煤矸石“穿越”變剛玉

武玉婷 李建強

過去，只要你進入煤礦，一定會看到一座座山一樣的煤矸石。作為煤炭開采廢棄物，煤矸石堆放造成土地污染問題一直困擾著煤炭行業(yè)。今天，煤矸石成為多用途再生資源。在神華準能集團鋁工業(yè)園區(qū)，一座集煤炭開采、坑口發(fā)電及粉煤灰提取氧化鋁為一體的大型綜合能源企業(yè)已然屹立。

萬鑿出深山

千錘萬鑿出深山，烈火焚燒若等閑。

20世紀90年代初期，在內(nèi)蒙古自治區(qū)準格爾黑岱溝露天煤礦，把一塊塊“黑金”吃干榨凈，成為當(dāng)時準能人面對的挑戰(zhàn)。一批年輕人開始了探索煤炭伴生資源的征程。十年求索，神華準能人嘗試了煤矸石高嶺土應(yīng)用、粉煤灰制磚試生產(chǎn)等種種方法，然而這些應(yīng)用附加值太低，不是準能人想要的。2004年，依托國家鼓勵利用劣質(zhì)煤和煤矸石發(fā)電的有利政策，準能人先后建成2×150MW、2×330MW煤矸石發(fā)電廠，消化本地豐富的煤矸石，實現(xiàn)了煤炭資源的充分利用。

然而，矸石發(fā)電排放大量粉煤灰，既污染環(huán)境又浪費土地資源，將粉煤灰“變廢為寶”，成為縈繞在準能人心頭的新難題。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，準格爾煤田煤炭氧化鋁含量為10%到13%，燃燒后產(chǎn)生的粉煤灰中氧化鋁含量則高達40%到51%，準能人前行的方向豁然開朗。

氧化鋁俗稱“剛玉”，從黑色煤炭中提取白色氧化鋁并非易事。堿法制取氧化鋁是一種“加量法”，一噸粉煤灰加入6至7噸的石灰石，脫硅后再提氧化鋁，而這無疑又制造出更多的廢物，所以在世界范圍內(nèi)一直沒有較為成功的工業(yè)化應(yīng)用。神華準能人希望從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝是一個“減量化”的過程，于是想到了酸。

這是一種全新的工藝，從2004年開始，經(jīng)過十幾年的努力，準能集團探索出“一步酸溶法”提取氧化鋁工藝。該工藝涉及粉煤灰提取氧化鋁、鎵回收及環(huán)保技術(shù)等三項技術(shù)，較于堿法工藝，用鹽酸從高鋁粉煤灰中溶出氧化鋁優(yōu)勢明顯，“一步酸溶法”不僅適用于循環(huán)流化床高鋁粉煤灰，還適用于低品位鋁土礦和經(jīng)簡單活化處理的煤粉爐粉煤灰。

自有乾坤在

心中自有乾坤在，守得云開見月明。

準能人獲得了核心工藝，“一步酸溶法”推向工業(yè)化生產(chǎn)還面臨著設(shè)備材料、環(huán)保技術(shù)和雜質(zhì)去除三大難題。2009年正月初八，時值春節(jié)期間，準能集團郭昭華副總經(jīng)理帶領(lǐng)著科研團隊開始尋找設(shè)備材料。當(dāng)時在國內(nèi)，滿足中試耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等條件的設(shè)備材料還沒有找到，設(shè)備材料難題已經(jīng)困擾科研團隊兩年?？蒲袌F隊11天輾轉(zhuǎn)了13座城市，拜訪了16個廠家。當(dāng)聽到合規(guī)材料應(yīng)具備的條件時，各廠家技術(shù)人員紛紛不假思索地說“不可能”。

“不可能”斷然不是準能人尋找的答案。項目的前瞻性與準能科研團隊執(zhí)著堅韌的科學(xué)精神，激發(fā)了許多科研單位與廠家的研發(fā)熱情——既然沒有這樣的材料，那就創(chuàng)造這樣的材料。

科研團隊協(xié)同各專業(yè)院所、設(shè)備廠家等40余家單位進行聯(lián)合攻關(guān)。2007年到2016年，準能人堅持不懈地探索與改進完善之后，全新的設(shè)備材料問世。資質(zhì)機構(gòu)監(jiān)測得出：設(shè)備使用壽命在10年以上。

