每年二万吨特材冶炼灰渣综合利用工程可行性研究报告Word文件下载.docx
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根据棕刚玉生产原料的不同，其烟尘中含有0.15-0.2%的镓、10-15%的钾、50%左右的二氧化硅以及20-30%的氧化铝。
近年来镓的市场需求大幅增涨，同时，钾是我国短缺资源，也有很大的市场需求。
本项目处理此烟尘具有显著的经济效益和社会效益，在国家重点进行产业结构调整的背景下，本项目工业化符合国家资源综合利用、节能减排等清洁生产技术研发的指导方向。
中科院过程研究所近年来专注于化工和湿法冶金行业的清洁生产技术的研究与开发，并取得了一些核心技术，其中含镓特材烟尘的综合利用清洁生产技术，在试验室获得重大突破性成功，利用该项创新技术，可以实现特材烟尘中镓、钾等资源的高效清洁利用，为我国冶金烟尘废弃物的资源化利用提出了一条新的工艺路线。
1.5项目实施的意义
1、为我国棕刚玉烟尘的资源化利用开辟了新的方法。
该工程项目成功实施后，棕刚玉烟尘可以得到高效利用，镓的综合回收率均达到80%以上，余渣主要是二氧化硅，可用于提取超细白炭黑（二氧化硅）。
2、近年来国家对工业粉尘污染防治技术的研究高度重视，该项目实施成功，可以冶金烟尘废弃物的资源化利用提供新的事例。
同时，拓展了我国镓、钾的资源。
1.6项目承办单位
某有限公司是一家为处理某区域众多的棕刚玉生产企业排放的大量烟尘于2011年11月成立的民营股份制新公司。
公司位于某市产业集聚区。
该公司团队由具有丰富工业企业管理与清洁冶金技术生产经验的团队组成。
该公司秉承循环经济理念，走资源综合利用之路，充分利用废弃灰渣，将环保产业链延伸到冶金材料领域。
1.7项目基本情况
1.7.1项目建设的必要性
棕刚玉是一种重要的工业原材料。
它是普通磨料的主要品种，在磨料、磨具和磨削工业中一直处于量大面广的地位。
由于棕刚玉具有熔点高以及化学稳定性、热稳定性和高温稳定性高等多种优良特性，因而也被广泛用于冶金、化工、建材、轻工、交通及耐火材料等非磨削领域。
《国外一些工业发达国家，棕刚玉的非磨削用量已经超过了磨削用量我国棕刚玉的年产量约50万吨，主要集中在贵州、河南、山东等铝土矿产地，其中贵州的年产量占全国年产量的35％左右。
棕刚玉是以高铝钒土为原料，以优质无烟煤和铁屑为配料，在电弧炉内经2000℃高温冶炼而成的。
在高温冶炼过程中，烟气排放量很大，而且烟尘浓度高。
如在一台7500kvA的电弧炉的生产过程中，如果没有收尘处理，则排放的烟尘浓度在1500mg／m3以上．是国家规定排放标准100mg／m3的l5倍。
大量高浓度烟尘的排放，对生态环境造成严重危害。
因此，国外棕刚玉冶炼炉均设除尘系统。
我国新建的大型棕刚玉冶炼炉也设计了除尘系统，一些原未安装除尘系统的老企业也在逐步安装除尘系统。
随着除尘系统投人运行，大量烟尘的收集及堆放将给工厂造成新的危害。
因而，棕刚玉烟尘回收并实现其综合回收利用，有着重要的经济价值和保护生态环境的意义。
我国棕刚玉主要生产企业近200家，主要位于高品位铝土矿资源较丰富的河南省、山西省与贵州省。
其中河南省即有140余家，拥有从1200～10000kVA不同功率的冶炼炉200余台，年产能约为200万吨以上，占全国的66％以上，达到全球产能的40％。
河南成为名符其实的棕刚玉生产大省。
同时，河南省的棕刚玉生产企业主要位于某，以及登封及伊川地区，因此在某地区建设棕刚玉烟尘综合利用工程项目，对解决其环境污染十分必要。
1.7.2主要建设内容
本项目采用湿法浸出综合回收棕刚玉烟尘中的铝、钾、镓等有价元素的清洁生产新技术，建设一条年处理2万吨刚玉烟尘的生产线，具体包括：
