高铝煤矸石制取氧化铝余热发电技术1、背景技术我国是一个氧化铝生产大国，2008年产量达到2537万吨。虽然我国的氧化铝资源总量丰富，但矿石类型主要以高硅、高铁、低铝硅比和以一水硬铝石为特点，难以采用经济的拜耳法工艺生产氧化铝，具有开采、利用价值的铝土矿资源在未来6-7年内面临枯竭。因此寻找新的氧化铝资源，开发节能降耗的氧化铝生产工艺将是中国铝工业可持续发展的关键。中国是以煤炭为主要能源的国家，在相当长时间内这种能源结构不会发生根本改变，2008年全国火电耗煤14.2亿吨，产生粉煤灰4亿多吨，产生煤矸石在1.43.6亿吨以上。由于煤矸石和粉煤灰含铝，是潜在的氧化铝资源，提取氧化铝是煤系固体废弃物合理利用的技术途径之一，但因采用传统氧化铝的烧结法工艺提铝，存在能耗高，工艺复杂，环境污染大等原因，至今未有具有竞争力的产业化项目投产的报道。本项目把煤矸石余热发电和氧化铝提取工艺结合起来，可显著提高资源、装备的利用效率，降低成本，减少环境污染。这对于我国电力工业和铝工业的可持续发展和总体经济效益的提高具有重要的示范带动作用。2、技术方案本项目以高铝煤矸石为研究对象，拟采用的主要技术方法为：在煤矸石发电过程中，加入煤矸石活化剂，利用煤矸石燃烧的温度条件，把煤矸石中的氧化铝和氧化硅转化成可用水、酸、碱溶解浸出的活性矿物，在不明显影响煤矸石发电的情况下，利用经济的方法制取氧化铝、白炭黑和有关化工产品，实现煤矸石的完全资源化利用。2.1工艺路线高铝煤/高铝煤矸石添加剂磨粉配料电能蒸汽燃烧发电用于后续氧化铝提取熟料粉磨氧化铝原料滤液制硅产品浸取/过滤回收碱渣滤渣酸化酸浸液碱液回用溶出/过滤氢氧化铝碱化/过滤滤液碳酸化过滤滤液岢化苛化回收碱石灰CO2碳酸钙氢氧化铝煅烧石灰石煅烧Al2O32.2工艺说明（1）把煤矸石磨成粉体，若煤矸石发热量不足，需要补加高铝煤，把煤矸石活化剂配成溶液，并与煤矸石充分混合，制成510mm颗粒，送入回转窑中煅烧，温度控制在800900，在这一条件下，煤矸石中的煤质成份燃烧，硅酸盐成份发生分解和转化。富余热量产生蒸汽采用余热锅炉发电，余热蒸汽和电能供后续氧化铝提取工艺所需；固相组成为Na2O.Al2O3.2SiO2（7.3%）、Na2O.Al2O3（28%）、Na2SiO3（50.6%）、其它14.1%。（2）脱硅：烧结渣中的Na2SiO3易溶于水，用热水浸取， Na2SiO3溶解于水，过滤后滤液主要成份为Na2SiO3，用煅烧过程产生的CO2酸化，得到碳酸钠和水合硅酸沉淀，碳酸钠回用于生产流程，硅酸经煅烧后得到高活性二氧化硅，实现了煤矸石中硅资源的回收利用。（2）碱溶出：上述水浸不溶滤渣用烧碱在加热溶出，Na2O.Al2O3溶解在溶液中，经过滤后用煅烧过程产生的CO2酸化，得到碳酸钠和氢氧化铝，碳酸钠既可回用于配料，也可用石灰苛化后得到烧碱和超细碳酸钙；氢氧化铝经煅烧得到氧化铝。通过这一反应实现了煤矸石中大部分铝的回收利用。（3）霞石渣中铝硅资源回收：烧结渣中的Na2O.Al2O3.2SiO2及其它杂质不溶于水和碱，但易溶于酸，用稀硫酸浸提，将主要发生如下化学反应： Na2O.Al2O3.2SiO2+4H2SO4=Na2SO4+Al2(SO4)3+2H2SiO3+2H2O通过过滤，滤渣为不溶的H2SiO3和杂质，经水洗后可作为建材行业的高活性填充矿物，并可进一步提取铁精粉；滤液主要为含Na2SO4、Al2(SO4)3，往滤液中加入碳酸钠调整pH，将发生如下反应：Al2(SO4)3+3Na2CO3+3H2O=2Al(OH)3+3Na2 SO4+3CO2通过过滤、洗涤可得到氢氧化铝，与第二步反应产物合并后经煅烧，可得到不同用途的氧化铝；滤液中存在的硫酸钠，可加入石灰进行苛化，发生如下反应：Na2 SO4+Ca(OH)2=CaSO4.2H2O+2NaOH经过滤分离，滤液蒸发浓缩后得到烧碱液，返回配料工艺循环利用。剩余渣是纯度很高的石膏，可生产高附加值的石膏制品为建材利用。（4）煅烧：合并上述过程得到的氢氧化铝，如煅烧温度为850左右，将得到活性g-Al2O3,经1100煅烧，可得到冶金级的Al2O3。