煤矸石提取氧化铝的生态化利用技术项目建议书

煤矸石提取氧化铝的生态化利用技术项目建议书1、项目提要本课题紧密结合宁夏社会经济发展的主体目标，为自治区党委和政府提出的“生态环境改善与持续发展的‘双赢’目标”提供科技支撑。项目的关键创新集成技术可直接服务于宁夏新材料工业基地的发展、宁夏煤化工基地的发展以及保护生态环境发展循环工业经济；可为我区铝加工业培育原料基地。其煤矸石生态化利用系统技术、模式和经验，具有广泛的针对性、先进性和适用性。最后，该技术模式、经验对我国及其它国家类似地区的生态综合治理和循环经济发展也具有参考和借鉴价值。本项目旨在通过产学研的协作攻关，以宁夏北部老煤炭工业区煤矸石资源深度利用关键配套技术集成创新与示范和区域工业可持续发展紧密结合为目标，以煤矸石资源深度可持续利用、保护生态和创新产业链为指导思想，通过扩试或中试主攻煤矸石资源深度开发与利用关键配套技术（循环经济模式设计）、组装集成出煤矸石中矿物元素产业化开发与利用配套技术，从而为宁夏乃至中国类似地区资源合理利用集成创新出关键配套技术与示范样板。在已经完成的实验室研究工作的基础上，通过系统集成与创新，中试检验2种具有自主知识产权的技术工艺路线：①针对含碳量高的洗煤矸石，完成酸溶提取法中试②针对煤系高岭岩，完成低温盐熔提取法中试二、项目的意义和必要性（含技术突破对行业技术进步的重要意义和作用等），国内外现状和技术发展趋势，市场需求分析（一）项目的意义和必要性（1）对区域矿产资源的可持续开发利用以及对对区域生态环境的改善、保护具有重大意义。当今中国面临的能源短缺与环境危机，无一不是国民经济线形增长的副产物。能源资源的科学开发已成为全球关注的热点之一。煤炭工业一直是我国的基础性、支柱性产业，但是由于历史的原因，重开采，轻综合利用等使老煤炭矿区面临着诸多严峻问题。煤矸石产量占采煤量的10%左右，其中氧化铝的含量在18%-40%区间变化（属特殊结构和组成的低品位铝土矿），其产量巨大大，利用率低，而且即使利用也是在建材、发电等传统领域，且是非循环经济的利用模式依然占主导地位。这一问题已引起我国政府的高度重视。进入新世纪，我国铝业原料供应矛盾十分突出。我国氧化铝工业的迅猛发展和我国铝土矿资源有限的保证程度已形成鲜明的对比2004年，电解氧化铝缺口达650万吨。随着氧化铝工业和其他需用铝土矿工业的快速发展,铝土矿资源,特别是优质资源的短缺,已充分显现出来。按目前的生产需求估算,我国每年需消耗的铝土矿多达1000多万ｔ,其中大多是优质矿或次优质矿。具专家分析，传统铝土矿的资源保证程度不足10年。目前优质铝土矿供需矛盾十分突出,矿山均不同程度出现了贫化趋势,特别是河南等地的高铝矿已濒临枯渴,众多用户争先采购有限的优质资源，导致铝土矿原料价格大幅度上扬。目前进口的优质铝土矿（氧化铝含量70%）价格在350美圆/吨左右。因此,开发应用煤矸石这一大量的类低品位铝土矿提取氧化铝资源的高效低耗新技术显得特别重要和迫切。本课题通过深入研究老煤炭工业区煤矸石资源深度利用关键配套技术集成创新与示范，可以确立区域工业可持续发展的新型技术路线，煤基资源深度和循环可持续利用的产业链，这对于保护生态环境，促进发展经济和走新型工业化道路，均有十分深远而重要的意义。本项目所研究的技术对西部老煤炭工业区和少数民族地区经济和社会的繁荣与稳定具有重要意义，可为中央和地方政府决心实施循环工业经济的战略目标的实现做出贡献。（2）本项目产业关联性强，发挥科技在循环工业经济建设中的作用意义重大。本课题开发的高效利用煤炭基资源中的化学元素技术，还可以将正在兴起的无机功能材料技术成果或开发示范模式进行有效组装和集成，特别是借鉴科技发达国家资源开发利用方面的先进模式，配合国家即将在西部实施的在煤炭、高载能、建材等重点领域进行循环经济试点的措施，以及宁夏重大科技攻关项目的实施，选择我区具有典型代表性的煤炭老工业区——宁夏北部地区石嘴山市，以老煤炭工业区煤矸石资源深度利用关键技术创新为核心，将试验示范和区域工业可持续发展紧密结合为目标，以煤矸石资源深度可持续利用、保护生态和创新产业链为指导思想，主攻煤矸石资源深度开发与利用关键配套技术（循环经济模式设计）、组装集成出煤矸石中矿物元素产业化开发与利用配套技术，从而为宁夏乃至中国类似地区资源合理利用集成创新出关键配套技术与示范样板。