%物相组合：微晶莫来石物相组合：微晶莫来石 +玻璃相玻璃相(SiO(SiO2 2)微量元素：微量元素：GaGa：108108ppmppm 稀土元素：稀土元素：508508.9292 ppmppm 20042004年年7 7月月2020日，国家发改委在北京组织召开高铝粉煤灰综合利用系列项目日，国家发改委在北京组织召开高铝粉煤灰综合利用系列项目专家咨询论证会，邀请国内知名院士和专家，研究确定了高铝粉煤灰提取氧专家咨询论证会，邀请国内知名院士和专家，研究确定了高铝粉煤灰提取氧化铝和生产铝硅合金两条重要的产业方向。化铝和生产铝硅合金两条重要的产业方向。高铝粉煤灰开发利用引起国家政府的高度重视高铝粉煤灰开发利用引起国家政府的高度重视 高铝粉煤灰资源化利用技术路线高铝粉煤灰资源化利用技术路线 铝硅钛合金铝硅钛合金 高铝粉煤灰高铝粉煤灰 氧化铝氧化铝 活性硅酸钙活性硅酸钙-造纸造纸 硅钙渣硅钙渣-水泥水泥 白炭黑白炭黑 分子筛分子筛 铝硅钛初始合金铝硅钛初始合金 （铝硅铁合金）（铝硅铁合金）铝锭铝锭 铝板铝板 铝带铝带 铝箔铝箔 液态铝液态铝 提提 纲纲 高铝煤炭资源特性高铝煤炭资源特性 高铝粉煤灰提取氧化铝技术与示范高铝粉煤灰提取氧化铝技术与示范 循环经济产业布局循环经济产业布局 1 1 预脱硅预脱硅碱石灰烧结法（大唐）碱石灰烧结法（大唐）2 2 石灰石烧结法（蒙西）石灰石烧结法（蒙西）3 3 酸法（神华）酸法（神华）4 4 氨法（华能氨法（华能 华电）华电）粉煤灰提取氧化铝工艺路线粉煤灰提取氧化铝工艺路线 四种工艺路线的技术经济比较（四种工艺路线的技术经济比较（t-Al2O3）项项 目目 石灰石烧结法石灰石烧结法 预脱硅预脱硅 碱石灰烧结法碱石灰烧结法 氨法氨法 酸法酸法 粉煤灰（吨）粉煤灰（吨）3.26 2.4 2.42.4 2.42.4 AlAl2 2O O3 3提取率提取率 75%75%85%85%85%85%85%反应温度（反应温度（）13001300-14001400 1150-1200 300300-400400 9090-110110 成渣量（吨）成渣量（吨）9.09.0 2.1 1.61.6 1.31.3 煤（吨）煤（吨）1.311.31 1.2-电耗（度）电耗（度）700700 600 500500-石灰石（吨）石灰石（吨）9.09.0 3.0-0.0820.082 碳酸钠碳酸钠 0.180.18-烧碱烧碱 0.010.01 0.06-0.060.06 硫酸硫酸-0.027-0.260.26 硫酸铵硫酸铵-0.20.2-.类似类似 拜耳法拜耳法 烧结法烧结法 大唐国际大唐国际 工艺路线工艺路线 粉煤灰预脱硅粉煤灰预脱硅 碱石灰烧结法碱石灰烧结法 创新性创新性 成熟性成熟性+=大唐粉煤灰提取氧化铝核心技术大唐粉煤灰提取氧化铝核心技术 1.化学预脱硅化学预脱硅 2.集成创新集成创新 3.副产物利用副产物利用 实验室研究（实验室研究（2004-2006）20082008年年1010月月2525日清晨，工业化试验生产出合格的氢氧化铝和硅酸日清晨，工业化试验生产出合格的氢氧化铝和硅酸钙产品，钙产品，标志我国在粉煤灰提取氧化铝及硅副产品工序取得了突破性标志我国在粉煤灰提取氧化铝及硅副产品工序取得了突破性进展，填补了国内外化工及有色金属领域的空白。进展，填补了国内外化工及有色金属领域的空白。3000吨吨年氧化铝年氧化铝工业化试验取得突破工业化试验取得突破.年产年产20万吨氧化铝示范工程建设万吨氧化铝示范工程建设 建设单位：建设单位：大唐国际再生资源开发公司大唐国际再生资源开发公司 施工单位：施工单位：中国二冶、中国十一冶中国二冶、中国十一冶 设计单位：设计单位：东北大学设计研究院东北大学设计研究院 大唐国际粉煤灰年产大唐国际粉煤灰年产20万吨氧化铝示范项目万吨氧化铝示范项目 吨氧化铝消耗粉煤灰吨氧化铝消耗粉煤灰2.4吨，副产吨，副产 0.75吨吨活性硅酸钙，活性硅酸钙，2.2吨吨硅钙渣。