神华集团煤炭能源清洁利用迈向新里程——“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝技术具备工业化条件

姬学良 高飞 冯贤|文

从燃煤电厂超低排放，到百万吨煤炭间接液化技术及设备的国产研发，神华集团在煤炭能源清洁利用上一直处于全国领跑的地位。2017年初春，捷报再传——“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝中试装置第七次试车圆满完成。

能源的清洁利用是国家能源产业的发展趋势，作为全球最大煤炭供应商的神华集团坚持能源清洁利用是远见卓识、更是央企担当。从燃煤电厂超低排放，到百万吨煤炭间接液化技术及设备的国产研发，神华集团在煤炭能源清洁利用上一直处于全国领跑的地位。2017年初春，捷报再传——“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝中试装置第七次试车圆满完成。肩负推进工业化进程任务的第七次试车各项数据表明，神华集团自主研发、世界首创的“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝技术具备工业化条件。神华集团煤炭清洁利用迈向新里程。

世界首创的“一步酸溶法”

“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝技术以电厂循环流化床粉煤灰为原料，和盐酸进行反应生产冶金级氧化铝，是神华集团煤炭资源综合开发利用的一项突破性技术。该技术相对于氧化铝行业通用的碱法提取，具有技术条件宽泛、减量化、工艺流程短、酸循环利用、安全环保、能耗低、成本低的优点，而且可以从中提取镓、锂等稀有金属。

神华集团以国家能源战略为指引，根据准格尔煤田煤炭高铝富镓的特性，于2004年便展开了粉煤灰提取氧化铝煤炭资源综合开发利用的研究，在氧化铝提取行业首创性地提出酸法提取的技术路线，于2009年攻破酸法提取氧化铝工艺技术。2011年8月神华准能资源综合开发有限公司氧化铝中试厂（以下简称“氧化铝中试厂”）建成投运，神华集团开始 “一步酸溶法”的工业化攻关。同年12月18日，神华准格尔矿区矿产资源综合利用示范基地揭牌暨煤炭伴生资源循环经济产业项目一期开工奠基仪式在准格尔旗举行，神华集团与内蒙古自治区双双将该项目列为“一号工程”，举全集团、全自治区之力全力推进。

研发历程

一项行业创新、世界首创的技术，其从萌芽到雏形再到成熟，必然要经历无数次的攻关与论证。“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝技术从氧化铝中试厂建成至今共经历七次试车，技术指标不断创新，每一次试车都是一次突破。

2011年8月25日，氧化铝中试厂开始第一次试车，粉煤灰提取氧化铝中试装置一次性全部贯通，证明了该项技术以及中试装置的可行性。但接下来的每一步都步履维艰，酸法提取因其高酸性，曾让许多勇敢的探索者望而却步，酸对设备的强腐蚀性，也一度成为中试过程中的最大障碍。然而神华集团把煤炭的清洁利用看作一种使命，使命履行绝没有半途而非的前例。凭着敢啃硬骨头的毅力和打破常规思维的创新意识，神华集团历经多次试车终于解决了设备材质的各项难题。首创的技术催生了许多首创的材料制造，同时满足耐酸、耐磨、耐腐条件的低价材料应用，得到了氧化铝行业以及有色金属行业的认可。

第五次试车，设备连续运行159天，达产运行3个月，实现了长周期运行的目标。第六次试车，氧化铝溶出率从最初的60%提高到85%以上，借用稀土、钢铁行业的萃取、酸洗再生技术，破解了废水综合利用的问题，各项环保排放指标达标。2016年9月到2017年1月的第七次试车，是“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝工业化进程中具有里程碑意义的一次试车，此次试车中，解决了氧化铝纯度的问题，生产的氧化铝产品纯度达99.39%，达到国家冶金一级品标准；镓提取率60%，纯度达4N级（99.99%）；产量、质量、环保排放、设备完好率全都达到或者超过了工业化设计方案的预期值。

