高鋁煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈模式

徐 靚

高鋁煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈模式

徐 靚

傳統(tǒng)煤基產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)，結(jié)合國家戰(zhàn)略規(guī)劃，尋求煤炭的高附加值利用并以產(chǎn)業(yè)鏈模式規(guī)劃發(fā)展，成為高鋁富鎵煤炭的主要發(fā)展方向。本文分析比較了以“一步酸溶法”、“預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法”及“石灰石燒結(jié)法”為基礎(chǔ)的不同循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成模式，指出了規(guī)劃構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈需注意的問題。

高鋁煤需進(jìn)行高附加值利用

近兩年來，隨著深刻的結(jié)構(gòu)變化和發(fā)展方式變化，我國經(jīng)濟(jì)正在進(jìn)入新常態(tài)。無論是國際國內(nèi)宏觀經(jīng)濟(jì)形勢，還是能源行業(yè)、煤炭行業(yè)的市場走勢，都遇到許多新情況、新問題。煤炭方面，突出矛盾是產(chǎn)能過剩、需求不足，同時(shí)電價(jià)下調(diào)向煤價(jià)傳導(dǎo)壓力也成為煤炭價(jià)格下滑的主要因素之一。目前，煤炭行業(yè)普遍虧損，傳統(tǒng)煤基產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)。

內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾礦區(qū)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，煤炭地質(zhì)儲(chǔ)量267.6億t，是國內(nèi)煤炭企業(yè)相對(duì)集中的地區(qū)。該地區(qū)煤炭中伴生有豐富的鋁、鎵等有色金屬。煤炭經(jīng)發(fā)電廠鍋爐燃燒后，所得粉煤灰中富集了大量的鋁、鎵等金屬，其中氧化鋁含量在50％左右、鎵含量達(dá)到82.5 g/t，這意味著準(zhǔn)格爾煤田蘊(yùn)含氧化鋁30多億噸、鎵85.7萬t，是提取氧化鋁和金屬鎵的巨大潛在資源。而目前，該地區(qū)煤炭仍以開采后作為燃料外運(yùn)或就地燃燒為主要利用途徑，利用途徑單一、抗市場風(fēng)險(xiǎn)能力差，既不能使該地區(qū)煤炭資源價(jià)值得到充分展現(xiàn)，同時(shí)也不能滿足新常態(tài)下企業(yè)的盈利需求。

2004年起，多家企業(yè)依托高鋁富鎵煤炭資源開展了高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝技術(shù)研究，取得階段性成果，并著手開展粉煤灰提取氧化鋁工業(yè)化示范廠的建設(shè)工作。

工信部發(fā)布的十二五中國鋁工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)工程規(guī)劃中提到：“要遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，加高鋁煤炭資源綜合利用，提高資源綜合利用水平，在內(nèi)蒙古、山西等高鋁煤炭資源豐富地區(qū)建設(shè)高鋁粉煤灰綜合利用工程”。2013年7月18日，國家工業(yè)和信息化部發(fā)布的《鋁行業(yè)規(guī)范條件》中規(guī)定“新建利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁系統(tǒng)氧化鋁回收率應(yīng)達(dá)到85％以上，硅鈣渣等固體廢棄物綜合利用率必須達(dá)到96％以上”。

可以看出，尋求煤炭的高附加值利用并以產(chǎn)業(yè)鏈模式規(guī)劃發(fā)展，成為高鋁富鎵煤炭的主要發(fā)展方向。

循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)劃分析

目前，國內(nèi)已有多個(gè)企業(yè)采用不同工藝技術(shù)從高鋁粉煤灰中成功提取氧化鋁，并以此為核心技術(shù)，規(guī)劃建設(shè)高鋁高鋁煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。

以“一步酸溶法”為基礎(chǔ)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈

神華集團(tuán)采用的粉煤灰提取氧化鋁核心技術(shù)為自主研發(fā)的“一步酸溶法”工藝技術(shù)，是目前主要應(yīng)用技術(shù)中唯一的酸法工藝技術(shù)。該技術(shù)具有工藝流程短、能耗低、固廢減量化、酸循環(huán)利用、綜合利用率高、生產(chǎn)成本低（1555.94元/t）、適用于高鋁粉煤灰及低品位鋁土礦等特點(diǎn)，優(yōu)勢突出，是粉煤灰提取氧化鋁最具競爭力的工藝技術(shù)之一。酸法氧化鋁化學(xué)組分滿足冶金及氧化鋁一級(jí)品要求，其中鐵雜質(zhì)含量低于標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)數(shù)量級(jí)，是制造高純氧化鋁和高純鋁的利好因素，但其物理性質(zhì)與傳統(tǒng)氧化鋁不同，電解過程中，其輸送、下料、溶解、煙氣凈化等存在差異，不能直接用于傳統(tǒng)的電解工藝，需對(duì)傳統(tǒng)的電解鋁系統(tǒng)進(jìn)行改造或建設(shè)配套的電解鋁系統(tǒng)。目前，“一步酸溶法”技術(shù)已通過鑒定，并進(jìn)行了工業(yè)化中試，具備工業(yè)化示范設(shè)計(jì)建設(shè)條件。