硅钙渣。氧化铝提取率：氧化铝提取率：85%单位能耗：单位能耗：1.35吨标吨标煤煤t-Al2O3 综合成本：综合成本：3000元元t-Al2O3 粉煤灰提取氧化铝项目实现连续稳定运行粉煤灰提取氧化铝项目实现连续稳定运行 砂状氧化铝产品砂状氧化铝产品 主产品主产品砂状氧化铝砂状氧化铝 行标行标YS/T YS/T 27427419981998中规中规定二级氧定二级氧化铝化铝 AlAl2 2O O3 3 杂质含量，不大于杂质含量，不大于 SiOSiO2 2 FeFe2 2O O3 3 NaNa2 2O O 98.498.4 0.040.04 0.030.03 0.600.60 河南某单河南某单位氧化铝位氧化铝 98.698.6 0.030.03 0.0270.027 0.570.57 我公司我公司 氧化铝氧化铝 99.799.7 0.040.04 0.0140.014 0.170.17 副产品活性硅酸钙副产品活性硅酸钙高填料造纸高填料造纸 副产品硅钙渣副产品硅钙渣水泥原料水泥原料 20406080100010002000300040005000OOOOOOOOOOOOOCPSC2S 高铝粉煤灰提取氧化铝多联产工艺高铝粉煤灰提取氧化铝多联产工艺 铝硅一次分离（碱法预脱硅）铝硅二次分离（碱石灰 烧结法）铝硅渣氢氧化铝硅钙渣硅、铝、镓选择性分离预脱硅产物硅酸钙金属镓选择性富集预脱硅碱液高铝粉煤灰砂状氧化铝水泥活性硅酸钙母料镓系列产品SiAlGaNaOH 本工艺与传统拜耳法节能减排对比本工艺与传统拜耳法节能减排对比 多联产工艺（粉煤灰）多联产工艺（粉煤灰）传统拜耳法工艺传统拜耳法工艺 （天然矿物）（天然矿物）消耗固废消耗固废 高铝粉煤灰高铝粉煤灰:2.4:2.4吨吨 消耗天然矿物消耗天然矿物 铝土矿铝土矿:2.0:2.0 吨吨 电石渣电石渣:1.6:1.6吨吨 石灰石石灰石:2.4 :2.4 吨吨 减排减排 减排减排COCO2 2:0.7:0.7吨吨 排放排放 排放排放COCO2 2:1.4:1.4吨吨 减排赤泥：减排赤泥：2.02.0吨吨 排放赤泥：排放赤泥：1.51.5吨吨 减少植被破坏减少植被破坏 0.88 m0.88 m2 2 破坏植被破坏植被 0.88 m0.88 m2 2 国家发改委指导意见 提提 纲纲 高铝煤炭资源特性高铝煤炭资源特性 高铝粉煤灰提取氧化铝技术与示范高铝粉煤灰提取氧化铝技术与示范 循环经济产业布局循环经济产业布局 西部特色循环经济产业模式西部特色循环经济产业模式 战战 略略 意意 义义 缓解我国铝土矿和原生木浆过度依赖进缓解我国铝土矿和原生木浆过度依赖进口的局面。口的局面。优化我国能源和铝产业布局，扶持西部优化我国能源和铝产业布局，扶持西部地区发展特色优势产业。地区发展特色优势产业。打造循环经济新模式，实现高铝煤炭资打造循环经济新模式，实现高铝煤炭资源价值最大化源价值最大化。循环经济与科学发展循环经济与科学发展 资源特性与循环产业链资源特性与循环产业链 资源协同利用资源协同利用 产品多元化产品多元化 科学科学 技术技术 产业产业 我国煤基固废高值化利用方向我国煤基固废高值化利用方向 煤基固废煤基固废 提取有价元素提取有价元素 （Al,Fe,GaAl,Fe,Ga，GeGe）提取转化物相提取转化物相 (非晶相、结晶相非晶相、结晶相)提取利用结构提取利用结构 （空心微珠、（空心微珠、实心微珠）实心微珠）金属材料金属材料 半导体材料半导体材料 吸附材料吸附材料 化工填料化工填料 催化材料催化材料 陶瓷材料陶瓷材料 节能材料节能材料 化工填料化工填料 精诚团结精诚团结 共创辉煌共创辉煌