国家标准《循环链接技术规范高铝粉煤灰提取氧化铝》

国家标准《循环链接技术规范 高铝粉煤灰提取氧化铝》

（征求意见稿）

编制说明

一、任务来源

根据“典型产业链资源循环利用关键技术标准研究”（2016年度

国家重点研究计划“国家质量基础（NQI）的共性技术研究与应用”重点专项，项目编号：2016YFF0201602）支撑，中国标准化研究院、内蒙古自治区标准化院、山东省标准化研究院、中国循环经济协会共同参与《循环链接技术规范 高铝粉煤灰提取氧化铝》国家标准的起草编制工作。同时，《循环链接技术规范 高铝粉煤灰提取氧化铝》标准被列入国家标准化管理委员会《2018年国家标准制修订计划》，项目编号为 20182141-T-469，技术归口单位为全国产品回收利用基础与管理标准化技术委员会。

二、起草目的及意义

（一）我国铝土矿资源储量现状

我国目前铝土矿资源短缺。截止2016年底，我国查明铝土矿资源储量（矿石）为48.52亿t， 2010-2015年，中国铝土矿资源开采量很大。我国铝土矿储量占世界铝土矿储量不足3%，但矿上产量占世界的比例却高达15%以上，位列世界第2位，采储比在全球属于最高水平，铝土矿资源过度开采情况严重，这将导致后续急需大规模供应的能力不断削减。按目前储量8.3亿t、矿山年产量0.48亿t/年计算，中国铝土矿资源静态保障年限近为17年，保障程度有限，属

铝土矿资源短缺国家。

（二）高铝粉煤灰的资源特性

粉煤灰的化学成分是粉煤灰品质评价和分级的主要依据之一。我国常规粉煤灰中Al2O3的波动范围16.5%-35.4%，平均值27.1%。在我国铝土矿等级划分中，Al2O3含量达40%即归入三级铝土矿。因此，粉煤灰中Al2O3含量高于40%既是高铝粉煤灰，是一种宝贵的再生含铝矿物资源。另外，托电高铝粉煤灰中镓的含量为80ppm-108ppm，达到了工业品位。

高铝粉煤灰的成分主要来自煤中的高岭石和勃姆石等矿物，在锅炉高温热动力学条件下，这些矿物经过分解、烧结、熔融及冷凝等物流化学过程。高岭石脱水分解为二氧化硅及氧化铝，伴随着受热温度不断升高，分解后的二氧化硅和氧化铝发生进一步反应生成莫来石和非晶态氧化硅；勃姆石受热脱水形成刚玉，显微镜下可见针状莫来石微晶和短柱状刚玉微晶。由于勃姆石这些矿物质点并没有完全熔融为铝硅酸盐溶体和高岭石的熔点较高，以及煤粉颗粒在高温区滞留的时间很短，大部分颗粒仅部分熔融，且粘度较大，因而不能像常规飞灰那样，由于溶体表明张力的作用形成大量玻璃微珠，而是以近球形和其它不规则颗粒为主，矿物颗粒粒径的减小使得形成高温溶体的比例增加，球形颗粒也相应增多。

由高铝粉煤灰的XRD图谱（图1）看出，其结晶相为莫来石和刚玉，非晶态隆起区的中心位于22°左右，这与鳞石英和方石英朱峰的2θ角位置相温和，所以该粉煤灰玻璃相应以非晶态SiO2为主。

图1高铝粉煤灰的XRD分析

XRD定量分析结果表明（表3），高铝粉煤灰中结晶相的含量高于玻璃相，其中莫来石的含量高达61%，而未见石英石。而常规粉煤灰以玻璃相为主。含有少量莫来石和方石英，玻璃体在高温煅烧时储藏了较高的化学内能，是粉煤灰活性的主要来源。

表3：高铝粉煤灰X射线衍射分析结果， %

样 品 高铝粉煤灰 常规粉煤灰 莫来石 61 21.1 刚玉 14 - 石英 - 8.1 非晶质 25 60.4 磁铁矿 - 2.8 赤铁矿 - 1.1 高铝粉煤灰的化学成分、矿物成分和显微结构等特征，与常规粉煤灰有明细差异，这些特性是确定其资源化利用工艺技术的关键。

（三）高铝粉煤灰应用价值

我国是一个以煤炭为主要能源的国家，供暖，发电，冶炼以及许多其他行业和生活中都要用到煤炭，煤炭在我国的开采量消费量呈现日益增长的趋势。虽然煤燃烧满足了生活、经济和社会的许多需求，但却带来了许多环境问题。大气污染，资源耗竭，生态破坏以及固体

废物的产生等都与煤燃烧有很大的关系。煤炭生产过程中会产生大量的煤基固废，例如粉煤灰，而全国火电厂每年粉煤灰的排放量达到数亿t，而内蒙古中西部、山西北部等地区的煤炭资源中有丰富的含铝矿物，发电后产生的粉煤灰中氧化铝含量达40-50%。与我国中低铝土矿的品位接近，是国内外罕见的再生含铝矿物资源，可用于提炼氧化铝和硅铝合金等有色金属产品。截止到2014年内蒙古中西部、山西北部等地积存的高铝粉煤灰总量已经超过1亿t，而且每年还在以约2500万t的幅度增长。堆存的高铝粉煤灰，不仅占用大量宝贵的土地资源，且易产生二次扬尘，对大气环境质量造成危害，给当地居民生活环境带来较大影响。利用高铝粉煤灰提取氧化铝，减少堆存，对减轻环境污染，节约土地资源具有重要作用。每3.5t煤产生1t粉煤灰估算，500亿t高铝煤燃烧后可产生粉煤灰140多亿t，开发价值很高。如将1亿吨高铝煤炭全部用于就地发电，可满足1500万千瓦外送电厂和1500万千瓦铝厂动力车间的燃料需求，产出的3000万吨高铝粉煤灰可提取1200万吨氧化铝，氧化铝进一步深加工可生产600万吨电解铝及深加工产品，同时还可产出900万吨活性硅酸钙。初步测算，1亿吨高铝粉煤灰资源综合开发利用可实现产值1500亿元，使高铝粉煤灰资源增值近10倍；实现利税300亿元，同时直接增加就业3万人，带动产业链发展就业3万人，减少煤炭外运6000万吨。通过高铝煤炭—电力—氧化铝—铝深加工的循环经济产业链，实现了资源价值的最大化。

（四）高铝粉煤灰提铝标准化意义