粉煤灰高附加值综合利用

粉煤灰高附加值综合利用

1991年春，在北京召开的全国粉煤灰综合利用会议上，时国家计委负责人曾提出：粉煤灰利用要向冶金、有色、……等方面开拓，如从粉煤灰中提出氧化铝，利用粉煤灰炼制炼钢脱氧剂等。2004年9月，国家发改委在《关于组织实施资源综合利用关键技术国家重大产业技术开发专项的通知》中，明确提出利用粉煤灰生产高附加值铝硅系列合金。

粉煤灰、煤渣、煤矸石含有大量SiO2及Al2O3，还含有Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、及碱金属氧化物。利用粉煤灰、煤渣、煤矸石炼制铝硅铁合金，已有先例。前苏联利用页岩渣和页岩焦灰渣，炼得含铝33.36%，硅42-46%，铁14-18%，钙1.2-3%，钛1.2-2%的合金，利用电厂排放的粉煤灰生产类似上述合金亦当毫无问题。可用作炼钢脱氧剂，炼镁还原剂。登电集团从乌克兰引进技术兴建的电热法炼制铝硅中间合金炉业已投产有时，运行良好。其工艺技术可以借鉴。

电厂喷吹煤粉中所含有的铝硅酸盐类矿物，经1250℃以上高温煅烧，以粉煤灰形态排出时，业已莫来石化，有着很好的化学活性和很强的反应能力，只是粘结性稍差，可采用相应工艺加以解决，以使球团强度尤其是耐热强度，能满足冶炼工艺要求，减少炉渣，粉尘产生，提高金属收率，降低能耗。

运用高梯度磁分选，可把灰中Fe2O3除去绝大部份。从事粉煤灰综合利用的黄明教授，运用高梯度磁分选，把灰中Fe2O3清除到0.6%以下，剩余的Fe2O3还原后可再在合金出炉时予以清除。

使用普通粉煤灰炼制铝硅合金时可能产出合金成份大致如下：Si：57%，Al：38%，Fe：1.2%，Ti：2%，其它：0.8%。

如炉渣与粉尘比>1.5，炉渣回炉，炼制1吨如上述相同的合金，约需粉煤灰2650公斤，还原剂碳1200公斤。实际生产中，同以高岭土为原料一样，当炉况正常，配料合理，球团质量合格，炉温稳定保持在2000-2200℃之间时，合金组份中铝的回收率可达88%，硅的回收率可达80%以上，倘炉况不稳，还原反应工艺紊乱，会使回收率降低。炉温过高或过低，炉料制备粗放，球团质量差尤其是耐热强度不够，会造成大量金属挥发，产生大量烟尘、炉渣、导致物料、电能过量消耗。因而，应保持炉况正常，严格控制炉温，及时排出还原金属和炉渣，以减少金属挥发损失，防止涨炉底。这就要求反应区能量密度足够大，足以保证能连续出炉，要求三相三电极矿热炉的有功功率只小在1.3MW以上，交流单相单电极矿热炉的有功功率只小在1.0MW以上。

炼制硅铁时，铁能破坏SiC生成硅铁，温度在1600℃以上。炼硅时，SiC与SiO2反应生成硅的温度为1812℃。而炼制铝硅合金温度必须严格控制在2000-2200℃之间，对工艺和炉子的功能要求很高。冶炼过程铝硅酸盐（高岭土、兰晶石、硅线石、红柱

石、铝土矿、粘土等）的矿物成份对能量消耗影响不大，莫来石化过程基本一致，反应过程起决定作用的是Al2O3/SiO2(以下以

A/S表示)，要求合金中铝含量高，便必须加大Al2O3的含量，从而也便增加了能量消耗和工艺难度。所以在设计配料方案时，必须考虑周到、全面，力求使资源综合利用，工艺难度（各种参数），经济效益，最大限度地合理取舍、配置。

铝硅合金中过共晶（含硅18-24%）产品，目前产量有限，主要是共晶合金和亚共晶合金。共晶合金含硅10-13%，亚共晶合金含硅6.5-7.5%，综合平均含硅8%，以铝硅中间合金代替硅配制铝硅合金时，可以节约大量铝，使合金成本下降，如合金含有钛，可大大改善所配制合金的机械性能。在代替硅配制铝硅合金时，依据中间合金铝含量多少，可节省铝大约在8-20%之间。我国2003年用于配制铝硅铸造合金的硅9.5万吨。如以电热法所产铝硅中间合金取代，需要27万吨，除此而外在变形合金方面，铝硅中间合金也应占有一席之地。变形加工产品，可用于建筑、汽车零部件制作等多方面。

为了提高产品附加值，可以采用以粉煤灰与被废弃的低品位铝土矿、红柱石等掺配炼制铝硅（含钛）中间合金，使资源保护与环境保护相结合，变废为宝，变害为利，从而最终更为有效地推动生态经济、循环经济的发展。

由于国家推行循环经济，鼓励固体废弃物综合利用，对产品中利用粉煤灰达30%以上者，可免征增值税，免征所得税5年（详见《关于企业所得税优惠政策的通知》，（财税字[1994]001号），《关于继续对部份资源综合利用产品等实行优惠政策的通知》（财税字[1996]20号），及《资源综合利用目录》）。这将大大推动粉煤灰资源化进程。在利用粉煤灰以电热法炼制铝硅合金时，仅免税一项所节省下来的钱，用于粉煤灰除铁、除杂、制团，即绰绰有裕。这对正在为市场制约所困扰的铁合金企业，提供了一个很好的机遇，因为炼制铝硅合金，社会效益、经济效益显著，市场潜力巨大而且稳定，企业无须为停产、减产伤神，而且完全符合国家有关行业发展导向，符合技术进步、生态经济、清洁生产的要求。

在粉煤灰Al2O3含量低而Fe2O3含量高时，可采用与铝土矿搭配生产高铝低铁（5-10%）的铝硅铁合金，供作热法炼镁还原剂。2004年我国镁产量达45万吨，共消耗硅铁50万吨，去年镁产量达47万吨，消耗硅铁55万吨，市场潜力可观。由于铝与氧亲和力强于硅，用铝还原镁可在较低温度下进行。上世纪70年代，郑州轻金属研究院，以铝硅铁取代硅铁进行还原镁试验结果，在提高镁实收率5-6%同时，还可将反应温度降低近50℃，相应延长反应罐的寿命。这显示以铝硅铁取代硅铁用于热法炼镁大有可为。至于利用粉煤灰炼制铝硅铁用于炼钢脱氧，目前正在试验中，相信不要很久即可有结果。

2004年我国共产煤19.56亿吨，其中60％用于发电，所排放的粉煤灰不下两亿吨，利用率只有50％上下，加累年积存堆放的灰约近20亿吨，占用土地数十万亩，是一大累赘，寻求新途径，综合开发利用，是当务之急。总之，粉煤灰综合利用潜力很大，应坚持“因地制宜，鼓励利用，多种途迳，讲求实效，重点突破，逐步推广”的方针，变废为宝、化害为利，提高经济效益，增加社会财富，改善环境，促进经济增长方式转变，实行科学可持续发展。