以高铝煤炭为起点发展循环经济

赵林茂，沈军，彭光，张慧，马学忠

（宁夏嘉峰化工有限公司，宁夏石嘴山753200）

以高铝煤炭为起点发展循环经济

赵林茂，沈军，彭光，张慧，马学忠

（宁夏嘉峰化工有限公司，宁夏石嘴山753200）

以宁夏北部的高铝煤炭发电为起点，形成电力、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、金属铁粉和熟石灰的循环经济产业链，该产业链上游产品或排出的废渣作为下游产品的原料，不仅综合利用电厂排出的粉煤灰、双氰胺厂排出的黑渣，而且整个循环系统无废水、废渣、废气排放，在减少粉煤灰、黑渣对环境污染的同时，提高了资源的循环利用效率。

高铝煤炭；循环经济；利用效率

在宁夏石嘴山地区、内蒙古中西部鄂尔多斯和山西北部的部分煤炭资源中，蕴藏着大量的高铝煤炭，其氧化铝含量达到6%～9%，用其发电后产生的粉煤灰中氧化铝含量达到了40%～50%，是典型的含铝非铝土矿资源[1]，以电厂发电后排出的高铝粉煤灰与双氰胺生产外排的黑渣（主要成分为碳酸钙）为原料，形成电力、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，该产业链上游产品或外排废渣作为下游产品的原料，不仅综合利用了电厂、双氰胺厂难以处理的粉煤灰和黑渣，而且将粉煤灰中的微量元素镓也进行了分级提取，对废弃物粉煤灰、黑渣进行了无害化处理，在能源、资源日益紧张的今天，对节约石灰石资源，保证我国铝工业的可持续发展，提高资源的综合利用效率，具有极大的现实意义，该循环经济产业链流程见图1。

1 循环经济产业链工艺流程

1.1 以高铝煤炭发电形成电力

用高铝煤炭发电后形成的电力可以为下游整个循环经济产业链提供电力、生产用蒸汽和冬季采暖用蒸汽，采取直供电的方式为下游高耗能产业电石厂、氧化铝厂和电解铝厂提供稳定的电力供应，不仅减少电石厂、氧化铝厂和电解铝厂远距离输电的线路损耗，而且提高了电力供应的稳定性，为下游各相关产业的平稳运行提供了必要条件，同时电厂外排高铝粉煤灰作为原料用于下游粉煤灰提取氧化铝产业，将其变废为宝，综合利用。

1.2 生产电石

电石作为双氰胺生产的必须原料是能耗大户，以高铝煤炭发电后形成的廉价电力为电石生产的低成本提供了条件，同时电石生产还消耗掉了为氧化铝生产和双氰胺生产提供CO2气体的副产品生石灰。

1.3 生产石灰氮

以电石为原料经球磨机粉磨后与萤石配料，在氮化炉中与氮气作用生成石灰氮，作为制药中间体或农用化肥[2]，可以直接外销，同时也是生产单氰胺、双氰胺的原料。

1.4 生产单氰胺、双氰胺

以石灰氮为原料，经水解、碳化后形成单氰胺溶液，经净化处理可以作为制药中间体外销于附近制药厂，同时也可以将单氰胺聚合后生成双氰胺，经过滤、结晶后生产双氰胺产品直接外销，在单氰胺、双氰胺生产后产生的黑渣作为副产品，用于下游的粉煤灰提取氧化铝产业或直接用于煅烧水泥熟料综合利用。

1.5 生产氧化铝和金属镓

高铝煤炭发电后的高铝粉煤灰，其氧化铝含量达到了40%～50%，完全达到了“石灰石烧结法粉煤灰提取氧化铝联产水泥工艺”粉煤灰中氧化铝含量必须大于30%的要求，同时双氰胺生产后的黑渣，其碳酸钙含量大于98%，与粉煤灰、黑渣搭配少量萤石，在回转窑中煅烧形成氧化铝熟料，在冷却过程中氧化铝熟料发生自粉化，在6%左右稀Na2CO3中溶出其中的氧化铝[3]，固液分离后溶液经碳化、过滤、洗涤、拜耳法生产出冶金级氧化铝及多品种氧化铝，同时粉煤灰中的微量元素金属镓在氧化铝溶出过程中循环富集，达到了提取浓度时，采用离子交换法将其提取，氧化铝生产的固体废弃物硅钙渣用于下游水泥熟料生产。

图1 以高铝煤炭为起点发展循环经济产业流程图

1.6 电解铝

在粉煤灰提取氧化铝生产的冶金级氧化铝，采用现在先进的电解槽电解生产金属铝后，包装成铝锭外销，或将其加工成金属铝箔、铝合金门窗、汽车用金属铝、航空用金属铝等高附加值产品外销。

1.7 硅钙渣煅烧水泥熟料及生产水泥

提取完氧化铝后的废渣硅钙渣，其主要成分为C2S[4]，已经成为水泥熟料的主要成分，是生产水泥的极好原料，用其煅烧水泥熟料不仅能耗低，而且水泥熟料回转窑产能高，煅烧出的水泥熟料28 d强度达到了60 MPa，熟料易磨性好，用该熟料生产水泥不仅粉磨能耗低，水泥磨台时产量高，生产出的水泥作为建筑产品直接外销到周边的建筑市场，中间产品水泥熟料也可以作为生产水泥的原料外销到周边粉磨站生产水泥。