原液配置、溶出、硫酸铝钾结晶与分离、结晶后液中和及碱液沉镓、富镓沉淀碱溶、镓液净化、镓电解、余渣中二氧化硅碱溶后硫酸中和制取白炭黑、硫酸钙回收等工段，以及循环水等公用工程。
生产所需高压蒸汽由本项目所在的某市产业聚集区集中提供，不建蒸汽烧炉。
1.7.3总投资及资金来源
项目总投资12260万元，所需资金全部由项目承办单位自筹解决。
1.7.4主要技术经济指标
主要技术经济指标表
序号
指标名称
单位
数据
备注
I
技术数据
1
产品产量
1.1
金属镓
kg/年
21000
1.2
硫酸铝钾
t/年
30000
1.3
二氧化硅
8000
1.4
硫酸钙
2000
II
经济数据
总投资
万元
12260
2
资金筹措
其中：
自有资金
银行借款
8582
3678
3
经营收入
14200
年平均
4
补贴收入
5
总成本费用
5680
6
利润总额
8520
7
增值税
1494.7
8
税金及附加
149.47
9
所得税
1831.80
10
净利润（税后利润）
7025.3
III
财务评价指标
项目资本金内部收益率
%
70.5
所得税后
总投资收益率
23.29
资本金净利润率
39.32
偿债能力分析
2.1
资产负债率
％
40.77
盈亏平衡点（BEP）
56.02
第2章项目背景与市场分析
2.1项目背景
目前，全国棕刚玉的产能已达300万吨，产量超200万吨，河南省的产量已占全国的55%以上，而河南省的棕刚玉的生产企业又集中在某、登封和伊川三地。
近年来根据各地环保政策的要求，各棕刚玉生产企业收集的总计超过2万吨以上的烟灰堆存造成严重的污染。
本项目利用新开发的湿法浸出技术综合回收其中的镓、氧化钾与氧化铝，余渣可用于做建筑用原料，实现其全部的综合利用。
生产过程无废渣、废水排放。
其产品金属镓、硫酸铝钾、白炭黑等均有较广泛的市场需求，本项目可望取得预期的经济效益。
2.1.1金属镓的性质及用途
镓为银白色金属，质软，性脆，在空气中稳定，熔点29.78℃，沸点2403℃，密度5.907g/L。
金属镓的凝固点很低，液态镓转变为固态时，膨胀率为3.1%。
纯液态镓冷冻时会出现明显的过冷现象，因此可以在过冷条件下几天不结晶。
镓是两性金属元素，镓及其氢化物既可溶于酸，也能溶于碱。
镓元素主要有+1与+3价氧化态，第一电离能为5.999电子伏特。
镓的化学活性低于铝。
常温下，镓与氧和水均不发生反应，但在高温下，可被氧或硫分别氧化为+3价化合物。
镓在常温下可与氟、氯、溴等反应生成三价或一价化合物。
镓与稀酸作用缓慢，但易溶于浓的硝酸、氢氟酸、高氯酸与王水。
镓可与苛性碱反应形成镓酸盐并释放氢气。
以金属镓为原料的砷化镓等半导体材料具有优越的性能，已用于制备二极管、激光与场效应三极管、磁包存贮器、微波器件、晶体管与集成电路等，在电子、通讯与工业控制领域得到广泛的应用，并成为航空航天、国防等涉及国家安全的尖端技术领域的重要材料。
21世纪以来，随着电子科技的迅猛发展，金属镓的用量大幅增加，已出现供不应求的局面出现。
除用于生产半导体材料之外，金属镓还用于生产超导材料、快中子反应堆结构材料，以及生产永磁材料的添加剂，用于太阳能发电系统，或太阳能电池芯片。
金属镓换可用于制作光学玻璃、真空管。
金属镓与石英制作测量高温的温度计，日本物质材料研究所还用液态金属镓制成了世界最小的“纳米温度计”。
镓铝与镓金等合金可具有特殊的性质，用于石油催化与民用工业。
其中镓主要用于生产砷化镓半导体材料。
砷化镓由于其优越的特性，在通讯与电子领域得到广泛的应用，推动了光电子技术和现代信息技术的高速发展。
2.1.2硫酸铝钾的性质及用途
硫酸铝钾，无色结晶或粉末。
无气味，微甜而有涩味、有收敛性。
在干燥空气中风化失去结晶水，在潮湿空气中溶化淌水。
易溶于甘油，能溶于水，水溶液呈酸性反应，水解后有氢氧化铝胶状物沉淀。