依托該技術(shù)，神華集團(tuán)編制了神華準(zhǔn)格爾礦區(qū)煤炭伴生資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目規(guī)劃，將分三期建設(shè)六條“煤- 電 - 氧化鋁（ 鎵、鐵系顏料、橡塑填料等） - 電解鋁 -鋁材加工”循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈：煤礦生產(chǎn)的煤炭經(jīng)選煤廠洗選加工后，劣質(zhì)煤和煤矸石送往工業(yè)園區(qū)的自備電廠燃燒發(fā)電；電廠產(chǎn)生的粉煤灰用于氧化鋁廠生產(chǎn)氧化鋁，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鎵、鐵等回收，固廢-白泥用于生產(chǎn)橡塑填料、分子篩、壓裂支撐劑、地質(zhì)聚合物等產(chǎn)品；氧化鋁廠生產(chǎn)的氧化鋁用于電解鋁廠電解；電解生產(chǎn)的鋁水在熔融狀態(tài)下直供鋁材加工廠生產(chǎn)鋁材；電廠所發(fā)的電、蒸汽全部用于產(chǎn)業(yè)園區(qū)各生產(chǎn)廠使用，形成一個(gè)完整的自循環(huán)體系。

“一步酸溶法”工藝技術(shù)具有固廢減量化的優(yōu)勢，同時(shí)在本產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)劃過程中，以產(chǎn)品多元化為原則對(duì)所排固廢進(jìn)行資源化利用，既可提高產(chǎn)品附加值，又可降低大規(guī)模產(chǎn)量對(duì)市場的沖擊。

以“預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法”為基礎(chǔ)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈

“預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法”粉煤灰提取氧化鋁工藝技術(shù)是基于傳統(tǒng)氧化鋁生產(chǎn)工藝優(yōu)化形成的適用于粉煤灰提取氧化鋁的工藝技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)的氧化鋁可直接使用傳統(tǒng)電解裝置電解，但存在能耗高、成本高、排渣量大、無法進(jìn)行鎵的資源化利用等問題。目前，已建成投產(chǎn)了粉煤灰年產(chǎn)20萬t氧化鋁示范生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，成為國內(nèi)外首條粉煤灰提取氧化鋁生產(chǎn)線。根據(jù)示范生產(chǎn)線實(shí)際運(yùn)行情況分析，“預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法”氧化鋁生產(chǎn)綜合成本為2560元/t左右，高于目前氧化鋁的市場售價(jià)，但綜合考慮規(guī)?；б婕奥?lián)產(chǎn)高填料環(huán)保紙和建材水泥等產(chǎn)生的收益，該工藝路線具有一定的市場競爭力。

大唐國際采用的粉煤灰提取氧化鋁核心技術(shù)為“預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法”粉煤灰提取氧化鋁并活性硅酸鈣化工填料多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。依托該技術(shù)，大唐國際規(guī)劃了構(gòu)建“高鋁煤炭—電力—氧化鋁、活性硅酸鈣、建材—鋁深加工”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，帶動(dòng)冶金、化工、建材和裝備制造業(yè)等行業(yè)發(fā)展，形成緊密型產(chǎn)業(yè)體系。

中煤平朔也規(guī)劃采用該技術(shù)構(gòu)建“煤-電-氧化鋁、白炭黑-鋁、建材水泥”產(chǎn)業(yè)鏈，并于2014年建成了處理量為20萬t/年的粉煤灰綜合利用項(xiàng)目，即4.26萬t/年白炭黑和9.88萬t/年氧化鋁示范廠。

以上產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)氧化鋁提取后產(chǎn)生的大量固廢僅進(jìn)行了較單一的資源化利用，可能造成對(duì)經(jīng)濟(jì)輻射區(qū)市場的強(qiáng)烈沖擊。

以“石灰石燒結(jié)法”為基礎(chǔ)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈

“石灰石燒結(jié)法”粉煤灰提取氧化鋁工藝技術(shù)也是基于傳統(tǒng)氧化鋁生產(chǎn)工藝優(yōu)化形成的適用于粉煤灰提取氧化鋁的工藝技術(shù)。但該技術(shù)也存在能耗高、生產(chǎn)成本高（3000元/t）、排渣量大等問題。

