煤，除了發(fā)電和制備煤化工產(chǎn)品，還與我們的日常用品密切相關(guān)。在走訪了國家能源高鋁煤炭資源開發(fā)利用重點實驗室及內(nèi)蒙古大唐國際再生資源開發(fā)有限公司之后發(fā)現(xiàn)，在一張雪白的辦公用紙上、一袋清新潔凈的洗衣粉里都有可能找到煤的影子，因為這些產(chǎn)品當中都可以加入從粉煤灰中提取加工的化工填料。
“高鋁粉煤灰提取氧化鋁多聯(lián)產(chǎn)不僅僅是傳統(tǒng)意義上的粉煤灰綜合利用項目，而是要以這個項目為基礎(chǔ)，形成粉煤灰全組分循環(huán)利用的產(chǎn)業(yè)鏈。”國家能源高鋁煤炭資源開發(fā)利用重點實驗室主任孫俊民介紹。
氧化鋁提取已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化
“高鋁粉煤灰提取氧化鋁多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，目前已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”孫俊民介紹說，大唐集團于2008年興建了年處理50萬噸高鋁粉煤灰的產(chǎn)業(yè)化示范項目，設(shè)計年產(chǎn)氧化鋁20萬噸。該項目于2013年10月達產(chǎn)，大唐國際再生資源開發(fā)有限公司成為國內(nèi)外唯一商業(yè)化運行的高鋁粉煤灰提取氧化鋁企業(yè)。
據(jù)介紹，該項目達產(chǎn)以來運行平穩(wěn)，每月可產(chǎn)氧化鋁1.67萬噸，產(chǎn)品質(zhì)量、能耗、物耗等指標也達到設(shè)計要求。目前，每噸氧化鋁的車間生產(chǎn)成本與燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁基本持平。
為了鼓勵企業(yè)綜合開發(fā)利用高鋁粉煤灰資源，2011年以來，國家發(fā)展改革委專門制定了《關(guān)于加強高鋁粉煤灰資源開發(fā)利用的指導(dǎo)意見》。同年3月，國家發(fā)展改革委在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄中，又把高鋁粉煤灰綜合利用列入鼓勵類行業(yè)條目。
“粉煤灰的綜合利用并不是一件新生事物。”孫俊民說。在上世紀80年代全國第二屆粉煤灰綜合利用大會上，原國家計委副主任葉青就提出，粉煤灰做建材仍屬大宗常規(guī)利用，粉煤灰利用的探索重點應(yīng)放在提取鋁等有價元素方面。
2003年以來，科研人員發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)蒙古中西部和山西北部的部分煤田，蘊藏著豐富的高鋁煤炭資源。這種高鋁煤燃燒產(chǎn)生的粉煤灰，氧化鋁含量在38%~50%，開發(fā)價值很高。此后國內(nèi)的很多企業(yè)、科研機構(gòu)聞風(fēng)而動，紛紛進行技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化探索。而大唐國際能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，孫俊民有3個體會。
首先是得益于研究機構(gòu)和企業(yè)共同開發(fā)的模式。大唐國際與清華大學(xué)從技術(shù)開發(fā)源頭合作，協(xié)同創(chuàng)新，實現(xiàn)了工藝設(shè)備流程、生產(chǎn)成本與市場的有機融合，一切技術(shù)路線不是紙上談兵，而是在合作機制上瞄準產(chǎn)業(yè)化。
其次是接地氣。工藝技術(shù)借鑒行業(yè)相關(guān)經(jīng)驗，在原有鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)基礎(chǔ)上進行了大量創(chuàng)新和改進，從設(shè)計到設(shè)備選型、工藝路線的確定與生產(chǎn)管理等都有一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)可供借鑒。
最后是信心堅定。從發(fā)現(xiàn)高鋁粉煤灰至今，大唐國際一直致力于相關(guān)技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)探索，攻克了一個又一個生產(chǎn)技術(shù)難關(guān)，在粉煤灰利用產(chǎn)業(yè)方向上總投入超過80億元，尤其在當前鋁產(chǎn)品價格大幅下跌、市場低迷的外部環(huán)境下，粉煤灰提取氧化鋁多聯(lián)產(chǎn)示范在節(jié)能降耗與副產(chǎn)品應(yīng)用方面取得了一系列新的突破。
從燃料到基礎(chǔ)原料
煤炭是我國最主要的化石燃料，煤中蘊藏的大量無機元素通常被當作灰分或有害物質(zhì)，而通過科技創(chuàng)新能夠把煤中無機組分轉(zhuǎn)化為各類有用產(chǎn)品，實現(xiàn)煤炭從燃料向基礎(chǔ)原料的轉(zhuǎn)化。
