姬學(xué)良 高飛 馮賢|文

從燃煤電廠超低排放，到百萬(wàn)噸煤炭間接液化技術(shù)及設(shè)備的國(guó)產(chǎn)研發(fā)，神華集團(tuán)在煤炭能源清潔利用上一直處于全國(guó)領(lǐng)跑的地位。2017年初春，捷報(bào)再傳——“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁中試裝置第七次試車圓滿完成。

能源的清潔利用是國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，作為全球最大煤炭供應(yīng)商的神華集團(tuán)堅(jiān)持能源清潔利用是遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)、更是央企擔(dān)當(dāng)。從燃煤電廠超低排放，到百萬(wàn)噸煤炭間接液化技術(shù)及設(shè)備的國(guó)產(chǎn)研發(fā)，神華集團(tuán)在煤炭能源清潔利用上一直處于全國(guó)領(lǐng)跑的地位。2017年初春，捷報(bào)再傳——“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁中試裝置第七次試車圓滿完成。肩負(fù)推進(jìn)工業(yè)化進(jìn)程任務(wù)的第七次試車各項(xiàng)數(shù)據(jù)表明，神華集團(tuán)自主研發(fā)、世界首創(chuàng)的“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)具備工業(yè)化條件。神華集團(tuán)煤炭清潔利用邁向新里程。

世界首創(chuàng)的“一步酸溶法”

“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)以電廠循環(huán)流化床粉煤灰為原料，和鹽酸進(jìn)行反應(yīng)生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁，是神華集團(tuán)煤炭資源綜合開(kāi)發(fā)利用的一項(xiàng)突破性技術(shù)。該技術(shù)相對(duì)于氧化鋁行業(yè)通用的堿法提取，具有技術(shù)條件寬泛、減量化、工藝流程短、酸循環(huán)利用、安全環(huán)保、能耗低、成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且可以從中提取鎵、鋰等稀有金屬。

神華集團(tuán)以國(guó)家能源戰(zhàn)略為指引，根據(jù)準(zhǔn)格爾煤田煤炭高鋁富鎵的特性，于2004年便展開(kāi)了粉煤灰提取氧化鋁煤炭資源綜合開(kāi)發(fā)利用的研究，在氧化鋁提取行業(yè)首創(chuàng)性地提出酸法提取的技術(shù)路線，于2009年攻破酸法提取氧化鋁工藝技術(shù)。2011年8月神華準(zhǔn)能資源綜合開(kāi)發(fā)有限公司氧化鋁中試廠（以下簡(jiǎn)稱“氧化鋁中試廠”）建成投運(yùn)，神華集團(tuán)開(kāi)始 “一步酸溶法”的工業(yè)化攻關(guān)。同年12月18日，神華準(zhǔn)格爾礦區(qū)礦產(chǎn)資源綜合利用示范基地揭牌暨煤炭伴生資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目一期開(kāi)工奠基儀式在準(zhǔn)格爾旗舉行，神華集團(tuán)與內(nèi)蒙古自治區(qū)雙雙將該項(xiàng)目列為“一號(hào)工程”，舉全集團(tuán)、全自治區(qū)之力全力推進(jìn)。

研發(fā)歷程

一項(xiàng)行業(yè)創(chuàng)新、世界首創(chuàng)的技術(shù)，其從萌芽到雛形再到成熟，必然要經(jīng)歷無(wú)數(shù)次的攻關(guān)與論證?！耙徊剿崛芊ā狈勖夯姨崛⊙趸X技術(shù)從氧化鋁中試廠建成至今共經(jīng)歷七次試車，技術(shù)指標(biāo)不斷創(chuàng)新，每一次試車都是一次突破。

