利用粉煤灰炼制铝硅、铝硅铁合金的可行性探讨
2009-05-14
10:25:50
对燃煤电厂而言，粉煤灰是一大包袱。前些年在环境、土地、水、人工等费用方面耗资巨大，在其他企业利用粉煤灰时，国家规定其运费由电厂负担；近年来随着循环经济的推行、发展，国家鼓励政策的陆续出台，特别是粉煤灰综合利用技术的新发展，情况有所改变，每吨灰可以20-40元售出，但因旧灰堆存量大，新灰利用率仍较低——国内粉煤灰利用率只有40%，西方发达国家利用率为80%，全国每年仍有约2亿吨新灰未被消化。因而如何开展综合利用，提高利用率，使其化害为利、变废为宝，仍然是电厂和经济社会的一个严重课题。国内目前综合利用方式，仍以大批量利用为主，用以制取建筑材料约占总消化量的50%，如粉煤灰水泥加气混凝土砌块、烧结陶粒、烧结砖、蒸压砖、轻型中空隔墙板、复合保温外墙板，保温屋面板、轻质中空楼板等系列板材……等；作为填充料，用于道路、广场、机场、港区建设工程的约占总消化量的20%；近年来科技工作者着眼于粉煤灰理化特性，其有用成分价值连城，进行高技术含量高附加值产品研发，从粉煤灰中制取氧化铝、羟基硅、固态铝酸钠、硅酸铝、硅酸钾、莫来石、水泥助磨剂、稀有元素、稀土农用肥等，已日益为人们所重视，笔者意图推波助澜，也曾屡屡撰文予以描述、推引，但人微言轻，也屡屡被漠视。然而却坚信：假以时日，一旦为有关当局、业者、投资商所认识，获得财政、资金支持，便会势如破竹，成大气候。
但就电热法熔炼铝硅合金而言，对粉煤灰有严格要求，不是所有粉煤灰都适用。炼制铝硅合金对氧化铝含量必须使Al2O3
/SiO2（以下以A/S表示）达到1.3以上始能炼出含铝55%以上的粗合金，如含铝过低，用来稀释的铝（再生铝）的量增加，使合金成本随之增加，经济效益降低，虽可取代硅用于合成法，经济效益较用硅略高，但与稀释法比较大为逊色。除此而外灰的化学活性也不可忽视。化学活性差反应速度下降，会导致电耗增加，产量降低。一般说来，灰中氧化铝含量必须大于30%。氧化铝含量50%以上如托克托电厂所排放的灰或怀仁煤产出的灰，都在50%以上，可直接用于配料制团，无需添加含铝矿物其A/S，即可达到1.3以上的工艺要求，含氧化铝30%以上的粉煤灰为使其A/S达到1.3以上，必需添加适量含铝矿物，如被废弃精选低品位铝土矿、红柱石、硅线石等，如无上述含铝矿物，可先行提取羟基硅，也可使其A/S达到工艺要求。例如含氧化铝28%以上的粉煤灰，经高梯度除铁后，Fe2O3降至0.6%以下，氧化铝含量可提高2%达30%以上。倘其活性良好（须经测试），每3吨灰可提取羟基硅1吨，产出渣2吨，渣中氧化铝A/S可达1.3以上，用作配制球团料供制团用。副产品羟基硅成本约2000元、吨，售价在3000—3500元、吨之间，效益可观。灰中氧化铝高于30%的，除铁后A/S可达1.4—1.5。每3吨灰产羟基硅1吨，余渣2吨，炼得的粗合金铝含量可达55%以上，其时每吨粉煤灰综合效益，成本3300元／吨，利润1300元／吨。由于国家政策规定，所免征税金必须用于粉煤灰综合利用开发方面，企业可不断获得资金来源，用于扩大生产和加大研发力度，不断改善工艺，降低成本，提高经济效益。
今年一月，中国冶金报、中国环境报，都曾报导过大唐国际托克托电厂与同方环境公司合作，利用托克托电厂粉煤灰制取氧化铝联产白炭黑技术成果发布会的消息。同时涉及电热法炼制铝硅钛合金。托克托电厂年耗煤1600万吨，排放粉煤灰400万吨，灰中氧化铝含量高达50%以上。据悉在提取白炭黑后A/S达2.2。如用以制取氧化铝，回收率按85%计，每2吨灰即可制取氧化铝1吨，400万吨灰可产出200万吨氧化铝，这比山东“非铝”企业用进口矿每3吨产出氧化铝1吨优势明显。如用以炼制铝硅钛合金，除铁后（Fe2O3含量不大于0.6%）即可用以配制球团料，还原剂亦可利用电厂所用煤（经除铁、除杂后），或与秸秆焦搭配。除了蒙西地区，还有山西朔州、忻州等地也有大量含氧化铝达40%以上的粉煤灰产出。山西平鲁煤灰份中氧化铝含量达45%。使用部分平鲁煤的山东龙口电厂，所排放粉煤灰氧化铝含量33%以上，而使用平鲁煤的电厂有多家，已知辽宁朝阳电厂、山东威海电厂也使用平鲁煤，因而其所排放粉煤灰中氧化铝含量亦当在30%以上。以龙口电厂为例，除铁后氧化铝含量提高2%，为35%，在提取羟基硅1吨后，渣中A/S可达1.5，xx适用于电热法炼制铝硅钛合金。如用于提取氧化铝，实收率按85%计，每3吨灰可产出氧化铝900公斤。此外，河北承德电厂部分用了山西、内蒙所产煤，粉煤灰中氧化铝含量达35%，河南、山西、陕西等地多家电厂粉煤灰中氧化铝含量都在28%以上；例如河南禹州电厂，原灰中含氧化铝27.2%，经高梯度磁分选除铁后，氧化铝含量上升至31.4%。