（3）对推进实施我区乃至乃我国循环经济的发展具有重要意义进入新世纪，国家发展改革委力推循环经济发展。据介绍，为了从根本上缓解我国经济社会发展面临的资源约束矛盾和环境压力，国家发展改革委2004年8月提出，从推进节约降耗、推行清洁生产、开展资源综合利用、发展环保产业等四个方面加快推动循环经济发展，并提出了八项措施。国家发改委将加强对循环经济发展的宏观指导，会同有关部门研究制定《关于加快推动循环经济发展的指导意见》，将循环经济的理念贯穿到“十一五”规划的编制工作中。为加快推动循环经济发展，国家发改委将组织试点，拟选择冶金、有色、煤炭、电力、化工、建材等重点行业；而本项目正是国家支持的资源化重点领域。其中煤炭行业资源综合利用成为关注的重点领域之一。煤炭行业生产中产生的固体废弃物资源化、产业化是推进循环经济的重点领域；也是我国资源型城市可持续发展的必然要求。因此，煤矸石提取氧化铝、氧化硅的生态化利用技术开发研究对于推动我国循环经济的发展具有十分重要的意义。（4）对于宁夏铝业发展有重要意义。宁夏电解铝业业是宁夏的支柱产业之一，近年来其发展势头迅猛，仅青铝公司“十一五”规模达100万吨，目前产能为40万吨左右，需氧化铝约80万吨。铝业是资源转化型为基础的资源依赖型产业。该产业所需的主要工业原料之一氧化铝近年来出现了供需紧张的局面，价格持续上涨并且在4000元/吨左右坚挺。这不仅增加了企业成本，而且对企业的发展带来了风险。宁夏是我国重要煤炭基地，煤矸石资源累计过亿吨，综合利用的程度低且成为危害环境的固体废物，其潜在的工业价值未被加以利用，因此开展该课题研究已经刻不容环。（5）对于带动相关材料产业的发展有重要意义宁夏正在实施以资源转换为特征的新型工业化道路。宁夏的材料业整体上并不发达，产品结构单调，产业群的特色优势不明显。如区内对氧化铝的需求很大，但是几乎没有相应的生产企业，随着我区材料产业的聚集和发展，培育和发展产业群成为现代材料业及化学工业发展的必然趋势，因此选择特色产业带动具有重要作用。无机铝盐、硅酸盐是用途十分广阔的化工原材料。以其进行二次或多次加工形成的粉体材料如多品种的氧化铝、氧化硅等在石油、化工、轻工、塑料与橡胶、造纸、涂料等行业与领域中用途极广，市场需求大，成为高成长性产业，其涉及的生产技术也呈现出向原料多元化、技术系统化、产品系列化的方向发展。本课题研究是紧紧围绕提高区域资源转化的循环经济能力为核心，以提高产业发展的综合效益为目标，以科技攻关解决循环工业经济发展中的技术难点为突破口，开发先进的绿色化学工艺过程为基础，为宁夏北部老工业区环境治理及产业跨越式发展提供强有力的科技支撑，推动循环经济在新世纪持续快速发展。从区域优势矿产资源的综合利用、梯度合理开发产业关键技术为一条主线，按照循环经济的3A原则进行试验与示范相结合，为区域煤基资源产业结构与功能的合理构建，为调整和优化工业产品结构、能源资源利用结构，建立新的生态工业系统和产业经营机制，形成具有广阔发展前景的特色工业生态技术体系和资源优势产业提供科技支撑。（6）对于老矿区产业可持续发展有重要意义我区的煤炭老矿区，存在的主要问题是：●以煤炭为资源利用的产业结构性严重失调优质煤资源的利用多处于初级阶段；而采煤生产出的煤矸石堆积如山还导致了生态环境恶化；即使利用煤矸石，也是传统的发电、制砖等领域，对煤矸石资源化利用的规模、档次、水平和效率总体上还十分低下；高新科技开发与应用的力度不够，总体上还处于比较粗放的产业发展模式中。化工利用煤矸石的配套关键技术体系尚是空白；虽然我国的一些区域性煤炭固体废弃物试验和针对性研究对区域资源利用有参考价值，但长期以来由于缺乏对科技攻关的有利支持，缺少与产业的关联分析和综合集成，缺乏大规模推广的机制和可行性，造成技术开发的实用性、针对性差。