粉煤灰提取氧化鋁工藝對比及成本分析

陳財來，李 進（新疆天業(yè)（集團）有限公司，新疆 石河子 83200）

粉煤灰是火電廠排出的主要固體廢物，其主要成分為 SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等氧化物。隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，燃煤電廠產(chǎn)生的粉煤灰量越來越大，已經(jīng)成為中國排放量較大的工業(yè)廢渣之一。大量粉煤灰不妥善處理，對土地、空氣、水體均會造成不同程度的污染。國內(nèi)科研工作者圍繞粉煤灰綜合利用開展了大量的研究工作，在粉煤灰制磚、生產(chǎn)水泥等領(lǐng)域已經(jīng)取得了成功[1]，但高附加值粉煤灰下游產(chǎn)品開發(fā)進展較慢。

氧化鋁是工業(yè)生產(chǎn)鋁錠的主要原料，多從鋁土礦中提取得到，中國鋁土礦資源十分短缺，對外依存度一直在50%以上，2018年進口量突破7 500萬t，供需緊張問題凸顯，且有進一步加劇的趨勢。研究表明，煤炭燃燒后的粉煤灰中氧化鋁含量豐富，根據(jù)地域不同，含量一般為15%～50%，高鋁粉煤灰氧化鋁含量通常在30%以上。按每年4億～6億t粉煤灰排放量計算，可提取氧化鋁1.6億～2.4億t[2]，若可實現(xiàn)50%轉(zhuǎn)化為氧化鋁，可以有效緩解國內(nèi)鋁資源供應(yīng)壓力。另外，以高鋁粉煤灰提取氧化鋁，每噸產(chǎn)品消耗粉煤灰2.5 t，與以鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁相比，相當(dāng)于節(jié)約了鋁土礦 2.0～3.0 t、石灰石 1.5～2.0 t，減排赤泥1.5～2.0 t，減排二氧化碳約2.6 t，消化電石渣0.9 t，環(huán)境與社會效益十分顯著[3]。

1 粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)對比

目前國內(nèi)粉煤灰提取氧化鋁工藝主要有酸法和堿法兩大類[3]，工藝對比見表1。

表1 粉煤灰提鋁工藝對比

表1中數(shù)據(jù)顯示，目前產(chǎn)業(yè)化方面，堿法燒結(jié)工藝優(yōu)于酸法工藝。堿法生產(chǎn)氧化鋁是用堿處理鋁土礦，使礦石中的氧化鋁變?yōu)榭扇苄缘匿X酸鈉。將凈化的鋁酸鈉溶液進行分解以析出氫氧化鋁，經(jīng)分離、洗滌和煅燒后，得到氧化鋁。堿法燒結(jié)工藝適用于鋁硅比小于4的含鋁原料[4]，但鋁硅比太低又會增加脫硅及堿耗成本，另外，堿法燒結(jié)工藝產(chǎn)生大量廢渣，廢渣需要進一步處理才可用于后續(xù)水泥、制磚等領(lǐng)域，運行成本相應(yīng)的提高。

酸法生產(chǎn)氧化鋁首先用硫酸、鹽酸或硝酸等無機酸處理含鋁原料而得到相應(yīng)的鋁鹽酸性水溶液，然后使鋁成為氫氧化鋁析出。煅燒氫氧化鋁得到氧化鋁。酸法工藝原料中的硅不參與反應(yīng)，因此對鋁硅比沒有特殊要求，適用于高硅低鐵的含鋁原料。近年來，隨著酸法工藝的不斷突破，其產(chǎn)業(yè)化進程也開始加快，包括神華、張家口天龍等在內(nèi)的中試裝置成果都相繼通過了成果鑒定，產(chǎn)業(yè)化前景較好。

2 粉煤灰提取氧化鋁代表性企業(yè)

粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)對煤炭資源中鋁含量有要求，一般高鋁粉煤灰適合進行氧化鋁提取。根據(jù)調(diào)查資料顯示，內(nèi)蒙古中西部地區(qū)高鋁煤儲量豐富，燃燒產(chǎn)生的粉煤灰中鋁含量高達40%～50%。因此，內(nèi)蒙古制定了專門的粉煤灰提取氧化鋁的規(guī)劃，提出了“十二五”的總目標(biāo)，建成360萬t/a粉煤灰提取氧化鋁生產(chǎn)規(guī)模，大唐國際再生能源有限公司、蒙西集團鋁業(yè)公司、神華準(zhǔn)噶爾能源、內(nèi)蒙古開元生態(tài)鋁業(yè)、同晟電力、伊東集團、中國鋁業(yè)等企業(yè)均開展了高鋁粉煤灰提取氧化鋁的技術(shù)工藝攻關(guān)，其中大唐集團、蒙西集團產(chǎn)業(yè)化情況較好。其項目基本建設(shè)情況見表2。

除上述規(guī)模較大企業(yè)外，山西朔州工業(yè)固廢綜合利用基地[11]、張家口天龍科技發(fā)展有限公司[12]、北化工程技術(shù)研究院等科研院所和企業(yè)在粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面均取得了較好的成果。

3 粉煤灰提取氧化鋁成本分析

按100萬t/a年規(guī)模計算，粉煤灰提取氧化鋁生產(chǎn)成本見表3。

按目前氧化鋁價格3 000元/t左右計算，產(chǎn)品利潤率達到30%，盈利能力尚可。

4 結(jié)語

國內(nèi)粉煤灰氧化鋁含量在15%～50%，成本分析表明，粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)利潤空間較好，但是需要注意的是，必須配置高鋁煤資源，含鋁量不足的煤產(chǎn)生的粉煤灰不能用于提取氧化鋁，因此，高鋁煤資源的配置是項目長期可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。高鋁粉煤灰提取氧化鋁屬新興工藝，前期成本投資較大，雖然有政策扶持，但未能真正享受稅收優(yōu)惠等實質(zhì)性補貼，后續(xù)該技術(shù)能否大范圍推廣還是需要相關(guān)政策的切實落實。

表2 國內(nèi)主要粉煤灰提取氧化鋁企業(yè)情況[7，8，11，12]

表3 100萬t/a氧化鋁項目投資成本分析表[8]