第二期

 

鄂尔多斯市科学技术协会   2023年5月10日

 

 

关于固废综合资源化利用的对策建议

 

鄂尔多斯碳中和研究院    王明培

内蒙古蒙西鄂尔多斯铝业有限公司  高富  

 

一、基本情况

内蒙古蒙西鄂尔多斯铝业有限公司（以下简称：蒙西铝业公司）由内蒙古蒙西高新技术集团和鄂尔多斯市国有资产投资控股集团共同出资设立。公司秉承资源节约及固废资源综合利用发展理念,为当地高铝粉煤灰（煤矸石）的“资源化利用，减量化排放”开创技术途径。在自有知识产权技术的支持下，于2013年建成利用粉煤灰年产40万吨氧化铝（一期20万吨）项目。项目建成后经过近十年的设备调试和工艺线路改进，2022年顺利产出了合格的冶金级氧化铝产品。该项目是目前全球唯一一条在运行的粉煤灰提取氧化铝规模化产业化生产线，是国家发改委核准的全国首个粉煤灰提取氧化铝项目，也是国家发改委利用非铝土矿资源发展氧化铝工业的示范工程。截至2022年底项目累计完成投资26.4亿元。

（一）当前粉煤灰提取氧化铝的技术发展

1、已经产业化规模化技术

（1）石灰石煅烧法（在运行）

石灰石煅烧法的反应温度是1300℃~1400℃，反应物为粉煤灰与石灰（电石渣可全部替代），旨在使氧化铝转变成易溶解的铝酸钙(12CaO·7Al₂O₃)；同时生成难溶解的硅酸二钙(2CaO·SiO₂)；熟料经过活化，用Na₂CO₃溶液溶出，从而达到元素硅和铝的分离；溶出液先后经过脱硅、碳分、焙烧，形成氧化铝产品。

蒙西集团于1998年开始研发粉煤灰提取氧化铝，经过机理研究和两次大型工业化试验，形成了石灰石（电石渣）煅烧-拜耳法工艺。于2004年完成工业化试验，2013年建成20万t/年一级砂状氧化铝项目，并于2014年成功打通全流程。蒙西铝业公司就是采用该项技术。

（2）预脱硅-碱石灰烧结法（生产线已经拆除）

预脱硅-碱石灰烧结法是首先用粉煤灰与NaOH液体在一定条件，溶出灰中的SiO₂得到硅酸钠溶液，进一步生产白炭黑或活性硅酸钙；提取部分硅后的固体渣A/S得到了提高，通过烧结法制取氧化铝。

大唐国际从2004年开始研发粉煤灰制取氧化铝工艺，开发的预脱硅-碱石灰烧结法，联产活性硅酸钙(CaO·mSiO₂·nH₂O)和水泥熟料，于2008年完成3000t/年氧化铝中试并通过技术成果鉴定。2010年20万t/年氧化铝示范项目成功打通全流程。

2、研究阶段，准备产业化

酸法粉煤灰提取氧化铝，首先用无机酸(HCl、H₂SO₄、HNO₃)处理粉煤灰，制得对应的铝盐溶液，经除杂后蒸发结晶，焙烧后得到氧化铝，相应的酸气经吸收后循环使用。酸法中，硅不参与反应，SiO₂在溶出过程中以渣的形式被移除。酸法工艺主要有HCl浸出法和浓硫酸浸出法等。

盐酸法中较有代表性的是国家能源准能集团与吉林大学联合开发的“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝工艺，同时联产硅、镓、铁等副产品。2011年建成4000t/年氧化铝中试装置。目前准能公司已经完成该技术的工艺包编制，30万t/年高铝粉煤灰综合利用示范项目正处于设计阶段。