2011年8月25日，氧化鋁中試廠開(kāi)始第一次試車，粉煤灰提取氧化鋁中試裝置一次性全部貫通，證明了該項(xiàng)技術(shù)以及中試裝置的可行性。但接下來(lái)的每一步都步履維艱，酸法提取因其高酸性，曾讓許多勇敢的探索者望而卻步，酸對(duì)設(shè)備的強(qiáng)腐蝕性，也一度成為中試過(guò)程中的最大障礙。然而神華集團(tuán)把煤炭的清潔利用看作一種使命，使命履行絕沒(méi)有半途而非的前例。憑著敢啃硬骨頭的毅力和打破常規(guī)思維的創(chuàng)新意識(shí)，神華集團(tuán)歷經(jīng)多次試車終于解決了設(shè)備材質(zhì)的各項(xiàng)難題。首創(chuàng)的技術(shù)催生了許多首創(chuàng)的材料制造，同時(shí)滿足耐酸、耐磨、耐腐條件的低價(jià)材料應(yīng)用，得到了氧化鋁行業(yè)以及有色金屬行業(yè)的認(rèn)可。

第五次試車，設(shè)備連續(xù)運(yùn)行159天，達(dá)產(chǎn)運(yùn)行3個(gè)月，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期運(yùn)行的目標(biāo)。第六次試車，氧化鋁溶出率從最初的60%提高到85%以上，借用稀土、鋼鐵行業(yè)的萃取、酸洗再生技術(shù)，破解了廢水綜合利用的問(wèn)題，各項(xiàng)環(huán)保排放指標(biāo)達(dá)標(biāo)。2016年9月到2017年1月的第七次試車，是“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁工業(yè)化進(jìn)程中具有里程碑意義的一次試車，此次試車中，解決了氧化鋁純度的問(wèn)題，生產(chǎn)的氧化鋁產(chǎn)品純度達(dá)99.39%，達(dá)到國(guó)家冶金一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)；鎵提取率60%，純度達(dá)4N級(jí)（99.99%）；產(chǎn)量、質(zhì)量、環(huán)保排放、設(shè)備完好率全都達(dá)到或者超過(guò)了工業(yè)化設(shè)計(jì)方案的預(yù)期值。

2013年，中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)和煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合對(duì)神華集團(tuán)“高鋁粉煤灰提取氧化鋁關(guān)鍵技術(shù)研究及其工業(yè)化中試裝置開(kāi)發(fā)”進(jìn)行科技成果鑒定。鑒定結(jié)果認(rèn)為“該成果構(gòu)建了酸法分解高鋁粉煤灰提取氧化鋁的理論體系，實(shí)現(xiàn)了高鋁粉煤灰的資源化高附加值利用，工藝技術(shù)屬國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，建議加快工業(yè)化示范線建設(shè)”。第七次試車，工業(yè)化的可行性得到了肯定論證。神華集團(tuán)用5年的時(shí)間，將“一步酸溶法”從實(shí)驗(yàn)室里的“襁褓嬰兒”培養(yǎng)成了具備工業(yè)化條件的“青壯年”，打造了煤炭清潔利用的又一個(gè)范本。

“一步酸溶法”粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)

“一步酸溶法”工藝技術(shù)主要由配料、溶出、分離洗滌凈化、蒸發(fā)結(jié)晶、焙燒、酸回收六個(gè)工序組成，具體流程：電廠生產(chǎn)的粉煤灰與鹽酸按一定配比形成成品料漿；成品料漿在溶出工序達(dá)到預(yù)定的溶出效果后送至分離洗滌凈化工序；溶出料漿經(jīng)過(guò)分離洗滌凈化去除雜質(zhì)得到氯化鋁精制液；氯化鋁精制液送至蒸發(fā)結(jié)晶工序后經(jīng)過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶得到氯化鋁晶體，將氯化鋁晶體送至焙燒工序；在焙燒工序氯化鋁晶體發(fā)生脫水與分解反應(yīng)生成最終產(chǎn)品氧化鋁。在氯化鋁晶體焙燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣（成分主要為氯化氫），煙氣經(jīng)過(guò)洗滌除塵、多級(jí)吸收后制成合格的鹽酸溶液返回配料工序。

同時(shí)，在提取氧化鋁過(guò)程中，開(kāi)發(fā)了鎵、鋰、稀土元素的富集和提取技術(shù)，開(kāi)展了多品種氧化鋁的研究，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，提升了產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值。