如何去除氧化鋁中的雜質(zhì)？從國內(nèi)到國際，行業(yè)都沒有定論，準能集團只能獨辟蹊徑。撞破南墻不回頭，科研團隊再一次投入到調(diào)研和實驗修正之中。撥云見日，準能人又開發(fā)出專有的除鐵、鈣等技術(shù)系統(tǒng)并研制了配套設(shè)備，成功解決了料漿除雜的技術(shù)難題。

環(huán)保達標成為工業(yè)化生產(chǎn)道路上最后一道攔阻。生產(chǎn)提煉氧化鋁排出的白泥、廢水、飄逸酸氣成為攻克焦點。根據(jù)白泥的特性，準能研究團隊開發(fā)出高附加值的橡塑填料、分子篩、白炭黑、地質(zhì)聚合物；采用分級處理方式也實現(xiàn)了廢水“近零排放”和資源化利用；處置飄逸酸氣，準能人利用負壓回收、集中送入酸回收系統(tǒng)，制成鹽酸循環(huán)利用，達到了“近零排放”。粉煤灰提煉氧化鋁工藝也將走出實驗室，走進工廠。

云開見月明

思路決定出路，工藝決定品質(zhì)。

2011年12月，神華準格爾礦產(chǎn)資源綜合利用示范基地揭牌，“煤炭伴生資源循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)項目100萬噸/年氧化鋁示范廠”奠基。2013年6月，氧化鋁工業(yè)化中試項目通過了中國有色金屬工業(yè)協(xié)會和煤炭工業(yè)協(xié)會的科技成果鑒定。從2011年到2016年，氧化鋁中試裝置經(jīng)過了7次全流程運行，經(jīng)歷了無數(shù)次“假設(shè)-實踐-推翻-再次假設(shè)”的驗證，最終得出可喜的成果。實驗表明：氧化鋁溶出率達到85-90%，產(chǎn)品氧化鋁化學(xué)品質(zhì)達到國家冶金一級品標準，物耗能耗工藝參數(shù)指標達到預(yù)期目標，滿足項目技術(shù)經(jīng)濟分析要求。

準能集團獨創(chuàng)的粉煤灰提取氧化鋁的特殊工藝“一步酸溶法”很快聲名四起，這是能源工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)一次深刻的技術(shù)變革。神華準格爾礦區(qū)被國土資源部和財政部聯(lián)合授予我國首批礦產(chǎn)資源綜合利用示范基地，并獲得中央財政支持資金8.4億元，這是迄今為止中央對綜合利用科技項目的最大資金扶持?！吧袢A準格爾礦區(qū)煤炭伴生資源循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)項目”獲得國資委關(guān)于鼓勵資本驅(qū)動科技創(chuàng)新專項資金7億元。

邁步從頭越

在內(nèi)蒙古自治區(qū)準格爾旗大路鋁工業(yè)園區(qū)，神華集團煤炭伴生資源循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)項目初步規(guī)劃建設(shè)6條生產(chǎn)線。投產(chǎn)后，預(yù)計可實現(xiàn)年收入1513億元，預(yù)計每年可創(chuàng)利潤329億元，繳納稅費169億元。在國家各部委和內(nèi)蒙古自治區(qū)各級地方政府、神華集團的大力支持下，水保、地質(zhì)災(zāi)害評估，土地勘界報告，節(jié)能評估報告，環(huán)評報告以及各級發(fā)改委和神華集團的批文逐步到位。神華準能集團將采用混合所有制模式，引入外部投資者參與公司循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)項目的研發(fā)和建設(shè)，嘗試和其它經(jīng)濟相互持股，探索混合所有制企業(yè)經(jīng)營者和員工持股的有效途徑和辦法，實現(xiàn)投資主體多元化，全力推進粉煤灰提取氧化鋁項目。

準能集團核心研發(fā)團隊300余人專業(yè)齊全，新建立的產(chǎn)學(xué)研平臺與準能集團研發(fā)人員優(yōu)勢互補，已成為項目建設(shè)的堅強后盾。雄關(guān)漫道真如鐵，而今邁步從頭越。如今準格爾大路鋁工業(yè)園的土地上，一切欣欣向榮。