應加大力度開展粉煤灰高技術高附加值產品研發
我國是全球第一產鋁大國,2008年產出原鋁1318萬噸,占全球總產量的33.4%;同時也是全球第一消費大國,2008年消費量達1260萬噸,占全球總消費量的32.89%。但我國鋁土礦資源量卻只占全球的3%,另一方面,粉煤灰開發利用是國內重要鋁資源之一,相當于一個特大型鋁礦。如能加大投資力度,其潛力、前景不可限量。
高附加值利用尚未形成產業規模
近年來,科技工作者著眼于粉煤灰理化特性,進行高技術含量、高附加值產品研發,從粉煤灰中提取氧化鋁、羥基硅、固態鋁酸鈉、硅酸鋁、硅酸鉀、莫來石、水泥助磨劑、稀土農肥等,已日益為人們所重視,前景十分廣闊。
粉煤灰的化學成分主要是二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鈣以及其他堿金屬氧化物和稀有元素。其中三氧化二鋁含量較高的粉煤灰被稱為高鋁粉煤灰,具有很高的開發利用價值。依據目前技術水平,含三氧化二鋁30%以上的就可視為高鋁粉煤灰。
普通粉煤灰三氧化二鋁含量平均為25%~28%,我國35處粉煤灰樣品三氧化二鋁平均含量為27.1%。國外粉煤灰亦大體類似,日本粉煤灰三氧化二鋁平均含量為25.86%,美國為20.81%,英國為26.99%,德國為24.93%,只有波蘭高達32.39%。
上世紀60年代,波蘭人曾以石灰石燒結法制取氧化鋁,我國安徽、寧夏、江蘇等地也曾以類似方式作過試驗,在提取氧化鋁同時生產活性硅酸鈣,但未能形成規模產業。
技術研發不斷突破,應用領域不斷開拓
經國家發改委批準,兩年前,內蒙古鄂爾多斯以高鋁粉煤灰為原料,用石灰石燒結法在制取氧化鋁同時聯產水泥項目成功實現產業化。項目投資18億元,年產氧化鋁40萬噸,近期即將投產。去年初,大唐國際托克托電廠與同方環境公司合作,利用托克托電廠粉煤灰制取氧化鋁聯產羥基硅及電熱法煉制鋁硅鈦合金技術成果發布。托克托電廠年耗煤1600萬噸,排放粉煤灰400萬噸,灰中氧化鋁含量高達54%以上,在提取羥基硅后三氧化二鋁/二氧化硅(A /S)達 2.2。如用于制取氧化鋁,回收率按85%計,每2.2噸粉煤灰即可制取1噸氧化鋁,400萬噸灰可產出180萬噸氧化鋁,這比山東“非中鋁”企業用進口礦石生產氧化鋁還更具有優勢(每3噸礦石產出氧化鋁1噸)。
此外,河南鞏義成功進行了運用常溫常壓波加速溶出新技術將粉煤灰與廢棄低品位鋁土礦制取氧化鋁的半工業化試驗,鄭州龍昌公司利用上述技術從粉煤灰中提取羥基硅的小型試驗也獲得成功,羥基硅成本不到2000元/噸,所產未經脫水羥基硅以3000元/噸售出。這些技術為粉煤灰高附值開發利用打下了基礎。
粉煤灰的另一個高附加值開發利用領域是電熱熔煉鋁硅鈦合金和鋁硅鐵合金。氧化鋁含量大于30%的粉煤灰用作煉制鋁硅鐵時可煉得含鋁40%以上的合金,除了用于煉鋼脫氧外,還可取代硅鐵用作煉鎂還原劑。
煉制鋁硅鐵合金,應力求提高合金中鋁含量,降低鐵含量。焦作李封鐵合金廠,試生產期間產出的鋁硅鐵成分平均如下:硅為34%,鐵為12.5%,鋁為 47.8%,鈦為3.3%。鄭州輕金屬研究院曾以鋁硅鐵取代硅鐵作還原劑煉鎂,試驗所采用的鋁硅鐵合金成分為:鋁含量35.41%,硅含量41.54%,鐵含量16.76%。還原溫度1100℃時,鎂收率為65.5%。與當時以75硅鐵為還原劑煉鎂的各項指標相比,還原劑單耗略有降低,鎂收率則提高 5%~6%,溫度降低50℃,具有一定優勢。
利用途徑多樣,節能減排優勢明顯
我國具有高鋁粉煤灰資源優勢,除了內蒙古外,還有“煤都”山西朔州。朔州煤儲量423億噸,年產煤上億噸,煤灰中氧化鋁含量高于高嶺土,而氧化鐵含量卻相對較低。經對平魯一礦、二礦及懷仁煤礦等3個煤礦煤灰的化學成份進行化驗分析,氧化鋁含量依次為:45.73%,41.24%,54.22%;氧化鐵含量分別為:2.4%,0.44%,0.8%。此外,經驗證,煤矸石中氧化鋁含量亦在40%以上。朔州的南鄰原平,電廠排放粉煤灰氧化鋁含量也高達 40%,并有大量廢棄鋁土礦。
以粉煤灰為主要原料,電熱熔煉鋁硅中間合金,以原鋁或再生鋁進行稀釋,配制各種牌號鋁硅合金,不僅是綜合利用環保項目,而且與以原鋁或再生鋁與工業硅重熔合成的鋁硅合金相比,成本低,可節省能耗約20%,減排大量二氧化碳及固體廢棄物,降低建設用地和投資,還可大大改善產品質量,提高產品成品率,是國家政策支持的項目。
雖然如此,但鋁硅合金畢竟是高能耗產品,其適用范圍有一定局限性。一般說來,在高鋁粉煤灰出產地、電力充裕電價低的地區、電鋁聯營企業,以及因政策規定進入門檻提高而被迫停產、有閑置適用(便于改造)的礦熱爐、整流設備的企業,都是其用武之地。在不具備發展、推廣條件的地區、企業,筆者認為仍應以通常方式開發利用,如上所述,利用粉煤灰生產氧化鋁、羥基硅、固態鋁酸鈉等高附加值產品,既可大批量消化粉煤灰,又有著可觀的經濟效益。
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