1.8 分离金属铁及利用黑渣生产轻质碳酸钙等产品

在氰胺生产过程中将原料石灰氮中的杂质金属铁采用物理分离法直接分离开来，用于下游硅钙渣煅烧水泥熟料的铁质矫正原料，也可以作为原料直接外销到周边的钢铁厂；单氰胺、双氰胺生产后的废渣主要成分为碳酸钙和碳粒，由于其含有碳粒而呈现黑色，一方面可以与粉煤灰配料生产氧化铝，另一方面黑渣可以采用物理分离方法将轻质碳酸钙和碳粒分离开来，分离后的轻质碳酸钙作为塑料制品填加剂对外销售；碳粒作为燃料直接返回到产业链的电厂中用于发电，或将分离出的碳粒制作成煤球，销售到周边地区。

1.9 煅烧生石灰

该循环经济产业链采用高效的石灰窑煅烧技术，将煅烧后的生石灰做为原料用于电石生产，煅烧过程中产生的废气CO2气体，用于氧化铝生产流程和单氰胺、双氰胺生产流程的碳化工序，生产过程中无废气排放。

2 循环经济产业链实施规划

从以上的循环经济产业链工艺流程可以看出，以高铝煤炭为起点，以高铝粉煤灰与黑渣利用烧结法提取氧化铝联产水泥为切入点，形成电力、电石、石灰氮、单氰胺、双氰胺、氧化铝、金属铝、水泥熟料、水泥、轻质碳酸钙、金属铁粉和熟石灰的循环经济产业集群，该循环经济产业链，充分利用地方资源优势，综合考虑公司现有周边企业在某一领域的技术优势，公司已与周边该循环经济产业链的相关企业签署了合作协议，在投资方面相互参股，形成资源共享、利益共享、风险共担，你中有我、我中有你的经济利益体。

项目在实施的过程中要统一规划、统一设计，统一布局，力争使产业链中各相关产业物料走向合理，物料流程最短，做到节约土地、节约能源的目的。在环境保护方面，对块状物料采用皮带运输，在皮带上部加防尘罩，防止粉尘扩散，在各落尘点加设布袋收尘器，以减少粉尘对环境污染，对粉状物料运输，采取气力提升管道化全封闭式运输。对产业链排放的废水进行集中处理，处理后的中水返回产业链电厂用于发电，对于可以共用的公用工程（道路、消防等），以政府为牵头单位，进行统一规划、统一实施。

该循环经济产业链的发展规划实施方案已起草完成，正上报政府有关部门进行审批，争取政府对该循环经济产业链项目在项目投资、资金申请、土地审批、环境保护方面给于优惠，促成该循环经济产业项目的早日建设，为地方经济发展、为地方环境保护做出更大贡献。

3 结论

从以上分析可以看出，该循环经济产业链是自成体系，上游项目的产品或废渣是下游项目的原料，将单个企业低附加值的产品，最终转化为高附加值的产品，是废物、废渣的减量化、再利用过程，在整个循环经济产业链中无废水、废渣、废气排放，形成高度循环、高度环保的产业系统，在当今资源、能源日益短缺，企业成本日益上升的情况下，如果能够形成如此高度循环的产业经济，对提高资源、能源的综合利用效率，使企业产品多样化，增加企业的抗风险能力，必然是一条长远发展之路。

该循环经济产业集群项目的实施，对增加地方政府财政收入，解决当地人口就业，缓解石嘴山、银川等地区高铝煤炭外运的交通压力，缓解宁北地区高压线输送能力，以及对保护环境，提高当地资源的利用率具有极其深远的现实意义。

[1] 赵林茂，李宝才.提取完氧化铝的硅钙渣综合利用试验[J].水泥，2014(3):17-18.

[2]胡永全，朱振林，胡清.石灰氮及其衍生物[M].北京：化学工业出版社，2007：86-93.

[3] 杨重愚.氧化铝生产工艺学[M].北京：冶金工业出版社，1983：341-344.

[4]赵应武，过伦祥，张先成.预分解窑水泥生产技术与操作[M].北京：中国建材工业出版社，2004：232-233.

Circular economy development starting at high-aluminum coal

ZHAO Linmao,SHEN Jun,PENG Guang,ZHANG Hui,MA Xuezhong
（Jiafeng Chemical Engeneering Co.,Ltd.,Shizuishan 753200,China）

Taking the high-aluminum core generation as the starting point,the circular economic chain was formed including electricity,calcium carbide,lime nitrogen,cyanamide,dicyanamide,alumina,aluminum,gallium,clinker,cement, light calcium carbonate,iron powder,slaked lime.The industrial chain takes the upstream power plant and residue from dicyandiamide firm was comprehensively used,and no waste water,residue and air were discharged.The environment pollution was reduced and the recycling efficiency was promoted.

high-aluminum;circular economy;use efficiency

F124.5；X37

A

1674－0912（2014）10－0013－03

2014－06－20）

赵林茂（1975－），男，内蒙古四子王旗人，大学本科，高级工程师，长期从事高铝粉煤灰提取氧化铝联产水泥工艺以及其他工业废渣的综合利用试验研究和工业化生产研究工作。