高铝煤炭循环经济产业链模式

徐 靓

高铝煤炭循环经济产业链模式

徐 靓

传统煤基产业结构必须进行调整和转型升级，结合国家战略规划，寻求煤炭的高附加值利用并以产业链模式规划发展，成为高铝富镓煤炭的主要发展方向。本文分析比较了以“一步酸溶法”、“预脱硅—碱石灰烧结法”及“石灰石烧结法”为基础的不同循环经济产业链构成模式，指出了规划构建循环经济产业链需注意的问题。

高铝煤需进行高附加值利用

近两年来，随着深刻的结构变化和发展方式变化，我国经济正在进入新常态。无论是国际国内宏观经济形势，还是能源行业、煤炭行业的市场走势，都遇到许多新情况、新问题。煤炭方面，突出矛盾是产能过剩、需求不足，同时电价下调向煤价传导压力也成为煤炭价格下滑的主要因素之一。目前，煤炭行业普遍亏损，传统煤基产业结构必须进行调整和转型升级。

内蒙古准格尔矿区煤炭资源储量丰富，煤炭地质储量267.6亿t，是国内煤炭企业相对集中的地区。该地区煤炭中伴生有丰富的铝、镓等有色金属。煤炭经发电厂锅炉燃烧后，所得粉煤灰中富集了大量的铝、镓等金属，其中氧化铝含量在50％左右、镓含量达到82.5 g/t，这意味着准格尔煤田蕴含氧化铝30多亿吨、镓85.7万t，是提取氧化铝和金属镓的巨大潜在资源。而目前，该地区煤炭仍以开采后作为燃料外运或就地燃烧为主要利用途径，利用途径单一、抗市场风险能力差，既不能使该地区煤炭资源价值得到充分展现，同时也不能满足新常态下企业的盈利需求。

2004年起，多家企业依托高铝富镓煤炭资源开展了高铝粉煤灰提取氧化铝工艺技术研究，取得阶段性成果，并着手开展粉煤灰提取氧化铝工业化示范厂的建设工作。

工信部发布的十二五中国铝工业循环经济工程规划中提到：“要遵循循环经济理念，加高铝煤炭资源综合利用，提高资源综合利用水平，在内蒙古、山西等高铝煤炭资源丰富地区建设高铝粉煤灰综合利用工程”。2013年7月18日，国家工业和信息化部发布的《铝行业规范条件》中规定“新建利用高铝粉煤灰生产氧化铝系统氧化铝回收率应达到85％以上，硅钙渣等固体废弃物综合利用率必须达到96％以上”。

可以看出，寻求煤炭的高附加值利用并以产业链模式规划发展，成为高铝富镓煤炭的主要发展方向。

循环经济产业链规划分析

目前，国内已有多个企业采用不同工艺技术从高铝粉煤灰中成功提取氧化铝，并以此为核心技术，规划建设高铝高铝煤炭循环经济产业链。

以“一步酸溶法”为基础的循环经济产业链

神华集团采用的粉煤灰提取氧化铝核心技术为自主研发的“一步酸溶法”工艺技术，是目前主要应用技术中唯一的酸法工艺技术。该技术具有工艺流程短、能耗低、固废减量化、酸循环利用、综合利用率高、生产成本低（1555.94元/t）、适用于高铝粉煤灰及低品位铝土矿等特点，优势突出，是粉煤灰提取氧化铝最具竞争力的工艺技术之一。酸法氧化铝化学组分满足冶金及氧化铝一级品要求，其中铁杂质含量低于标准一个数量级，是制造高纯氧化铝和高纯铝的利好因素，但其物理性质与传统氧化铝不同，电解过程中，其输送、下料、溶解、烟气净化等存在差异，不能直接用于传统的电解工艺，需对传统的电解铝系统进行改造或建设配套的电解铝系统。目前，“一步酸溶法”技术已通过鉴定，并进行了工业化中试，具备工业化示范设计建设条件。

依托该技术，神华集团编制了神华准格尔矿区煤炭伴生资源循环经济产业项目规划，将分三期建设六条“煤- 电 - 氧化铝（ 镓、铁系颜料、橡塑填料等） - 电解铝 -铝材加工”循环经济产业链：煤矿生产的煤炭经选煤厂洗选加工后，劣质煤和煤矸石送往工业园区的自备电厂燃烧发电；电厂产生的粉煤灰用于氧化铝厂生产氧化铝，同时实现镓、铁等回收，固废-白泥用于生产橡塑填料、分子筛、压裂支撑剂、地质聚合物等产品；氧化铝厂生产的氧化铝用于电解铝厂电解；电解生产的铝水在熔融状态下直供铝材加工厂生产铝材；电厂所发的电、蒸汽全部用于产业园区各生产厂使用，形成一个完整的自循环体系。

“一步酸溶法”工艺技术具有固废减量化的优势，同时在本产业链规划过程中，以产品多元化为原则对所排固废进行资源化利用，既可提高产品附加值，又可降低大规模产量对市场的冲击。

