我国高铝粉煤灰生产概况

高铝粉煤灰 ( High-alumina fly ash) 是一种独特的粉煤灰类型，尽管在美国煤灰协会( ACAA) “煤燃烧产物管理与应用术语表” ( www. acaa-usa. org) 和欧洲标准 EN450 ( www.ecoba. com) 以及我国有关粉煤灰利用标准 ( GB1596—91，GBJ146—90，JGJ28—86) 中尚没有这一定义，但这一术语早已见诸于某些研究文献 ( Mattias 等，1989; 张徵，2001) 。顾名思义，高铝粉煤灰指粉煤灰中 Al₂O₃含量较高的粉煤灰，但 Al₂O₃含量的划分界限尚未得到统一认识，有人主张以 Al₂O₃≥30% 进行划分 ( 张徵，1986) ，也有人主张以 Al₂O₃≥35%进行划分 ( 陈江峰，2005) 。

据统计，普通粉煤灰中 Al₂O₃的含量在 16. 5% ～ 35. 1% 之间，平均 27. 1% ( 刘巽伯等，1995) ，Al₂O₃与 SiO₂的质量比在 0. 5 左右 ( 邵龙义等，2004) 。而高铝粉煤灰中Al₂O₃含量可达 50%左右，Al₂O₃与 SiO₂的质量比可高达 1. 5，是普通粉煤灰的 3 倍左右( Chen 等，2006) 。按照 1986 年的统计资料，若以 Al₂O₃≥30% 划分高铝粉煤灰，其所占比例为 18. 3%，约有 800 ×10⁴t ( 张徵，2001) 。

我国 2004 年粉煤灰的年排放量已达 2 ×10⁸t，照此比例计算，我国高铝粉煤灰的数量将达 3660 ×10⁴t，按照最低 Al₂O₃含量 30% 计算，其中的 Al₂O₃总量可达 1098 ×10⁴t，这是一个巨大的潜在氧化铝资源。内蒙古南部电厂，包括大唐、神华、国华等，是我国特殊高铝粉煤灰的重要生产地，其中粉煤灰中 Al₂O₃含量高达50%左右，且杂质含量较低，是生产莫来石和堇青石的理想原料。

与普通粉煤灰 ( 包括高钙粉煤灰) 形成鲜明对照的是，对高铝粉煤灰的研究则少之又少。一方面是因为这类粉煤灰所占比例较低 ( 从已有的资料看，仅中国、美国、法国 3国有高铝粉煤灰) ，另一方面是在粉煤灰分类中一直没有给出其独立的地位，致使这一具有重要资源意义的特殊粉煤灰没有受到普遍的重视。这几年随着铝土矿资源的短缺 ( 2006年我国进口氧化铝 691. 1 ×10⁴t，价值 30. 2 亿美元，虽然数量比 2005 年下降 1. 5% ，但价格却增长 16. 5%) ，对高铝粉煤灰的认识才逐渐引起人们的关注。

表 1. 6 是我国部分火力发电厂燃煤产生的高铝粉煤灰中的 Al₂O₃含量，从中可以看出Al₂O₃最高可达 52. 72%，它们是合成莫来石和堇青石的理想原料。

内蒙古自治区是我国高铝粉煤灰的重要生产地，2006 年，全区火电企业运行的大型燃煤锅炉年耗煤 8097. 86 × 10⁴t， 总装机容 量为 2885. 95 × 10⁴kW， 粉煤灰 排 放 量为2308. 76 × 10⁴t。按内蒙古自治区电力工业 “十一五” 规划目标，到 2010 年，全区火电机组总装机容量将达到5500 ×10⁴kW，届时粉煤灰排放量也将达到 4400 × 10⁴t。2006 年全区粉煤灰利用量达到 1000. 15 × 10⁴t，利用率为 43. 3% ，其中包头市 112% ，鄂尔多斯市55% ，巴也彦淖尔市 48. 3% ，呼伦贝尔市 44% ，呼和浩特市 41. 3% ，乌兰察布市 36. 7% ，赤峰市 25%，乌海市 20%，通辽市 16%。粉煤灰的利用途径主要以建材工业为主，其他如土地平整、筑路 ( 坝) 、回填、农业等所占份额较少。在建材工业领域，由于生产规模、技术水平等原因，对粉煤灰的利用程度不够。特别是能够大量利用粉煤灰的砖瓦行业，多数在生产过程中不掺入或仅掺入少量粉煤灰，粉煤灰综合利用的问题远远没有得到解决。因此，内蒙古自治区对粉煤灰的利用仍然是 “以储为主”，呈现 “存储量高，利用量低”的特点。“十一五”国家资源综合利用规划目标中，到 2010 年，粉煤灰综合利用率目标为 75%。以内蒙古目前的利用水平来看，与上述目标存在较大差距。因此，推进内蒙古高铝粉煤灰综合利用工作势在必行。

据专家预测，到 2010 年，我国将有 60% ～70% 的铝土矿资源依赖进口。而据内蒙古大唐托电工业园建设规则，预计五期工程全部建成投产后，每年将产高铝粉煤灰约 ( 900 ～1000) × 10⁴t，几乎相当于目前我国铝土矿的年产量。大唐托克托电厂拥有 8 台 600 MW机组，每年耗煤约为 1400 ×10⁴t，产生粉煤灰超过 200 × 10⁴t。该电厂主要使用准格尔煤，其粉煤灰中 50%左右是氧化铝。

内蒙古准格尔电厂现产高铝粉煤灰38 ×10⁴t / a，国华电厂年产高铝粉煤灰 120 × 10⁴t / a。因此，大力开展高铝粉煤灰资源化利用，替代天然铝土矿进行铝基材料的研制和生产，对缓解我国铝土矿资源短缺具有重要战略意义。利用高铝粉煤灰中的主组分氧化铝和二氧化硅，生产铝硅酸盐耐火材料或陶瓷原料，是高铝粉煤灰高附加值利用的一条重要途径。它比单一提取某一组分，工艺上更加简单，经济上更加可行。

准格尔电厂粉煤灰中的 Al₂O₃含量达到 52. 72%，根据高铝矾土原料中 Al₂O₃含量为45% ～ 80% 、煅烧后波动于 48% ～ 90% 之间，Ⅲ 等高铝质 耐火材料 要求 Al₂O₃含量达48% ～ 65% ，可以看出，准格尔电厂粉煤灰即使不做任何处理，其 Al₂O₃含量也已经达到高铝质耐火材料的要求，显然属于高铝粉煤灰。因此，利用准格尔电厂高铝粉煤灰合成莫来石可以大大降低合成成本。以高铝粉煤灰与我国丰富的滑石 ( 或滑石粉) 混合配料，替代常规原料 ( 滑石 + 铝土矿或氧化铝) 合成堇青石，同样可以达到降低生产成本、节约天然资源的目的。

表 1. 6 我国部分火力发电厂产生的高铝粉煤灰中的 Al2O3含量