在整個(gè)過(guò)程中，除雜技術(shù)是“一步酸溶法”工藝需突破的重點(diǎn)、難點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多年努力，神華集團(tuán)開(kāi)發(fā)了專有的除鐵、除鈣技術(shù)系統(tǒng)并研制了配套設(shè)備，成功解決了這一難點(diǎn)。

除此之外，溶出料漿具有腐蝕性和磨蝕性，在160攝氏溫度下，防腐耐磨材料的選擇及成套設(shè)備的研制同樣也是粉煤灰提取氧化鋁的難點(diǎn)。為此神華集團(tuán)先后與中國(guó)航天科技集團(tuán)、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所等40余家研發(fā)單位合作，經(jīng)過(guò)7年的深入研究，尤其是近5年的工業(yè)化中試對(duì)比實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)，研制的設(shè)備穩(wěn)定可靠。經(jīng)過(guò)資質(zhì)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)，關(guān)鍵設(shè)備使用壽命可以達(dá)到10年以上，滿足了粉煤灰提取氧化鋁“一步酸溶法”工藝技術(shù)的要求。

國(guó)家后續(xù)鋁資源的有力保障

“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)，是神華集團(tuán)對(duì)能源安全高效清潔低碳發(fā)展方式的有益探索，是踐行“1245”清潔能源戰(zhàn)略的重要成果。以該技術(shù)為核心的神華集團(tuán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)煤炭伴生資源綜合利用示范項(xiàng)目，上游與煤礦、電廠相接，下游緊聯(lián)電解鋁、鋁型材加工、鎵鋰稀有金屬提取以及白泥建筑材料生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了煤炭資源的吃干榨盡、清潔利用。煤炭完成從燃料到原料的進(jìn)化，經(jīng)濟(jì)效益可增加15倍多，是神華集團(tuán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的增長(zhǎng)極。

神華集團(tuán)用事實(shí)證明——“未來(lái)的鋁資源在煤里”。我國(guó)鋁土礦資源相對(duì)匱乏，但需求量大，每年將近50%依靠進(jìn)口，“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)的成功研發(fā)，對(duì)我國(guó)增強(qiáng)鋁資源的自主保障能力、推動(dòng)煤炭清潔高效利用、促進(jìn)民族地區(qū)發(fā)展具有重大意義。以晉陜蒙三省的高鋁煤炭?jī)?chǔ)量測(cè)算，其中含鋁約30億噸，是國(guó)家后續(xù)鋁資源的有力保障。

與粉煤灰提取氧化鋁同步的，“一步酸溶法”工藝流程中還可以提取鎵、鋰等稀有金屬，更為國(guó)家光伏發(fā)電、電能存儲(chǔ)的技術(shù)進(jìn)步提供了新的空間。

能源清潔利用的引領(lǐng)與示范

“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)及其工業(yè)中試裝置目前共撰寫并申報(bào)國(guó)家專利188項(xiàng)，已獲得國(guó)際PCT授權(quán)專利4項(xiàng)，獲得國(guó)內(nèi)授權(quán)專利95項(xiàng)，其中發(fā)明專利57項(xiàng)，實(shí)用新型專利38項(xiàng)；國(guó)家發(fā)明專利審查中24項(xiàng)，國(guó)內(nèi)發(fā)明專利申請(qǐng)中48項(xiàng)，國(guó)內(nèi)實(shí)用新型專利申請(qǐng)中8項(xiàng)。神華集團(tuán)已發(fā)表循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)相關(guān)論文37篇，建立企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，目前正在整理制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、編制氧化鋁工藝包和電解鋁工藝包。

“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)成為神華集團(tuán)首個(gè)在全球范圍內(nèi)掌握核心技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)，是其由規(guī)模速度型向質(zhì)量效益型發(fā)展轉(zhuǎn)變的重大成果，在國(guó)家的能源清潔利用上起到了引領(lǐng)與示范的作用。以“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)具備工業(yè)化條件為標(biāo)志，神華集團(tuán)“1245”清潔能源戰(zhàn)略實(shí)施邁向了新里程。