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1、氧化铝生产与环境和谐发展相关问题的研究摘要：随着科学技术的发展，先进的科学技术结合能源推动了经济的发展。然而，在经济飞速的同时，能源的利用以及环境影响制约着发展的规模、速度与效益。因此，本文就氧化铝工业生产与环境的和谐发展相关问题进行初步探究，主要从国内外氧化铝工业资源的特点、工艺技术及面临的问题和挑战，阐述了氧化铝工业节能降耗和减排的技术路线、氧化铝生产装备的高效节能化技术路线、提高氧化铝产品质量的技术路线以及氧化铝生产环境治理的技术路线，以应对市场和环境的挑战，进一步提高中国氧化铝工业的核心竞争力。关键字：氧化铝；环境；能源第12页 目 录引言 41氧化铝定义及价值分析41.1 氧化铝的定
2、义 41.2 氧化铝的价值分析 52氧化铝生产工艺流程52.1 拜耳法工艺流程52.2 碱石灰烧结法53氧化铝发展现状及趋势分析 63.1氧化铝行业市场现状 63.2 中国氧化铝工业面临的挑战73.3 氧化铝发展前景预测分析 84中国氧化铝工业新阶段技术发展路线急规范 9 4.1 低品位铝土矿高效低耗生产氧化铝新工艺的技术路线 9 4.2氧化铝生产工业节能降耗技术路线 9 4.3烧结法节能降耗技术路线10 4.4联合法节能降耗技术路线 10 4.5中国氧化铝生产环境治理技术路线 105氧化铝产业对环境的影响 116预防和减轻不良环境影响的对策及措施 11 6.1 氧化铝生产中大气污染物防治措施
3、 11 6.2 氧化铝废水的处理11 6.3废渣处置措施12 6.4 噪声防治措施12结论12参考文献 13引 言随着工业产业的发展，材料工程越来越引起世界各国的重视，加之现代大型工业设备及新技术的开发应用，对铝工业的需求越来越明显及迫切，导致能源耗量、成本空间、环境污染等问题日益突出，并表现局部的“不满”。1960年智利地震海啸，1983年中日本海7.7级地震引起的海啸，都在说明地球母亲在注视我们的成长发展。大量的事实已经证明，只有经济、能源、环境三者和谐发展，人类文明才能迈向更高层次。因此，节能降耗、减少环境污染、降低生产成本，实现铝工业的健康可持续发展已成为各国企业极其关注的主题。铝工业
4、市场竞争激烈，经济决定上层建筑，资源因素、技术现状因素、市场因素、生态环境因素制约着经济的发展。因而，应该针对不同条件影响因素加以研究，采取相应的应对策略与措施，实现氧化铝工业与经济、生态环境和谐发展目标。 1 氧化铝定义及价值分析 1.1氧化铝的定义氧化铝，化学符号：Al2O3、分子量102，纯净氧化铝是白色无定形粉末，俗称矾土，密度3.9-4.0g/cm3，熔点2050、沸点2980，不溶于水，为两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，有四种同素异构体氧化铝 氧化铝 v氧化铝 a氧化铝，主要有型和型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。1.2 氧化铝的价值分析在型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密
5、堆，Al3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高，型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基。型氧化铝结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积，Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中。型氧化铝活性高吸附能力强。耐压性好在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析；在实验室是中性强干燥剂，其干燥