不溶于醇和丙酮。
熔点92.5℃。
60～65℃硫酸干燥时失去9分子水，在200℃时十二个结晶水完全失去，更高温度分解出三氧化硫。
主要用作温浊水的混凝剂，起净化水质作用。
造纸工业用作上浆剂与松香乳液配合用于纸张施胶，提高纸的抗水强度。
医药工业用作防腐剂、收敛剂、止血剂。
加制成枯矾，可作为外用收敛止血药；
配成一定浓度水溶液，可用于防止水稻皮炎；
制成氢氧化铝，可配制成胃病药。
与青饲料一起拌和，可用于牲畜疾病防治。
也是中药材半夏、南星的腌制剂等。
轻工工业用作黄色医用玻璃的着色剂。
制革工业用作铝鞣剂。
造纸工业中用作上浆剂，与松香乳液配合用于纸张施胶，以提高纸的抗水强度。
医药工业用作防腐剂、收敛剂和止血剂。
制成一定浓度的水溶液可用以防止水稻皮炎。
印染工业中用作媒染剂、缓染剂和防染剂。
还用作生产其他铝盐的原料，并用于火柴、涂料等的制造中。
在分析化学中用作测定铁、锰、锑、铝时的化学试剂，以及细菌染色用硬化剂等。
2.2项目产品的生产现状与市场分析
2.2.1中国金属镓的生产现状与市场分析
自上世纪80年代以来，4N镓的价格一直在250-470$/kg间波动，基本用于航空航天与国防领域尖端材料的制备和研究，于2000年曾在短期达到过2000$/kg。
此后，由于世界经济下滑和国际军事政治形势的变化，金属镓的需求减少，2001至2003年4N镓的价格跌至低谷。
从2004年后金属镓的产品拓展至民用，逐渐广泛应用于电子与通讯领域，国内外对金属镓的需求出现供不应求的局面，其价格也不断回升，至今达到500$/kg以上。
近年来，国内用金属镓制砷化镓镜片的公司迅猛增加。
同时新开发的氮化镓又可用于制先进的绿色节能灯，已纳入国家发展规划，为金属镓提供了更广阔的应用市场，因此镓的市场前景更大。
根据镓的应用加速发展的趋势，现有镓的生产能力还满足不了市场的需求。
同时，由于受资源的限制，目前金属镓的规模化生产基本由氧化铝工业的铝酸钠母液提取。
由于铝土矿中镓含量很低，即使在氧化铝生产工艺中，富集镓后的铝酸钠母液中镓的含量也只有200mg/L，致使镓的生产成本较高。
而本项目利用的烟灰渣中镓含量可达0.1%以上，可大幅度降低镓富集乃至提取的成本，同时还可回收其中我国紧缺的钾资源，生产过程无废排放，具有较大的市场竞争力。
2.2.2中国硫酸铝钾的生产现状与市场分析
硫酸铝钾主要用于浆净水、造纸、食品加工、制药印染等行业。
硫酸铝钾净水是过去民间经常采用的方法，它的原理是：
硫酸铝钾在水中可以电离出两种金属离子：
KAl（SO4）2=K++Al3++2SO42-而Al3+很容易水解，生成胶状的氢氧化铝〔Al（OH）3〕：
Al3++3H2O=Al（OH）3（胶体）+3H+
2KAl（SO4）2+6H2O=（可逆）=K2SO4+2Al（OH）3（一般不加沉淀符号）+3H2SO4
氢氧化铝胶体的吸附能力很强，可以吸附水里悬浮的杂质，并形成沉淀，使水澄清。
所以，硫酸铝钾是一种较好的净水剂。
许多国家和地区（如港澳地区和东南亚一些国家）现仍习惯采用硫酸铝钾净水，预测每年用量3-4万吨。
硫酸铝钾性味酸涩，寒，有毒。
故有抗菌作用、收敛作用等，中医认为硫酸铝钾具有解毒杀虫，燥湿止痒，止血止泻，清热消痰的功效可用做中药。
硫酸铝钾还可用于制备铝盐、发酵粉、油漆、鞣料、澄清剂、媒染剂、防水剂等硫酸铝钾还是传统的食品改良剂和膨松剂，常用作油条、粉丝、米粉等食品生的添加剂。
一般较高级的纸张生产主要还是以采用硫酸铝钾为主。
我国硫酸铝钾的主要产地集中在浙江苍南地区，是以明矾石矿开采后焙烧溶出，经结晶后得到。
据统计数据2004年全国硫酸铝钾需求量约为6.2万吨，2010年我国硫酸铝钾用量达20万吨以上，随着我国建设事业的发展和全球经济的复苏，硫酸铝钾的需求量预测以2-4%市场的速度递增。