自然，如用以炼制铝硅钛合金，除铁后还需检测灰的活性，如堆存时间过长，活性丧失，在提出羟基硅时，由于溶出率低，渣中A/S势必降低，难于达到工艺要求，炼出的中间合金中铝含量低，经济效益也随之降低。但如用于炼制铝硅铁仍然是可行的。
总之，对炼制铝硅合金而言，粉煤灰的化学成分、化学活性都必须进行严格的分析、测试，必要时应进行小型试验。用于炼制铝硅铁以取代硅铁用作炼镁还原剂时，铝含量应尽可能提高，而铁含量则应尽量降低。这是xx可能做到的。我国炼制铝硅铁xx企业，焦作李封鉄合金厂，试生产期间产出的铝硅铁其成分平均如下：Si：34%，Fe
：12.5%，Al ：47.8%， Ti
：3.3%。1978年郑州轻金属研究院曾以铝硅铁取代硅铁作还原剂炼镁进行试验，所采用的硅铝铁合金，，Al ：35.41%，
Si：41.54%，Fe
：16.76%。还原温度1100℃时，镁收率为65.5%，尽管限于装备、技术条件，未能达到预期目标，但与当时以75硅铁为还原剂炼镁的各项指标相比，还原剂合金单耗略有降低，镁收率则提高5—6%，温度降低50℃，仍然具有一定优势。
有关电热法炼制铝硅合金的市场状况笔者已在短文《市场前景及展望》中有所铨叙，对铝硅钛合金用于炼钢脱氧及取代硅铁用作炼镁还原剂的市场状况亦曾作过粗略分析。在金融危机冲击的大环境下，以粉煤灰为主要原料炼制铝硅系列合金具有强大的抗风险能力。业者自不难作出判断。
以粉煤灰为主要原料，电热熔炼铝硅中间合金，以原铝或再生铝进行稀释，配制各种牌号铝硅合金，不仅是综合利用环境项目，而且与全球普遍采用的以原铝或再生铝与工业硅重熔合成的铝硅合金，成本低，经济效益明显，而且可节省能耗约20%，减排大量固体废弃物闭路循环清洁生产，降低建设用地和投资；由于稀释是在1700℃以上高温下进行，合金晶粒细化，加以合金中有一定量钛，各项性能优越，尤其是在以再生铝、废杂铝稀释时，可大大改善产品质量，提高产品成品率，是国家政策支持的。虽如此，但毕竟是高能耗产品，其适用范围是有一定局限性的。一般说来，在高铝粉煤灰出产地，电力充裕电价低的地区，电铝联营企业，以及因政策规定进入门槛提高而被迫停产有闲置适用（便于改造）矿热炉的企业，都是其用武之地。在不具备发展、推广条件的地区、企业，笔者认为仍应以通常方式开发利用，如上所述，利用粉煤灰生产氧化铝、羟基硅、固态铝酸钠……等高附加值产品，既可大批量消化粉煤灰又有着可观的经济效益。
在以粉煤灰为主要原料炼制铝硅合金时，不可忽视的两个重要环节：一是炉子，一是球团制备。有关炉子问题在此不拟赘述，只对制团略作陈述。粉煤灰因经高温煅烧，粘结性有所丧失，但其比表面大，多孔，吸附能力强等优点仍在，用以制作球团时，其强度，尤其是耐热强度必须进行严格测试，粉煤灰粒径一般为0.5—300?m，但如堆放方式不当或混入其它杂物如石膏、矿渣、炉渣等，必须进行再加工，予以xx、磨细。选用粘结剂时，同样非常重要，倘粗放随意，耐热强度达不到工艺要求，在进入反应区前即已熔化，熔化的液体就会流到炉底，如堆存过多不能及时排出，就会造成“涨炉底”事故，迫使停炉清炉，如事故频繁即不能正常生产。由于各地粉煤灰理化性能不同，必须进行测试，必要时进行小型试验，然后合理确定粘结剂的选用及用量。国外电热熔炼铝硅合金，选用高岭土掺配氧化铝方式，是资源条件使然。我国可依据自身资源条件自行取舍。我国高铝粉煤灰屡屡发现，氧化铝含量多高于高岭土，自然不必照搬国外规矩。高铝粉煤灰得天独厚，充分加以利用，理所当然，何乐而不为？依据我国资源特点，自行设计配料方案，是从业者xx职责。除粉煤灰外，适于充作炼制铝硅合金的资源几乎遍地皆有，在没有适用粉煤灰的地方，废弃铝土矿、硅线石、红柱石、蓝晶石、优质高岭土、浮选——拜尔尾矿、其它高铝尾矿，都可用作主要原料。还原剂、粘结剂的选择空间也很大，如山西平鲁煤、内蒙蒙西煤、陕北神木煤，东北、河北褐煤、特别是近年来新兴的秸秆焦炭，以及糠醛渣、苞米心、纸浆废液、高铝粘土、乳化沥青……等，各地应依据当地资源状况，按A/S、球团强度，原料、加工、电价、物流成本综合权衡，灵活选择，不必墨守成规，千篇一律，要言之，应在科学发展观指引下，遵循循环经济客观要求，使资源优势顺利快捷转化为经济优势。