利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁，對我國鋁業(yè)健康發(fā)展和環(huán)境保護意義重大。但孫俊民帶領(lǐng)的國家能源高鋁煤炭資源開發(fā)利用重點實驗室并沒有將目光囿于單一項目開發(fā)，而是力求將粉煤灰全組分資源化利用。
針對高鋁粉煤灰預(yù)脫硅過程產(chǎn)出的活性硅酸鈣，研發(fā)人員將其在市場應(yīng)用方面進行了許多創(chuàng)新，最典型的例子就是造紙。
目前，我國每年生產(chǎn)1億噸紙張。在傳統(tǒng)的造紙工藝中，原料中至少含有80%的木漿，而我國木漿大多從俄羅斯、加拿大進口，對外依存度已超過70%，且價格昂貴。
“活性硅酸鈣多孔的性質(zhì)能與植物纖維很好結(jié)合，生產(chǎn)高填料造紙成為可能。目前實驗室可將活性硅酸鈣添加到70%，工業(yè)生產(chǎn)線上可添加50%，每噸紙可節(jié)約300公斤木漿。”孫俊民說，活性硅酸鈣用于造紙行業(yè)節(jié)能減排意義重大，但仍需加強產(chǎn)業(yè)化推廣、建立標準、降低運輸成本。而塑料生產(chǎn)與活性硅酸鈣的結(jié)合已被列為“十三五”的重要發(fā)展方向。
“塑料在生產(chǎn)過程中被加熱，排放揮發(fā)性有機物，添加的活性硅酸鈣可以吸附揮發(fā)的有機物，從源頭減排污染氣體。活性硅酸鈣還能改進塑料性質(zhì)、提高力學(xué)強度及抗老化性、節(jié)約樹脂。”孫俊民說。
提煉氧化鋁、活性硅酸鈣之后，剩下的就是硅鈣渣。正常生產(chǎn)過程中，每提取一噸氧化鋁需要使用粉煤灰2.5噸左右，產(chǎn)生硅鈣渣2.2到2.7噸。“因為燒結(jié)法中需加入石灰石，所以提取一噸氧化鋁產(chǎn)生硅鈣渣的量與使用粉煤灰的量基本相當。”孫俊民釋疑道。
硅鈣渣最早被用作生產(chǎn)水泥，但還需利用電石渣脫除硅鈣渣中的堿，雖然技術(shù)可行，但成本較高，經(jīng)濟上走不通，硅鈣渣不脫堿怎么利用？
制作新型建材硅鈣板、與粉煤灰協(xié)同利用打路基、代替水泥制混凝土……每一個項目遵循的原則都是成本降低、性能達標以及大規(guī)模消納固廢。
頂層設(shè)計是關(guān)鍵
國家能源高鋁煤炭資源開發(fā)利用重點實驗室的技術(shù)開發(fā)路線已經(jīng)從過去的粉煤灰綜合利用項目調(diào)整為現(xiàn)在的以粉煤灰為載體，形成有色冶金、造紙塑料、化工、建材、道路、生態(tài)修復(fù)等多個方向。
要有機地把十幾個行業(yè)組成循環(huán)的全產(chǎn)業(yè)鏈，孫俊民寄希望于當?shù)?ldquo;十三五”的發(fā)展規(guī)劃及其有效落實：“要遵循國家倡導(dǎo)的調(diào)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)方式，從循環(huán)經(jīng)濟的高度進行頂層設(shè)計，從產(chǎn)業(yè)全生命周期的角度規(guī)劃路徑。”
“資源的綜合利用一定是在一個區(qū)域范圍內(nèi)，多種資源協(xié)同利用，這是循環(huán)經(jīng)濟的重要組成部分。”孫俊民舉例粉煤灰用于生態(tài)修復(fù)的課題時說，“利用粉煤灰、硅鈣渣、脫硫石膏、城市污泥等資源進行鹽堿地改良、沙漠化治理，才可能徹底解決內(nèi)蒙古的固廢問題，不論怎樣利用，針對我國西北大型煤電基地，大量固廢最后都要回到土壤。”
孫俊民同時提出，生態(tài)修復(fù)的項目由于難度大、有滯后性，不能立竿見影。“需要與生態(tài)、農(nóng)業(yè)科研單位聯(lián)合攻關(guān)。成果鑒定之后還要依靠政府協(xié)調(diào)，科技、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、生態(tài)等部門結(jié)合推廣，力爭實現(xiàn)政府、企業(yè)、資本的力量聯(lián)合推動。”
多年來對環(huán)保與資源綜合利用的產(chǎn)業(yè)實踐與探索，日益強化了孫俊民對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的憂患意識。從環(huán)境保護與資源的戰(zhàn)略儲備角度，他建議，我國應(yīng)對有限的寶貴鋁土礦資源實行保護性或部分限制性開采，氧化鋁的原料來源應(yīng)以進口鋁礦和高鋁粉煤灰為主。
“由于我國鋁土礦比較匱乏，掠奪式開采造成的植被破壞難以恢復(fù)。另一方面，準噶爾盆地的部分煤炭資源，燃燒產(chǎn)生的粉煤灰中氧化鋁潛在資源總量遠超過我國已探明的鋁土礦儲量。”利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁，既促進鋁業(yè)健康發(fā)展又帶動造紙、建材行業(yè)節(jié)能減排，孫俊民認為有關(guān)部門應(yīng)該加大稅收優(yōu)惠及示范項目扶持力度，促進粉煤灰提取氧化鋁產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，并以此為核心建設(shè)我國具有重大戰(zhàn)略意義的高鋁煤炭循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)布局。