然而市场需求时涨时落，但总的大趋势是需求量不断增加，市场前景看好。
2.2.3中国白炭黑的生产现状与市场分析
白炭黑是白色粉末状无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。
白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·
nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。
能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。
耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性用作油漆涂料填充剂、橡胶补强剂、塑料增粘剂和触变剂、合成润滑脂硅脂的稠化剂。
其中，生产规模在5.0万吨/年（含）以上的厂家共有10家，生产能力合计为77.2万吨，约占中国沉淀法白炭黑总产能的53.2%，其中，株洲兴隆化工实业公司是目前中国最大的沉淀法白炭黑生产企业。
目前，中国仍有多套沉淀法白炭黑装置将建设投产，其中，主要有山东金能煤炭气化有限公司新建6.0万吨/年装置；
江西黑猫炭黑股份有限公司新建6.0万吨/年装置（其中一期2.0万吨/年已经于2011年9月投产）；
嘉翔（福建）硅业有限公司新建2.5万吨/年装置；
重庆建峰化工公司扩建2.0万吨/年装置；
南安大赢化工新建2.5万吨/年装置；
福建顺昌诚瑞化工公司扩建2.0万吨/年装置；
通化双龙化工有限公司扩增3.0万吨/年装置；
福建三明同晟化工有限公司扩增3.0万吨/年装置；
江西万载县辉明化工有限公司扩增3.0万吨/年装置等。
第3章项目技术情况
3.1灰渣的处理技术概况
目前我国冶炼废渣的处置方法主要是堆存、无害化处理或掩埋，其中部分粉煤灰类废渣可用制建材的原料。
目前与本项目处理的烟灰的利用没有工业化的先例。
但报道的研发技术主要包括两类，一类是用碱液浸出、然后采用离子交换法提镓，但产生渣量大，难以利用，形成二次污染。
另一类是酸浸后萃取，一般萃取率较低，流程长、投资大。
因此至今没有实现工业化应用。
3.2金属镓的生产技术概况
当前金属镓的工业生产均是以氧化铝生产的铝酸钠分解母液为原料生产。
镓提取冶金方法为先富集镓然后净化后电解。
有工业化前景的富集净化方法主要包括石灰乳、碳酸化或中和法；
溶剂萃取法；
树脂吸附法与离子交换法等。
目前我国金属镓的生产均以氧化铝生产过程中的铝酸钠母液为原料生产，所采用的技术仅有贵州铝厂选用石灰沉淀法，但已停产，其余全部采用离子交换法，其中只有早期的郑州铝厂与山西孝义铝厂采用固定床技术，其余部分均采用移动床技术。
国内金属镓生产厂的使用技术与产能
生产厂
生产方法
产能（t/年）
某开曼铝业
离子交换法、移动床
45
东方希望
40
山东鲁能
30
孝义兴安化工
20
山西铝厂
18
郑州铝厂
离子交换法、固定床
15
阳泉铝业
河南登封铝业
平顶山汇源
山西孝义
11
重庆博赛
10，母液镓浓度低，已停产
12
山东铝厂
8，母液镓浓度低，已停产
13
贵州铝厂
石灰沉淀法
4，已停产
总计
201（不含已停产能）
国内目前金属镓的产能与使用技术如上表所示。
同时由于金属镓的市场需求旺盛，不断有氧化铝厂正在计划扩大金属镓的产量。
3.3硫酸铝钾的生产技术概况
目前国内外生产硫酸铝钾的方法大体可分为两大类：
一类是从明矾石矿经焙烧溶出后结晶；
其产量约占80%~85%；
二是用复杂组分的含钾铝矿石或矿渣制取，根据原物料成分，通过添加硫酸铝或者硫酸钾来合成。
其产量占15%左右。
硫酸铝钾的溶解度随温度的变化很大。
低温时溶解度很低，而在温度较高时溶解度大幅度提高。
