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潘爱芳教授:让氧化铝生产主流技术拥有中国人的自主知识产权

2016年10月14日 10:17:00 来源: 长安大学 作者: 字号:TT

导语

9月23日至9月24日,第十八届中国科协年会全国科技工作者创新创业大赛总决赛在西安绿地笔克国际会展中心举行。长安大学潘爱芳教授参赛的《低品位铝土矿综合利用新技术》项目获得金奖,并在大赛闭幕式上进行路演推介。潘教授针对我国铝土矿“品级差、品位低,复杂矿、难溶矿占比大”等问题,经过十数年的攻坚克难,在关键工艺技术环节取得一系列重大突破,开发出具有低耗、减排优势的氧化铝生产新技术,使低品位铝土矿资源的高效、环保开发利用即将变为现实。

项目获奖证书

项目研究背景

我国是Al₂O₃生产和铝资源消费大国,但铝土矿资源储量仅占全球储量的2.8%,具经济上可采利用的储量只占查明资源量的21.5%,且优质铝土矿富矿资源极少,而中低品位铝土矿占比很大,其中,铝硅比4-6的中低品位矿石占60%。我国目前用于氧化铝生产的铝土矿品位逐年下降,导致铝土矿资源供需矛盾十分突出,各矿山均出现矿石品位严重贫化、优质铝土矿濒临枯竭的局面。因此,对国外资源依赖程度与日俱增,每年进口铝土矿占到我国Al₂O₃行业铝土矿耗量的六成以上。 

我国铝土矿分布及资源特点

此外,现有氧化铝生产工艺存在赤泥排量大、环境污染严重、能耗高(烧结法)等缺陷,迫切需要开发和推广具有节能、减排效果的低品位铝土矿高效利用新技术。

潘爱芳教授在山西河津氧化铝厂考察、调研

山西铝业有限公司的某赤泥库,目前每天注入赤泥6000吨 

现有生产工艺及缺陷

项目技术优势

该项目的成果在关键技术环节取得一系列突破,获得多项国家授权发明专利。通过活化→浸取→分离→回收等主要工艺技术过程,可使铝土矿中的Al₂O₃和SiO₂均得到分离提取。获得的氧化铝、微细硅酸产品质量指标满足国家有关行业标准。本技术对铝土矿类型和铝硅比等品质要求低,使可利用铝土矿资源大幅增加,可盘活我国90%以上的铝土矿资源。

1、低能耗活化工艺技术。可以使得烧结温度由原先的1200-1400℃降至600-920℃;烧结时间减少一半以上,可大大降低生产能耗,提高产能;

2、无钙烧结活化技术。不仅避免了大量赤泥的排放,且铝土矿中的SiO₂、Fe₂O₃等组分被有效的分离提取出来,转化为高附加值产品;

3、矿石原料适应性强。现有氧化铝生产技术对矿石原料A/S要求高(烧结法:A/S>4;拜耳法: A/S>7),而本技术要求A/S≥2即可,且可实现高铝、高硅、高铁乃至高硫条件下的铝、硅分离;

4、采用流程内原料循环利用与循环溶出技术,大大减少了母液的浓缩蒸发,进一步降低了能耗与碱耗。

项目主要创新

1、中低温活化焙烧技术。焙烧工艺技术不仅影响低品位铝土矿中铝、硅的活化程度,尤其成为影响铝、硅浸出率的主要因素和能耗的主要工艺环节。本项目采用的中低温活化焙烧技术是重要创新点之一。

2、循环浸出技术。是低品位铝土矿综合利用工艺过程中,能否实现工业化的又一关键环节和技术难点。因此,本项目采用的循环浸出技术是第二个重要创新点与重点试验内容。

3、分步溶出分离技术。成为影响低品位铝土矿综合利用程度、能否获取高附加值产品、能否实现工业化的又一关键环节与技术难点。该项技术是本项目的第三个重要创新点与重点试验内容。

4、流程内原料循环利用技术。活化助剂、浸取剂等原料回收工艺技术直接影响原料回收程度和残渣排放量,进而还影响到低品位铝土矿综合利用的成本效益,是低品位铝土矿综合利用技术能否实现工业化的第四个关键环节和技术难点。流程内原料循环利用技术是本项目的第四个重要创新点与重点试验内容。

该技术目前获得4项国家授权发明专利

项目进程本项目技术目前已经完成了实验室小试和工业化小型试验(实验室中试),并又与中铝国际工程股份有限公司进一步合作,准备开展该项技术的工业化试验。

实验室小试 

工业化小型试验(实验室中试)

研发过程中得到了行业专家的大力支持和指导

项目推广应用前景

1. 经济效益:

该项成果由中铝国际工程股份有限公司贵阳分公司(贵阳铝镁设计研究院有限公司)完成了项目工业化可行性论证。结果表明,成果转化后,经济效益和社会效益潜力巨大:

(1)如果将本技术推广用于年生产160万吨氧化铝,建设投资估算为35.1亿元(其中工程建设费30.8亿元;其他基本建设费3.5亿元;基本预备费0.8亿元)。建成投产后,财务内部收益率分别为32.9%(税前)和25.9%(税后);投资回收期(含建设期)分别为4.14年(税前)和3.83年(税后),项目投资回收期较短,低于基准投资回收期;项目实施盈亏平衡点低,抗风险能力强。

(2)本技术由于消除了赤泥的排放,环境成本极底,既不需要花巨资购买废弃物堆放场地,同时免除了每年花费大量资金维护赤泥堆场,也无需交排污费。

(3)除氧化铝之外,提取的微细硅酸(白炭黑)是一种重要的工业原料。被广泛应用于工业制造方面,具有多种用途。从低品位铝土矿中提取氧化铝的同时,在不显著增加成本的前提下,同时获得微细硅酸产品,是本项目的又工艺技术优势之一。

2.社会效益:本项目技术成果实现产业化后,同时必将产生巨大的社会效益与环境效益。(1)低品位铝土矿实现资源化,可有效缓减我国铝土矿资源储备压力,大大减少资源浪费。随着该技术的进一步推广,预计会改变我国Al₂O₃矿产资源的战略格局;(2)使赤泥实现资源化,并减少赤泥占地面积有效保护土地资源、减少废弃物排放、有效改善并减少环境污染;(3) 提高氧化铝企业生存竞争力,促进循环经济、实现可持续发展;为相关行业的低品位矿综合利用、高附加值利用起到积极的示范作用;(4) 延长产业链、带动相关产业的发展,增加社会就业渠道。

研发团队简介

在技术研发和合作推广的过程中逐渐形成了具有研发能力,组织管理能力,市场开拓与技术推广能力的团队。

项目合作

鉴于该项技术成果良好的产业化前景,北京蔚然青科技股份有限公司前期已投入2000万元,正在开展相关技术的工业化小型试验(实验室中试)。 

天使投资方北京蔚然青科技股份有限公司领导视察实验基地日前,国内氧化铝行业龙头企业中铝国际与我们签订合作协议,拟共同开展此项技术的大型工业化试验,共同推广此项技术。

中铝国际技术发展有限公司领导及有关专家考察实验基地中铝国际贵阳铝镁设计研究院领导和专家

考察实验基地

目前,很多国外企业和投资商也开始关注该技术,并进行现场考察。

澳洲投资商考察中试试验基地

(图文来源:科技处、长安大学新闻网、潘爱芳教授)

[责任编辑:朱艳艳]

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