6、能力不亚于五氧化二磷，使用后在175以下加热6-8h还能再生重复使用。2 氧化铝生产工艺流程2.1拜耳法工艺流程“拜耳法”指将铝土矿（Al2O3H2O和Al2O33H2O）粉碎后用高温氢氧化钠溶液浸渍，获得铝酸钠溶液；过滤去掉残渣，将滤液降温并加入氢氧化铝晶体，经长时间搅拌，铝酸钠溶液会分解析出氢氧化铝沉淀；将沉淀分离出来洗净，再在950-1200的温度下煅烧，就得到型氧化铝粉末，母液可循环利用此法由奥地利科学家拜耳（KJBayer）在1888年发明。其工艺流程见图1。 图1 拜耳法工艺流程 1拜耳法的优点主要是流程简单、建设投资少、产品质量高、能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅3106千卡左
7、右，碱耗一般为100公斤左右（以Na2CO3计）。其经济效益远非其他方法所能媲美。2.2碱石灰烧结法2适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠(Na2OAl2O3)、铁酸钠(Na2OFe2O3、原硅酸钙（2CaOSiO2）和钛酸钠（CaOTiO2）组成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的氢氧化钠也进入溶液。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，SiO2O形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石沉淀,而使溶液提纯。把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝
8、经煅烧成为氧化铝成品。以上两种方法是国际公认使用较多的氧化铝生产工艺，目前世界上用拜耳法生产的氧化铝要占到总产量的90以上。3 氧化铝行业发展现状及趋势分析3.1氧化铝行业市场现状 3世界氧化铝生产地主要集中在大洋洲、拉丁美洲、北美洲、欧洲、亚洲和非洲等。世界五大氧化铝生产国分别为澳大利亚、中国、美国、巴西和牙买加。五个国家氧化铝产量约占世界总产量的60%。目前的现状概括有如下几点：（1） 全球氧化铝产量下降，中国氧化铝产量微幅增加。2009年前三季度全球氧化铝产量为5600.1万吨，而08年同期为6235.3万吨。日 期氧化铝级别非洲北美洲拉丁美洲亚洲西欧中东欧大洋洲中国2009年1季度化工
9、级0149342323109077155冶金级13787337441322940105948004755合计13710223778155412501149487749102009年2季度化工级0139232172128358245冶金级13557430371223790103449485455合计1357133060144010021117500657002009年3季度化工级0181272452878871240冶金级10272530871224816107050865902合计102906311414691103115851576142表1 国际铝业协会(IAI)2009年前三季度全球氧化
10、铝产量 (单位：千吨)2009年1-11月，我国氧化铝产量达到2138.72万吨，较上年同期增加1.6%。(2)产能方面。截至2008年底，我国氧化铝产能已达3647万吨/年。年度产量（万吨）增长率20014750.1320025440.1120036130.1320047020.1820058510.18200614130.39200719500.38200822790.182009年1-11月2138.720.016表2 中国氧化铝产量表3.2 中国氧化铝工业面临的挑战 4在进入21世纪后，随着氧化铝生产的迅猛发展和用矿量的快速增加，中国氧化铝工业遇到了一系列严峻的挑战。图2氧化铝生产的主
11、要输人和输出示意图 从图2可以看出，几乎所有的因素都不同程度地产生重大的困难和挑战，极大地影响了中国氧化铝工业技术进步的方向。最重大的挑战是氧化铝生产的供矿品位迅速下降。铝土矿品位的下降意味着A/S的下降以及氧化铝含量的下滑。铝土矿品位的下降，将对氧化铝生产产生如下严重后果:因循环效率、产出率和能量效率降低而使产量下降、能耗升高，这对本来已经过高的能耗雪上加霜；品位下降导致单位产量的矿耗和外排赤泥量增多，加上产量快速增加，给环境造成了双重压力。 3.3氧化铝发展前景预测分析从过去十年氧化铝发展局势看，概括有以下几个特点：（1） 最近10年，氧化铝行情多次剧烈振荡；（2） 电解铝生产能力增速大于