2.3试验纲领（1）计算单位：1万吨氧化铝/年，工作时间：250天，关键工段连续运行实行三班制，一般岗位2班制，有效工作时间7h/班；（2）主要物料：高铝煤矸石，其化学组成：烧失量30%，发热量1800cal/kg，固体中SiO250%、Al2O335%、Fe2O310%，其它如钙、镁、硫杂质5%。（3）氧化铝综合回收率：92%2.4物料和热量平衡理论进料理论产出4.4万吨高铝煤矸石3.63万吨碳酸钠0.515万吨98%硫酸0.288万吨生石灰1.0万吨氧化铝1.392万吨活性二氧化硅（白炭黑）0.412吨烧碱（循环利用）3.09万吨纯碱（循环利用）0.887万吨石膏（建材利用）0.704万吨渣（铁精矿）煤矸石发热量：7.921010cal,相当于1.1314万吨标煤，可转化成电能1380万KWh。总能耗：1.495万吨标煤，其中：配料煅烧：0.8971万吨标煤，约占总能耗的60%脱硅：0.1943万吨标煤，约占总能耗的13%碱溶出：0.1495万吨标煤，约占总能耗的10%焙烧：0.1794万吨标煤，约占总能耗的12%其它：0.0747万吨标煤，约占总能耗的5%补充能源：0.3636万吨标煤3、建设条件分析3.1主要设备工段主要设备辅助设备发电段粉磨机提升机、给料机、除尘器反应罐反应罐、泵、搅拌机制球机搅拌机、压球机、堆场、提升机回转窑喷煤机、除尘器、余热锅炉、熟料仓、气体压缩机发电机涡轮机、变压器脱硅压力釜搅拌机，反应罐、蒸汽管道、中间物料罐、过滤机、液体灌、蒸发锅溶出压力釜搅拌机，过滤机，蒸发器碳酸化反应罐搅拌机、CO2贮气罐、过滤机、蒸发器酸解反应罐搅拌机、酸罐、过滤机、CO2贮气罐、焙烧燃气炉、焙烧炉、除尘器、物料仓3.2 占地面积（1）物料堆场：1500；（2）发电场：1500；（3）反应段：3000；（4）产品及副产品堆场：2000；（5）道路、绿化及辅助：4000合计：12000，折合18亩。3.3 公用设施水:5吨/h电：800KWh蒸汽：8吨蒸汽/h3.4投资估算序号工程和费用名称估算价值建筑工程安装工程设备合计/万元一主要生产300.015015001950二辅助生产25.01.512.038.51分析、测试、试验10.00.510.013.52更衣休息室5.00.51.06.53办公10.00.51.011.5三公用工程20.050.070.0140.01供配电10.040.060.0110.02给排水10.010.010.030.03总图运输0.00.00.00.0四配套工程6301职工培训10.02设计费60.03技术开发费200.04基本预备费150.05备品备件费150.06不可预见费90.0五外围工程3901土地征用费1502厂区道路40.03设备运输1504三通一平50.0六流动资金原料和工资的两个月和200.0合计一到六项的和3348.54、预期效果本项目把煤矸石发电与氧化铝提取工艺联合起来，实现了煤、电、气和硅铝资源的合理利用，为煤矸石高附加值利用提供了技术依据，为氧化铝产业找到了一种新的潜在资源，为建材和化工产业提供了相关质量优良的产品。（1）在能源消耗方面：与传统的用粉煤灰制氧化铝相比（石灰石烧结法），可降低能耗能源60%以上。（2）在废渣产出方面：与单纯煤矸石发电相比，本项目可减少废渣量70%以上；与粉煤灰制氧化铝相比，可减少废渣量87%。而且本项目所谓的废渣实际上是含铁较高的渣，可作为水泥行业的铁质校正剂。（3）在温室气体减排方面：与单纯煤矸石发电相比，1吨煤矸石要排放1.1吨CO2，再继续生产氧化铝，要产生CO24.1吨，综合起来的CO2排放量是本项目的2倍以上。（4）在经济指标方面：1吨煤矸石可发电313度电，产值109元（按0.35元/度计算）；用传统技术生产氧化铝，可获得0.21吨氧化铝（按3000元/吨），可产生630元产值，这样，所产生的价值为739元。采用本技术方案，电能、蒸汽被后续生产工艺利用，每处理1吨煤矸石可获得氧化铝0.21吨（按3000元/吨），白炭黑0.292吨（4000元/吨），0.186吨石膏（50元/吨），0.148吨铁精矿（100元/吨），综合价值为1822元，其价值是单纯煤矸石发电的方法的16.7倍，是单纯煤矸石制氧化铝的2.9倍。因此，采用本技术方案，煤中的能源和化学组成都得到了充分利用，大幅度减少了温室气体和废渣的排放量，提高了系统的经济效益，是一种新型的煤矸石绿色化和高附加值利用技术。