3、实验室阶段

其他粉煤灰提取氧化铝工艺（实验室研究阶段）

（1）碱溶法

苏双青等以粉煤灰为原料，通过两步碱溶法工艺提取氧化铝，避免了粉煤灰活化过程中的高能耗，减少了废渣产量。

（2）亚熔盐法

中国科学院过程工程研究所利用亚熔盐介质流动性好、沸点高、反应活性高、分离功能可调等优良特性，自主研发了亚熔盐提取粉煤灰中氧化铝工艺。

（二）蒙西铝业公司利用粉煤灰提取氧化铝的项目进展

公司利用粉煤灰年产40万吨氧化铝项目2006年1月取得国家发改委的批复；2006年7月开工建设；2012年1月，项目由中国国际工程咨询公司专家进行评审，认为：项目是发展循环经济的典型范例，具有积极的示范意义。2014年10月，建成国内首条利用粉煤灰“石灰石烧结－低温拜尔法”年产20万吨氧化铝工业化生产线。

该项目是在借鉴波兰成熟生产工艺和经验的基础上，蒙西集团历时20多年攻关，先后经过机理研究、中试试验和两次工业化试验而取得的具有完全自主知识产权的专利技术，目前共取得包括十一项发明专利在内的十七项专利。项目主要利用火电厂高铝粉煤灰与石灰石（或电石渣）按比例搭配粉磨后煅烧，采用碱溶法提取氧化铝，提取氧化铝过程中产生的副产品硅钙混合物，全部用于联产水泥熟料等建材产品；工艺过程中产生的二氧化碳经回收、净化后用于碳分，碳分后的母液可提取金属镓，生产出的高硅氢氧化铝（铝硅比达到60以上）再通过拜耳法生产出一级砂状氧化铝。截止2022年底，蒙西铝业公司利用粉煤灰提取氧化铝生产线已间断运行720天，累计生产氧化铝熟料7万吨，氧化铝4000吨，生产出合格的一级冶金氧化铝产品，产品各项指标稳定、性能好，具有较好的市场竞争力。

未来三年规划：蒙西铝业未来发展将依托当地工业园区的有利资源，与园区内的氯碱化工、电厂合作，利用发电厂做功后的废气为生产系统溶出工序提供热源，利用氯碱化工企业的石灰窑外排二氧化碳气体进行溶出系统碳酸化分解，减排二氧化碳；利用氯碱化工企业的电石渣替代石灰石与电厂外排的粉煤灰搭配煅烧生产氧化铝熟料，提取氧化铝后的废渣全部给电石渣配套的水泥窑用于生产水泥熟料。实现生产全过程废弃资源和二氧化碳综合利用，打造园区固废资源化利用的绿色循环经济产业模式。新项目即可以大幅度降低生产线投资，还可以降低产品的生产成本，实现固废的资源化利用，减排二氧化碳。一条年产20万吨氧化铝生产线，一年消化电石渣112万吨，粉煤灰68万吨，利用二氧化碳40万吨。

二、存在问题及原因

（一）科技投入巨大，产业化进程缓慢。

内蒙古中西部和山西北部的部分煤田，蕴藏着丰富的高铝煤炭资源，这种高铝煤燃烧产生的粉煤灰，氧化铝含量在38%~50%，开发价值很高。

大唐集团于2008年新建了年处理50万吨高铝粉煤灰的产业化示范项目，设计年产氧化铝20万吨，该项目于2013年10月建成，在粉煤灰利用产业方向相关技术开发与产业探索总投入上超过60亿元。准能集团从2004年开始对高铝粉煤灰综合利用研究，历时17年开发出了“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝工艺，2011年建成4000t/年氧化铝中试装置，至今累计投入25亿元；蒙西集团20年来致力于粉煤灰提取氧化铝研究实践，蒙西铝业公司2006年7月开工建设粉煤灰年产20万吨氧化铝工业化生产线，2014年10月建成，至目前规模化试产运行成功，期间累计已投入资金26.4亿元。

现在在运行工业化生产线只有蒙西铝业一条生产线，大唐铝业生产线已经拆除，国能准能集团建成年产4000吨试验线，以上企业都经过十几年以上的科研与实践，科研投资巨大，产业化过程艰难。