2013年，中国有色金属工业协会和煤炭工业协会联合对神华集团“高铝粉煤灰提取氧化铝关键技术研究及其工业化中试装置开发”进行科技成果鉴定。鉴定结果认为“该成果构建了酸法分解高铝粉煤灰提取氧化铝的理论体系，实现了高铝粉煤灰的资源化高附加值利用，工艺技术属国内外首创，达到了世界领先水平，建议加快工业化示范线建设”。第七次试车，工业化的可行性得到了肯定论证。神华集团用5年的时间，将“一步酸溶法”从实验室里的“襁褓婴儿”培养成了具备工业化条件的“青壮年”，打造了煤炭清洁利用的又一个范本。

“一步酸溶法”粉煤灰生产氧化铝技术

“一步酸溶法”工艺技术主要由配料、溶出、分离洗涤净化、蒸发结晶、焙烧、酸回收六个工序组成，具体流程：电厂生产的粉煤灰与盐酸按一定配比形成成品料浆；成品料浆在溶出工序达到预定的溶出效果后送至分离洗涤净化工序；溶出料浆经过分离洗涤净化去除杂质得到氯化铝精制液；氯化铝精制液送至蒸发结晶工序后经过蒸发结晶得到氯化铝晶体，将氯化铝晶体送至焙烧工序；在焙烧工序氯化铝晶体发生脱水与分解反应生成最终产品氧化铝。在氯化铝晶体焙烧过程中会产生大量的烟气（成分主要为氯化氢），烟气经过洗涤除尘、多级吸收后制成合格的盐酸溶液返回配料工序。

同时，在提取氧化铝过程中，开发了镓、锂、稀土元素的富集和提取技术，开展了多品种氧化铝的研究，实现产品多样化，提升了产业链价值。

在整个过程中，除杂技术是“一步酸溶法”工艺需突破的重点、难点，经过多年努力，神华集团开发了专有的除铁、除钙技术系统并研制了配套设备，成功解决了这一难点。

除此之外，溶出料浆具有腐蚀性和磨蚀性，在160摄氏温度下，防腐耐磨材料的选择及成套设备的研制同样也是粉煤灰提取氧化铝的难点。为此神华集团先后与中国航天科技集团、中国科学院金属研究所等40余家研发单位合作，经过7年的深入研究，尤其是近5年的工业化中试对比实验和改进，研制的设备稳定可靠。经过资质机构的检测，关键设备使用寿命可以达到10年以上，满足了粉煤灰提取氧化铝“一步酸溶法”工艺技术的要求。

国家后续铝资源的有力保障

“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝技术，是神华集团对能源安全高效清洁低碳发展方式的有益探索，是践行“1245”清洁能源战略的重要成果。以该技术为核心的神华集团循环经济煤炭伴生资源综合利用示范项目，上游与煤矿、电厂相接，下游紧联电解铝、铝型材加工、镓锂稀有金属提取以及白泥建筑材料生产，实现了煤炭资源的吃干榨尽、清洁利用。煤炭完成从燃料到原料的进化，经济效益可增加15倍多，是神华集团经济发展新的增长极。

神华集团用事实证明——“未来的铝资源在煤里”。我国铝土矿资源相对匮乏，但需求量大，每年将近50%依靠进口，“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝技术的成功研发，对我国增强铝资源的自主保障能力、推动煤炭清洁高效利用、促进民族地区发展具有重大意义。以晋陕蒙三省的高铝煤炭储量测算，其中含铝约30亿吨，是国家后续铝资源的有力保障。

与粉煤灰提取氧化铝同步的，“一步酸溶法”工艺流程中还可以提取镓、锂等稀有金属，更为国家光伏发电、电能存储的技术进步提供了新的空间。

能源清洁利用的引领与示范

“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝技术及其工业中试装置目前共撰写并申报国家专利188项，已获得国际PCT授权专利4项，获得国内授权专利95项，其中发明专利57项，实用新型专利38项；国家发明专利审查中24项，国内发明专利申请中48项，国内实用新型专利申请中8项。神华集团已发表循环经济产业相关论文37篇，建立企业标准4项，目前正在整理制定行业标准、编制氧化铝工艺包和电解铝工艺包。

“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝技术成为神华集团首个在全球范围内掌握核心技术的应用技术，是其由规模速度型向质量效益型发展转变的重大成果，在国家的能源清洁利用上起到了引领与示范的作用。以“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝技术具备工业化条件为标志，神华集团“1245”清洁能源战略实施迈向了新里程。