中国优质铝土矿资源匮乏，不能满足生产氧化铝需求，进口量超过50%。而我国北方某些产地原煤中赋存着大量细分散状的软水铝石和高岭石矿物，相应地燃煤电厂排放的粉煤灰中氧化铝含量高达32%~52%，可作为生产氧化铝的重要潜在资源，以弥补我国铝土矿资源的不足，对降低铝资源的进口依存度、改善生态环境具有重大意义。本项技术采用预脱硅-低钙烧结法处理高铝粉煤灰，制取冶金级氧化铝，副产沉淀硅酸钙和轻质墙体材料。高铝粉煤灰主要分布于内蒙古鄂尔多斯、乌海，宁夏石嘴山和陕北等地区。本项实验原料取自宁夏石嘴山电厂粉煤灰，主要物相为硅酸盐玻璃微珠，结晶相主要为莫来石和石英；Al2O3＞37%（表1），可作为生产氧化铝的优质原料。基于本团队前期研究技术成果，设计高铝粉煤灰制取氧化铝副产沉淀硅酸钙的基本工艺流程见图1。原料处理 高铝粉煤灰的氧化铁含量较高，采用湿法磁选除铁，可回收铁精粉，同时降低原料中的全铁含量。碱溶脱硅 高铝粉煤灰在苛性钠碱液中发生溶解，脱去部分SiO2，浆料过滤得硅酸钠滤液和脱硅滤饼。苛化沉硅 所得硅酸钠滤液加入适量石灰乳，发生苛化反应。过滤得苛性钠碱液，返回上工段循环利用；水合硅酸钙滤饼经干燥，制得沉淀硅酸钙粉体。烧结溶出 脱硅滤饼采用低钙烧结法配料，烧结熟料溶出氧化铝，过滤得铝酸钠液体，用于制备冶金氧化铝；滤饼为碱硅钙渣。制氧化铝 上工段所得铝酸钠溶液，经精制除硅、碳化分解生成氢氧化铝（图2），经煅烧制成氧化铝产品。回收碱液 碱硅钙渣滤饼加入稀碱液进行水解反应，过滤分离得苛性钠碱液，返回碱溶脱硅工段循环利用；剩余硅钙尾渣用于制备轻质墙体材料。本项技术利用高铝粉煤灰制取冶金氧化铝，副产沉淀硅酸钙和轻质墙体材料。以处理1.0吨高铝粉煤灰计，工艺全流程的物料消耗与产品方案见表2。（1）高铝粉煤灰资源利用率高，主要组分Al2O3、SiO2加工成氧化铝和沉淀硅酸钙，剩余尾渣加工为轻质墙体材料；（2）氧化铝组分回收率高，纯度高（~99.5%），满足冶金级氧化铝一等品指标要求；（3）高铝粉煤灰加工过程条件温和，无三废排放，全流程可实现清洁生产；（4）工艺流程相对简单，且集成度高，全流程易实现自动化生产。冶金用氧化铝约占氧化铝产量的90%，用于生产电解铝。其余非冶金用氧化铝则广泛用于化学、医药、催化剂及其载体、橡胶、颜料、造纸、耐火材料、绝缘材料、填充剂、陶瓷、电子、石油、化工、军工及环境保护等领域。全球氧化铝主要生产国有澳大利亚、美国、中国、巴西和牙买加，5国产量占世界总产量约60%。2019年，中国氧化铝产能超过8500万吨，产量达7247万吨。中国氧化铝市场的快速发展，导致铝土矿消费对外依存度越来越高。据估计，中国每年排放高铝粉煤灰超过1.0亿吨，其中氧化铝蕴藏量约4000万吨。因此，本项技术若实现规模化工业生产，则对我国西部地区开展高铝粉煤灰实现资源化利用、发展循环经济具有重要意义；同时对保障氧化铝工业可持续发展具有重大战略价值。沉淀硅酸钙的成分与硅灰石类似，白度超过95%，具有吸油量低、易分散、性质稳定等特点，可用作纸张、涂料、塑料、橡胶等的填料，或作为冶金保护渣和涂料，也可用作电焊条药皮、石棉代用品、磨料粘结剂、玻璃配料等。本项技术利用高铝粉煤灰提铝后的硅钙尾渣制备的新型轻质墙体材料，主要性能指标：抗压强度≥15MPa，体积密度≤1000kg/m3，导热系数0.12~0.14W/(m·K)，强度高于加气混凝土，体积密度、导热系数等指标明显低于实心黏土砖。随着国家对节能建筑的推广，新型墙体材料的市场需求量将大幅提高，未来应用前景广阔。以高铝粉煤灰为原料制取氧化铝副产沉淀硅酸钙技术，可实现高铝粉煤灰资源利用率最大化，符合国家对固废资源化利用的产业政策，兼有良好的经济效益和环境效益，未来市场发展前景十分广阔。（1）苏双青，邹丹，马鸿文.高铝煤矸石、粉煤灰碱溶脱硅制备水合铝硅酸钠的工艺. 中国专利：ZL 2010 1011 4787.6，2010-02-26（2）杨雪，邹丹，刘浩，马鸿文.一种处理含铝原料的改良碱石灰烧结的方法. 中国专利：ZL 2010 1061 7405.1，2010-12-22（3）彭辉，王晓艳，马世林.利用脱硅碱液合成针状硅灰石粉体工艺. 中国专利：ZL 2010 1025 4879.4，2010-08-16（4）王晓艳，彭辉，马世林.利用水合硅酸钙制备硅灰石超细粉体的工艺. 中国专利：ZL 201110027056.2，2011-01-25（5）洪景南，崔鹏伟，刘浩，马鸿文.一种轻质可承重墙体材料及其生产方法. 中国专利：ZL 2008 1024 0071.3，2012-12-12（6）苏双青，马鸿文，杨静，邹丹，李歌. 高铝粉煤灰两步碱溶法提取氧化铝和白炭黑的方法.中国专利：ZL 2010 1054 3248.4，2012-11-21按高铝粉煤灰制取冶金氧化铝副产沉淀硅酸钙工艺的消耗和产出定额，以年处理高铝粉煤灰150万吨的规模进行投资收益概略分析，结果见表3~5。以高铝粉煤灰为原料生产冶金氧化铝，副产沉淀硅酸钙和轻质墙体材料技术，按年处理高铝粉煤灰150万吨计，加工总成本约16.34亿元，产值约22.10亿元，净盈利约3.49亿元。整个工艺综合效益显著，投资回报率较高，且加工全流程可实现完全清洁生产，符合现阶段国家有关创新发展、绿色发展的产业政策。
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