（二）规模化生产仍需大量投入，持续优化工艺降低成本。

当前各企业研究实验及试产运行的粉煤灰提取氧化铝项目，要实现规模化生产，还需要继续加大投资。项目工业化落地，相对于试验平台建设，不确定因素较多，工业化过程资金需求高，生产线调试和工艺完善需要走的路还很长。只有完善工艺线路，优化工艺结构，进一步简化生产流程，才能降低成本，生产符合市场需求的产品。

（三）产业链利润环节不均，制约粉煤灰提取氧化铝产业发展。

传统氧化铝企业生产原料铝矾土主要靠进口，国产铝矾土品质较差，近年来随着进口量增加导致价格持续攀升，铝矾土到港价格已从2018年每吨240元上涨到2022年的520元，内地传统氧化铝生产企业几乎都在亏损边缘。氧化铝作为中间产品，行业利润主要集中在矿山开采和下游的电解铝，加上氧化铝产能过剩，市场议价能力低，获利能力差。粉煤灰提取氧化铝项目本身属于技术创新和科研应用项目，技术开发和生产线投资巨大，融资成本高，初始阶段产品成本也高，暂时无法与传统氧化铝企业竞争。巨额的科研费用和漫长的工业化调试过程投入，造成粉煤灰提取氧化铝项目财务负担重，获利能力差，暂时各企业投资收益小，投资积极性低，不利于粉煤灰提取氧化铝及固废资源化利用项目的成长和发展。

（四）资金缺口大，融资成本高，难以支撑20万吨粉煤灰提取氧化铝项目正常运行。

蒙西铝业作为国内现阶段唯一在运行的粉煤灰提取氧化铝工业化生产线，现已经打通全部关键技术环节，并连续生产出合格的产品，企业已经具备规模化生产条件，但因企业前期项目投入大、债务重，资金紧张，银行贷款利息等经营成本过高，规模生产运营非常艰难。如后续企业无法摆脱目前困境被迫终止运营，意味着该项目20年来经过研究及工业化生产已取得成功的粉煤灰提取氧化铝独创技术，将失去了为开发利用高铝粉煤灰提供工程示范和技术支撑及推广应用的重要作用。从粉煤灰提取氧化铝主要的几家企业来看，都面临着这样的问题，如不能从根本上解决资金和投资问题，花费巨额资金开发的技术，要么无法落地，要么落地后停产。

三、对策建议

建立粉煤灰提取氧化铝资源综合利用循环发展经济体系，建设国家绿色生态铝产业链发展园区，实现资源梯级利用和产业循环衔接，继续加大对粉煤灰提取氧化铝项目的政策金融支持，意义重大。

一是建议延伸产业链，增强企业发展后劲。目前大唐国际、准能集团、蒙西铝业等作为不同技术工艺路线的粉煤灰提取氧化铝企业，如能够加快实现规模化生产，将极大降低我国铝资源对外依存度，战略意义重大。解决这些企业遇到的产业链不完整和发展短板，需要更宽松的产业政策去支持，恳请给粉煤灰提取氧化铝项目配套电解铝，增加企业的产品应用渠道，提升企业的获利能力，增强企业的发展动力和自身的造血功能，更好的改进提升产业化技术，做大做强粉煤灰提取氧化铝产业。给与配套电解铝指标，可以鼓励粉煤灰提取氧化铝行业投资积极性，有利于行业的快速健康发展。

二是建议落实转型基金和绿色能源配套资源，实现企业良性运转。支持粉煤灰提取氧化铝行业发展，给与研发和产业化落地企业更多的金融政策支持，改善企业的负债率和投融资结构，扩宽企业融资渠道，推进转型基金和绿色能源的配套政策倾斜，减轻企业负担，助力行业和产业化企业的长足发展。建议将开发利用高铝粉煤灰生产的氧化铝、铝硅合金、活性硅酸钙、分子筛、氢氧化铝、金属镓等产品列入国家资源综合利用目录，享受国家相关税收扶持政策。 

三是建议通过重大科技攻关专项、典型示范等方式，支持企业与高校、科研院所开展高铝粉煤灰提取氧化铝技术攻关，突破一批“卡脖子”技术，进一步优化工艺流程和装备，降低生产成本。

联系人：市科协学会部杨蓉

联系电话：15047592222