要使宁夏北部老煤炭工业区生态环境问题得以控制，并向优化方向发展，必须进行大范围、大强度的以创新集成为基础的、以资源合理利用关键配套技术为重点的生态工业建设工作。这就促使我们必须紧紧围绕提高区域资源转化的循环经济能力为核心，以提高产业发展的综合效益为目标，坚持科学的发展观，以科技创新为动力，以科技攻关解决循环工业经济发展中的技术难点为突破口，以大力推广适用技术、创新集成先进技术，提高科技贡献率为主体内容，以开发先进的绿色化学工艺过程为基础，为宁夏北部老工业区环境治理及产业跨越式发展提供强有力的科技支撑，推动循环经济在新世纪持续快速发展。从区域优势矿产资源煤炭的综合利用、梯度合理开发产业关键技术为一条主线，按照循环机经济的3A原则挖掘并开发大量煤炭产业链中固体废弃物、液体废弃物的利用价值并与试验示范相结合，为区域煤基资源产业结构与功能的合理构建，为调整和优化工业产品结构、能源资源利用结构，建立新的生态工业系统和产业经营机制，形成具有广阔发展前景的特色工业生态技术体系和资源优势产业提供科技支撑。本项目旨在通过产学研的协作攻关，以宁夏北部老煤炭工业区煤矸石资源深度利用关键配套技术集成创新与示范和区域工业可持续发展紧密结合为目标，以煤矸石资源深度可持续利用、保护生态和创新产业链为指导思想，主攻煤矸石资源深度开发与利用关键配套技术（循环经济模式设计）、组装集成出煤矸石中矿物元素产业化开发与利用配套技术，从而为宁夏乃至中国类似地区资源合理利用集成创新出关键配套技术与示范样板。2.国内外现状和技术发展趋势2.1氧化铝生产方法简介氧化铝总产量90%以上用于电解生产铝，此外还供硅酸盐、耐火材料、机械、无线电、冶金工业、制药等行业使用，在国民经济中有着极大的作用。自然界中含铝矿物有250多种，作为生产氧化铝的原料主要是铝土矿，其中氧化铝含量占50%-70%,,其次是二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛，此外还含有镓、钒等杂质。用铝土矿或其它含铝原料生产氧化铝，实质上就是使矿石中的氧化铝与其它杂质分离的过程。生产氧化铝的方法有碱法、酸法、电热法。①碱法生产氧化铝碱法的基本原理是使矿石中的氧化铝与碱在一定条件下生成铝酸钠，进入溶液而与二氧化硅和氧化铁等杂质分离，然后再使纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，氢氧化铝经高温锻烧制得成品氧化铝。碱法生产氧化铝又可分为拜尔法、烧结法、联合法。拜尔法是直接以苛性钠溶液处理铝土矿，使矿石中氧化铝生成铝酸钠，而矿石中的二氧化硅则成为不溶性残渣———赤泥，与铝酸钠溶液分离，将净化后的铝酸钠溶液进行搅拌分解，再经过滤分离得到氢氧化铝，经洗涤后焙烧成氧化铝，分离所得的大量苛性碱溶液称为母液，母液经蒸发再用于处理下一批矿石。烧结法是将矿石、碱粉、石灰石混合配料，先进行高温烧结，使矿石中氧化铝生成固体铝酸钠，三氧化二铁生成可以水解的铁酸钠，而二氧化硅与氧化钙生成不溶性的原硅酸钙，再用稀碱液溶出烧结块———熟料，使铝酸钠进入溶液与赤泥分离。含有部分二氧化硅的溶液经脱硅后得到铝酸钠溶液精制液CO2通入二氧化碳气体使之分解得到氢氧化铝及母液。母液经蒸发后补充适当的碱粉与下批矿石及石灰配料烧结。洗涤后的氢氧化铝经焙烧得到氧化铝。一般来说，拜尔法具有流程简单，投资较少，产品质量高，生产成本较低的优点。但处理低品位矿石时其优越性较差，而且还要消耗价格昂贵的苛性碱。烧结法的优点是可以处理品位较低矿石，而且只消耗价格便宜的碳酸钠，与拜尔法相比，在同样的条件下1处理低品位矿时/，烧结法的碱耗较低，氧化铝总回收率较高，但流程复杂，投资较大，产品氧化铝质量较差，成本较高。因此含硅很低的优质铝土矿就采用拜尔法，含硅高，铝硅比较低的铝矿石，一般采用烧结法。为了充分利用矿产资源，综合两种方法的优点，以提高氧化铝总回收率，提高产品质量，降低生产成本，将两种方法联合起来使用，这样就产生并联法是用拜尔法处理高品位