以“预脱硅—碱石灰烧结法”为基础的循环经济产业链

“预脱硅—碱石灰烧结法”粉煤灰提取氧化铝工艺技术是基于传统氧化铝生产工艺优化形成的适用于粉煤灰提取氧化铝的工艺技术。其优点是生产的氧化铝可直接使用传统电解装置电解，但存在能耗高、成本高、排渣量大、无法进行镓的资源化利用等问题。目前，已建成投产了粉煤灰年产20万t氧化铝示范生产线，实现连续稳定运行，成为国内外首条粉煤灰提取氧化铝生产线。根据示范生产线实际运行情况分析，“预脱硅—碱石灰烧结法”氧化铝生产综合成本为2560元/t左右，高于目前氧化铝的市场售价，但综合考虑规模化效益及联产高填料环保纸和建材水泥等产生的收益，该工艺路线具有一定的市场竞争力。

大唐国际采用的粉煤灰提取氧化铝核心技术为“预脱硅—碱石灰烧结法”粉煤灰提取氧化铝并活性硅酸钙化工填料多联产技术。依托该技术，大唐国际规划了构建“高铝煤炭—电力—氧化铝、活性硅酸钙、建材—铝深加工”的循环经济产业链，带动冶金、化工、建材和装备制造业等行业发展，形成紧密型产业体系。

中煤平朔也规划采用该技术构建“煤-电-氧化铝、白炭黑-铝、建材水泥”产业链，并于2014年建成了处理量为20万t/年的粉煤灰综合利用项目，即4.26万t/年白炭黑和9.88万t/年氧化铝示范厂。

以上产业链对氧化铝提取后产生的大量固废仅进行了较单一的资源化利用，可能造成对经济辐射区市场的强烈冲击。

以“石灰石烧结法”为基础的循环经济产业链

“石灰石烧结法”粉煤灰提取氧化铝工艺技术也是基于传统氧化铝生产工艺优化形成的适用于粉煤灰提取氧化铝的工艺技术。但该技术也存在能耗高、生产成本高（3000元/t）、排渣量大等问题。

宁夏嘉峰化工结合自身产业特点及内蒙古西部地区煤炭资源优势，规划以电厂发电后得到的高铝粉煤灰及双氰胺生产后得到的碳酸钙废渣为原料形成“形成煤、电力、电石、石灰氮、单氰胺、双氰胺、氧化铝、金属铝、金属镓、水泥熟料、水泥、轻质碳酸钙、金属铁粉和生石灰”的循环经济产业链。其中，在使用“石灰石烧结法”提取氧化铝后，用Na2CO3溶液对氧化铝熟料进行再次溶解，固液分离后溶液经碳化、过滤、洗涤生产出冶金级氧化铝及多品种氧化铝，在此过程中，可对再次富集的金属镓进行提取，氧化铝生产的固体废弃物硅钙渣用于下游水泥熟料生产。

该生产链充分利用了该公司以双氰胺为主营产品、已有石灰氮、单氰胺、双氰胺生产基础的特点规划了产业链，但对氧化铝熟料再次溶解的工序进一步提高了能耗，其经济性待进一步分析评价。

图1 神华准格尔矿区煤炭伴生资源循环经济产业链示意图

图2 大唐国际煤炭伴生资源循环经济产业链示意图

结语

“煤-电-铝”是核心

由以上产业链规划可见，无论采用何种氧化铝提取工艺，在产业链的规划过程中，“煤-电-铝”是产业链的核心，电厂、氧化铝厂和电解铝厂三者构成紧密联系的统一整体。

电厂利用“高铝富镓”煤发电，其产生的粉煤灰是生产氧化铝的主要原料，是循环经济产业项目不可或缺的组成部分。近年，内蒙古电网供电量趋于饱和，上网电厂发电小时数受到严格控制，若示范基地电厂也受此约束将不能生产足够的粉煤灰供应给后续工序。电厂可以通过较高的有效利用小时数，降低电力成本，创造良好的经济效益。氧化铝厂可以通过利用电厂的粉煤灰资源摆脱国内铝土矿资源匮乏的困境，得到较低的原材料和动力成本，降低由于矿产资源不足和矿石价格上涨带来的风险。而建设采用电厂直供电模式的电解铝厂即能有效解决电厂所发电力的使用问题，又可以通过稳定、廉价的氧化铝原料和电力供应，合理的控制成本，抵御市场价格低迷的风险。

图3 宁夏嘉峰化工循环经济产业链示意图

产品多样化是保障

传统的铝工业产业链是单一的串联式产业链模式，仅对电解铝进行深加工，提高金属铝的产品附加值。分析高铝煤炭的循环经济产业链模式可以看出，高铝煤炭的循环经济产业链可以对氧化铝生产过程中产生的固废等进一步资源化利用的网状模式，更加符合“3R”原则。甚至可以做到辅助产业链与竹产业链相耦合，在产业链的不同阶段进行充分的相互资源利用，成为更有经济竞争力的产业链或者产品链。而产业链越长、产品种类越多，越容易抵抗循环经济产业产品对经济辐射区的原有产品市场冲击带来的风险。

产业链整合存在困难

高铝煤炭循环经济产业链项目涉及电力、冶金、化工、建材等多个领域，已规划建设产业链的企业或为传统的能源企业，仅具有煤电联营的基础；或为典型的化工企业，不具有产业链涉及的能源、冶金等行业的运营基础，均不具备全产业链建设管理的能力。同时，因现有各分项可研、初步设计等前期准备工作都是相互独立的，各设计单位均专长于某一行业，不具备总体设计及协调各模块的能力。因此，若要实现循环经济的产业化应尽快解决产业链各模块设计、建设过程中的隔膜。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.23.028