应加大力度开展粉煤灰高技术高附加值产品研发
我国是全球第一产铝大国,2008年产出原铝1318万吨,占全球总产量的33.4%;同时也是全球第一消费大国,2008年消费量达1260万吨,占全球总消费量的32.89%。但我国铝土矿资源量却只占全球的3%,另一方面,粉煤灰开发利用是国内重要铝资源之一,相当于一个特大型铝矿。如能加大投资力度,其潜力、前景不可限量。
高附加值利用尚未形成产业规模
近年来,科技工作者着眼于粉煤灰理化特性,进行高技术含量、高附加值产品研发,从粉煤灰中提取氧化铝、羟基硅、固态铝酸钠、硅酸铝、硅酸钾、莫来石、水泥助磨剂、稀土农肥等,已日益为人们所重视,前景十分广阔。
粉煤灰的化学成分主要是二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、二氧化钛、氧化镁、氧化钙以及其他碱金属氧化物和稀有元素。其中三氧化二铝含量较高的粉煤灰被称为高铝粉煤灰,具有很高的开发利用价值。依据目前技术水平,含三氧化二铝30%以上的就可视为高铝粉煤灰。
普通粉煤灰三氧化二铝含量平均为25%~28%,我国35处粉煤灰样品三氧化二铝平均含量为27.1%。国外粉煤灰亦大体类似,日本粉煤灰三氧化二铝平均含量为25.86%,美国为20.81%,英国为26.99%,德国为24.93%,只有波兰高达32.39%。
上世纪60年代,波兰人曾以石灰石烧结法制取氧化铝,我国安徽、宁夏、江苏等地也曾以类似方式作过试验,在提取氧化铝同时生产活性硅酸钙,但未能形成规模产业。
技术研发不断突破,应用领域不断开拓
经国家发改委批准,两年前,内蒙古鄂尔多斯以高铝粉煤灰为原料,用石灰石烧结法在制取氧化铝同时联产水泥项目成功实现产业化。项目投资18亿元,年产氧化铝40万吨,近期即将投产。去年初,大唐国际托克托电厂与同方环境公司合作,利用托克托电厂粉煤灰制取氧化铝联产羟基硅及电热法炼制铝硅钛合金技术成果发布。托克托电厂年耗煤1600万吨,排放粉煤灰400万吨,灰中氧化铝含量高达54%以上,在提取羟基硅后三氧化二铝/二氧化硅(A /S)达 2.2。如用于制取氧化铝,回收率按85%计,每2.2吨粉煤灰即可制取1吨氧化铝,400万吨灰可产出180万吨氧化铝,这比山东“非中铝”企业用进口矿石生产氧化铝还更具有优势(每3吨矿石产出氧化铝1吨)。
此外,河南巩义成功进行了运用常温常压波加速溶出新技术将粉煤灰与废弃低品位铝土矿制取氧化铝的半工业化试验,郑州龙昌公司利用上述技术从粉煤灰中提取羟基硅的小型试验也获得成功,羟基硅成本不到2000元/吨,所产未经脱水羟基硅以3000元/吨售出。这些技术为粉煤灰高附值开发利用打下了基础。
粉煤灰的另一个高附加值开发利用领域是电热熔炼铝硅钛合金和铝硅铁合金。氧化铝含量大于30%的粉煤灰用作炼制铝硅铁时可炼得含铝40%以上的合金,除了用于炼钢脱氧外,还可取代硅铁用作炼镁还原剂。
炼制铝硅铁合金,应力求提高合金中铝含量,降低铁含量。焦作李封铁合金厂,试生产期间产出的铝硅铁成分平均如下:硅为34%,铁为12.5%,铝为 47.8%,钛为3.3%。郑州轻金属研究院曾以铝硅铁取代硅铁作还原剂炼镁,试验所采用的铝硅铁合金成分为:铝含量35.41%,硅含量41.54%,铁含量16.76%。还原温度1100℃时,镁收率为65.5%。与当时以75硅铁为还原剂炼镁的各项指标相比,还原剂单耗略有降低,镁收率则提高 5%~6%,温度降低50℃,具有一定优势。
利用途径多样,节能减排优势明显
我国具有高铝粉煤灰资源优势,除了内蒙古外,还有“煤都”山西朔州。朔州煤储量423亿吨,年产煤上亿吨,煤灰中氧化铝含量高于高岭土,而氧化铁含量却相对较低。经对平鲁一矿、二矿及怀仁煤矿等3个煤矿煤灰的化学成份进行化验分析,氧化铝含量依次为:45.73%,41.24%,54.22%;氧化铁含量分别为:2.4%,0.44%,0.8%。此外,经验证,煤矸石中氧化铝含量亦在40%以上。朔州的南邻原平,电厂排放粉煤灰氧化铝含量也高达 40%,并有大量废弃铝土矿。
以粉煤灰为主要原料,电热熔炼铝硅中间合金,以原铝或再生铝进行稀释,配制各种牌号铝硅合金,不仅是综合利用环保项目,而且与以原铝或再生铝与工业硅重熔合成的铝硅合金相比,成本低,可节省能耗约20%,减排大量二氧化碳及固体废弃物,降低建设用地和投资,还可大大改善产品质量,提高产品成品率,是国家政策支持的项目。
虽然如此,但铝硅合金毕竟是高能耗产品,其适用范围有一定局限性。一般说来,在高铝粉煤灰出产地、电力充裕电价低的地区、电铝联营企业,以及因政策规定进入门槛提高而被迫停产、有闲置适用(便于改造)的矿热炉、整流设备的企业,都是其用武之地。在不具备发展、推广条件的地区、企业,笔者认为仍应以通常方式开发利用,如上所述,利用粉煤灰生产氧化铝、羟基硅、固态铝酸钠等高附加值产品,既可大批量消化粉煤灰,又有着可观的经济效益。
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