12、氧化铝生产增长是价格上涨的基础；（3） 国际氧化铝产需由基本平衡转为供应短缺；（4） 氧化铝价格变化对我国铝工业影响波动较大。52010年，我们预计全球宏观经济的主线是“政策退出”与“再平衡”。财政、通胀及资产价格压力将迫使“政策退出”提上日程。 2007 年 2008 年 2009 年 2010 年 全球经济5.23-1.13.1发达国家2.70.6-3.41.3美 国2.10.4-2.71.5欧元区2.70.7-4.20.3日 本2.3-0.7-5.41.7新兴市场和发展中国家8.361.75.1中东欧5.53-51.8俄罗斯8.15.6-7.51.5中 国1398.59印 度9.47.3
13、5.46.4中 东6.25.424.2巴 西5.75.1-0.73.5表表3 IMF对世界经济增长的预测(%)6在全球经济“再平衡”中低速恢复的判断下，我们预计2010年全球铝消费将增长2.4%至3829万吨。国内方面，我们预计2010年中国铝消费有望增长13%至1606万吨。2009 年2010 年氧化铝电解铝氧化铝电解铝全球产量7480386575303860全球消费量7498373974883829全球结余（ +/- ）-181264231中国产量2380131525601596中国净进口49714756015中国消费量2551142130961606中国结余（ +/- ）3264124
14、5表4 铝市供需平衡表预估(单位：万吨)4 中国氧化铝工业新阶段技术发展路线及规范4.1 低品位铝土矿高效低耗生产氧化铝新工艺的技术路线7开发低品位铝土矿高效低耗生产氧化铝新工艺的技术路线是:通过采用高能效的湿法过程代替火法过程，降低能耗；通过改变脱硅产物的结构、成分以及改进赤泥洗涤，降低碱耗、减少赤泥量和污染；通过采用简化流程和高效装备，减少投资、降低能耗；通过系统节能工艺和提高循环效率，大幅节能；通过采用添加剂，提高各工序的生产效率，实现节能；通过采用高效控制和砂状新工艺，提高氧化铝产品质量。 4.2 氧化铝生产工艺节能降耗技术路线要进一步挖掘节能潜力，实现拜耳法各关键工序的节能，特别是要
15、通过开发新的工艺技术，提高溶出热效率、沉降洗涤效率、分解产出率、蒸发和焙烧热效率。提高循环效率和产出率，实现系统节能，是今后拜耳法节能的主要技术方向。图3 提高拜耳法效率的技术路线4.3 烧结法节能降耗技术路线烧结法的节能主要从烧成节能和湿法处理系统两个环节着手。图4和图5分别描述了烧结法烧成和湿法系统节能的技术路线。 图4烧成系统节能的基本路线图5烧结法湿法系统节能的技术路线 4.4 联合法节能降耗技术路线联合法节能降耗的主要思路是:进一步充分发挥烧结法的补充优势，更加重视系统节能。由图7可见，为充分发挥烧结法在联合法中的作用，除了应该充分利用烧结法原有功能外，还应该通过粗液合流和深度碳产物
16、用于拜耳法溶出后增浓等工艺，利用烧结法的中间产物提高拜耳法的循环效率，达到节能目的。图6烧结法在联合法中可发挥的作用4.5 中国氧化铝生产环境治理技术路线 氧化铝生产环境治理技术思路是:防治、减少赤泥中的碱液向地下的渗漏；改良赤泥堆场的土壤结构和成分，用于植被和绿化。5 氧化铝产业对环境的影响8近年来氧化铝生产能力及需求的增长，对氧化铝生产环境的主要挑战。氧化铝工业环境达标和减排的压力增大。主要体现在：（1）氧化铝生产过程中排出的焙烧烟气，配套热电站以及熔盐加热站排放的燃煤烟气，主要含有粉尘、烟尘和二氧化碳，如不加以治理，对空气环境会产生一定影响； （2）生产废水和生活污水如不经处理排放，将对