寧夏嘉峰化工結(jié)合自身產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)及內(nèi)蒙古西部地區(qū)煤炭資源優(yōu)勢，規(guī)劃以電廠發(fā)電后得到的高鋁粉煤灰及雙氰胺生產(chǎn)后得到的碳酸鈣廢渣為原料形成“形成煤、電力、電石、石灰氮、單氰胺、雙氰胺、氧化鋁、金屬鋁、金屬鎵、水泥熟料、水泥、輕質(zhì)碳酸鈣、金屬鐵粉和生石灰”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。其中，在使用“石灰石燒結(jié)法”提取氧化鋁后，用Na2CO3溶液對(duì)氧化鋁熟料進(jìn)行再次溶解，固液分離后溶液經(jīng)碳化、過濾、洗滌生產(chǎn)出冶金級(jí)氧化鋁及多品種氧化鋁，在此過程中，可對(duì)再次富集的金屬鎵進(jìn)行提取，氧化鋁生產(chǎn)的固體廢棄物硅鈣渣用于下游水泥熟料生產(chǎn)。

該生產(chǎn)鏈充分利用了該公司以雙氰胺為主營產(chǎn)品、已有石灰氮、單氰胺、雙氰胺生產(chǎn)基礎(chǔ)的特點(diǎn)規(guī)劃了產(chǎn)業(yè)鏈，但對(duì)氧化鋁熟料再次溶解的工序進(jìn)一步提高了能耗，其經(jīng)濟(jì)性待進(jìn)一步分析評(píng)價(jià)。

圖1 神華準(zhǔn)格爾礦區(qū)煤炭伴生資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

圖2 大唐國際煤炭伴生資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

結(jié)語

“煤-電-鋁”是核心

由以上產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)劃可見，無論采用何種氧化鋁提取工藝，在產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)劃過程中，“煤-電-鋁”是產(chǎn)業(yè)鏈的核心，電廠、氧化鋁廠和電解鋁廠三者構(gòu)成緊密聯(lián)系的統(tǒng)一整體。

電廠利用“高鋁富鎵”煤發(fā)電，其產(chǎn)生的粉煤灰是生產(chǎn)氧化鋁的主要原料，是循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目不可或缺的組成部分。近年，內(nèi)蒙古電網(wǎng)供電量趨于飽和，上網(wǎng)電廠發(fā)電小時(shí)數(shù)受到嚴(yán)格控制，若示范基地電廠也受此約束將不能生產(chǎn)足夠的粉煤灰供應(yīng)給后續(xù)工序。電廠可以通過較高的有效利用小時(shí)數(shù)，降低電力成本，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。氧化鋁廠可以通過利用電廠的粉煤灰資源擺脫國內(nèi)鋁土礦資源匱乏的困境，得到較低的原材料和動(dòng)力成本，降低由于礦產(chǎn)資源不足和礦石價(jià)格上漲帶來的風(fēng)險(xiǎn)。而建設(shè)采用電廠直供電模式的電解鋁廠即能有效解決電廠所發(fā)電力的使用問題，又可以通過穩(wěn)定、廉價(jià)的氧化鋁原料和電力供應(yīng)，合理的控制成本，抵御市場價(jià)格低迷的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 寧夏嘉峰化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

產(chǎn)品多樣化是保障

傳統(tǒng)的鋁工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菃我坏拇?lián)式產(chǎn)業(yè)鏈模式，僅對(duì)電解鋁進(jìn)行深加工，提高金屬鋁的產(chǎn)品附加值。分析高鋁煤炭的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈模式可以看出，高鋁煤炭的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈可以對(duì)氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固廢等進(jìn)一步資源化利用的網(wǎng)狀模式，更加符合“3R”原則。甚至可以做到輔助產(chǎn)業(yè)鏈與竹產(chǎn)業(yè)鏈相耦合，在產(chǎn)業(yè)鏈的不同階段進(jìn)行充分的相互資源利用，成為更有經(jīng)濟(jì)競爭力的產(chǎn)業(yè)鏈或者產(chǎn)品鏈。而產(chǎn)業(yè)鏈越長、產(chǎn)品種類越多，越容易抵抗循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品對(duì)經(jīng)濟(jì)輻射區(qū)的原有產(chǎn)品市場沖擊帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

產(chǎn)業(yè)鏈整合存在困難

高鋁煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目涉及電力、冶金、化工、建材等多個(gè)領(lǐng)域，已規(guī)劃建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)或?yàn)閭鹘y(tǒng)的能源企業(yè)，僅具有煤電聯(lián)營的基礎(chǔ)；或?yàn)榈湫偷幕て髽I(yè)，不具有產(chǎn)業(yè)鏈涉及的能源、冶金等行業(yè)的運(yùn)營基礎(chǔ)，均不具備全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)管理的能力。同時(shí)，因現(xiàn)有各分項(xiàng)可研、初步設(shè)計(jì)等前期準(zhǔn)備工作都是相互獨(dú)立的，各設(shè)計(jì)單位均專長于某一行業(yè)，不具備總體設(shè)計(jì)及協(xié)調(diào)各模塊的能力。因此，若要實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)盡快解決產(chǎn)業(yè)鏈各模塊設(shè)計(jì)、建設(shè)過程中的隔膜。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.23.028