17、水环境造成一定影响； （3）设备噪声对周围环境可能造成一定影响；尤其对附近居民生活及用水，甚至土地影响较为严重；（4）赤泥含碱较高，赤泥堆场如不严格进行防渗处理，对地下水环境可能造成影响。 6 预防和减轻不良环境影响的对策及措施6.1 氧化铝生产中大气污染物防治措施9氧化铝生产过程中产生出大量的废水、废气、废渣，对环境构成了一定的威胁。废气中的主要污染物为粉尘和二氧化硫等。（1）废气中粉尘的净化，粉尘的净化一般可采用二步法干法除尘。首先将排放的废气导进旋风分离器，当废气切向进人旋风分离器后，因离心作用而将粉尘颗粒抛向外壁，沿旋风分离器下部锥形部分滑到粉尘出口，这种除尘方法可除去废气中的大部分颗
18、粒较大的粉尘。该法处理量大，操作费用低。为了达到更好的除尘效果，还可将多个旋风分离器串联使用。经旋风分离器分离后的废气再采用静电除尘法进一步将废气净化。 目前我国大部分氧化铝生产厂都采用先进行旋风分离，然后再用静电除尘进行精净化的工艺。（2）烟气中二氧化硫的去除 废气经除尘处理后主要含有毒气体二氧化硫，如排入大气将造成严重的污染，同时大量二氧化硫排入大气也是硫资源的损失。将烟气中的二氧化硫回收制酸，不仅消除了烟害，也可带来经济效益。6.2 氧化铝废水的治理氧化铝生产中的废水产生于各类设备的冷却水，各类物料泵的轴承封润水，石灰炉排气的洗涤水，各类设备、贮槽的清洗水，生产过程中物料的跑、冒、滴、漏
19、以及赤泥输送水等。氧化铝生产中的废水量大，含碱浓度高，直接排放会对农业、渔业和环境造成严重危害，同时废水中大量碱的流失，也增加了产品的成本。回用的废水中的碱与补充水中的碱土金属离子发生软化反应，生成的沉淀物会在用水设备和管道中结疤，给生产运行带来困难。因此，氧化铝厂的废水处理是目前关注的重大问题之一。10对氧化铝厂废水可采用下列治理措施: 第一，对赤泥堆场回水，复用于赤泥洗涤和输送；地面冲洗、设备清洗废水以及跑、冒、滴、漏的工艺物料，统由工艺过程的有关单元回收利用，不必排人生产排水管道。第二，实施清污分流，建立循环补充水转化处理站。利用废水中的碱和铝酸盐预先软化补充水，集中为各循环水系统供应补
20、充水，避免在管道和用水设备中产生结疤。同时，尽量避免含碱循环水溢流进人生产排水管道。第三，提高水的复用率，加强废水回收利用。全厂生产废水及初期雨水，经沉淀除油处理后用于循环水补充和热电站水力输渣等过程中。第四，实施“零排放”设计及操作。6.3 废渣处置措施 氧化铝生产产生的赤泥经压滤后送经防渗处理的堆场堆存，热电站、煤气站、熔盐加热后燃煤灰渣综合利用，在暂时不能综合利用时，用汽车运往经处理后的灰渣堆场临时堆存。 6.4 噪声防治措施 对主要设备噪声采取消声、隔音、减振等措施，控制厂界噪声达工业企业厂界环境噪声排放标准中2类标准值。 7 结 论通过氧化铝生产现状的分析走这些节能降耗和减排的技术路
21、线、氧化铝生 产装备的高效节能化技术路线、提高氧化铝产品质量的技术路线以及氧化铝生产环境治理的技术路线将使氧化铝在生产更加环保与高效。（一）节能降耗和减排的技术路线提高氧化铝产品质量使拜耳法提高循环效率和产出率，实现系统节能。（二）氧化铝生产装备的高效节能化技术路线提高氧化铝生产效率的同时减少对环境的污染。（三）氧化铝生产环境治理的技术路线净化了大气中的粉尘和二氧化硫，提高废水的再利用，废渣噪声也得到了相应的处理，降低了生产成本。参考文献1 马朝建.用我国中低品位水硬铝石矿生产氧化铝的方法J 轻金属，铝土矿选矿拜耳法生产氧化.1998.122 杨重愚.氧化铝生产工艺学M.冶金工业出版社.199
22、3.3 曾庆猛.对氧化铝工业可持续发展的再认识J. 世界有色金属，2004.11.4 李旺兴，等.中国氧化铝工业而临的机遇和挑战A.中国焦作.2004.12. 5 中国有色金属报 世界氧化铝市场回顾和预测N.第十四期. 2005.46 钟因健.对我国铝土矿资源和氧化铝工业发展的认识J.轻金属，2003.37 顾松青.中国氧化铝工业发展的技术路线，中国铝业公司科技部，450041.8 张伦和.合理利用铝土矿资源.加快我国氧化铝工业发展C. 第三届豫晋两省铝工业发展研讨会及有色金属工业发展论坛，2004.11.9 贺深阳.平果铝赤泥建材资源化研究，2006.10 张元福，刘永刚，甘国耀.平果赤泥综合利用现状和开发研究展望J，轻金属，2004.12.