利用硫酸铝钾的这个溶解度特性，先把溶液蒸浓，然后冷却，即可得到12水硫酸铝钾晶体。
目前的结晶工艺分为自然冷却结晶和结晶釜控制结晶两种。
自然冷却结晶可以得到大块晶体，但是晶体容易裹入其它杂质。
此种工艺适合于溶液成分比较单一的结晶。
结晶釜控制结晶可以在溶液成分复杂、杂质较多的情况下得到纯度很高的晶体，一般晶体尺寸为0.8-2.0毫米，产品质量能够达到食品添加剂的标准。
3.4本项目的湿法清洁浸出技术简述
本项目采用湿法浸出综合回收棕刚玉烟尘中的铝、钾、镓等有价元素的清洁生产新技术，并且副产得到沉淀二氧化硅白炭黑。
灰渣经酸浸后分离浸液和浸渣，浸液经蒸发冷却结晶得到12水硫酸铝钾晶体；
结晶后液经中和沉淀氢氧化镓得到镓精矿。
镓精矿经碱溶造液得到电解液，含镓电解液通过电解得到金属镓。
浸出渣用氢氧化钾浸出，固液分离后得到硅酸钠溶液（水玻璃），仅剩极少量余渣。
硅酸钠溶液用硫酸中和沉淀得到超细二氧化硅白炭黑。
沉淀二氧化锆白炭黑后的硫酸钾溶液返回硫酸铝钾结晶工序，用于补充硫酸钾。
生产废水经中和除杂后全部循环利用。
浸出后所剩极少渣可用于做建材的原料，全过程无二次污染、无废水排放，可实现烟尘的彻底处理，同时实现资源的高效深度利用。
第4章项目选择与建设条件
4.1建设规模与产品方案
根据某及周边地区的烟灰产生量，本项目拟建设年处理20000吨棕刚玉烟灰的全年连续运行生产线。
根据烟灰中镓、钾、铝的含量不同，计划全年产金属镓21000kg，硫酸铝钾30000吨，白炭黑8000吨。
其中金属镓产品大部分出口国外，其余内销；
硫酸铝钾与白炭黑均内销。
本项目所需主体生产厂房面积8100m2（30m×
270m），原料仓库占地2400m2（60m×
40m），办公室及产品贮存占地1200m2（20m×
60m），职工食堂等生活设施占地360m2（30m×
200m）。
4.2项目场址与建设条件
本项目建设场址位于某市产业聚集区的某有限公司生产区内，该公司占地53.37亩，建设用地41.45亩，可以满足本项目的建设需要。
本项目日平均需要消耗0.4MPa蒸汽110吨、新鲜水200吨、电需求20300kWh。
所需汽、水与电均由某市产业聚集区集中提供，其中蒸汽来源为位于该集聚区的大唐发电厂。
4.2.1气象条件
某市地处中纬度内陆区，属暖温带大陆性季风气候。
历年平均气温13.2℃，年平均日照2354.3小时，历年无霜期184—2l8天，平均年降雨量550—800毫米。
由于本地区属低山丘陵区，地形切割强烈，地貌形态复杂，山地、丘陵、川谷兼有。
形成了具有暖温带、温带和寒温带的多元气候，其特点为一年四季分明，光、温、水同步增减，气候多元复杂，气象灾害频繁。
各气象参数统计表
项目
数值
出现时间
资料年
多年平均气温
℃
13.9
1971-2005
多年平均气压
hPa
969.2
多年平均风速
m/s
2.4
多年平均相对湿度
61
历年昀小相对湿度
1984/02/29
多年平均降水量
mm
559.3
多年昀大降水量
863.4
1984年
历年极端昀高气温
45.2
1972/06/28
历年极端昀低气温
-14.7
1967/1/16
历年定时昀大风速
14.0
1977/02/20
历年昀大积雪深度
cm
14
1999/03/20
历年昀大冻土厚度
1967/012天
累年连续一次昀大降水量
312.7
1982/08/04
累年昀大一日降水量
115.8
1972/09/01
1971-20055
多年平均雷暴日数
d
4月-9月
16
年昀多雷暴日数
4.2.2工程地质
某市产业聚集区地处黄河南岸边的二级阶地，地貌平坦，场地内为农田、耕地，地面标高+335m左右。
4.2.3水文地质
厂址位于陕县境内，陕县位于河南省西部，黄河某水库南岸，陇海铁路、连霍高速横贯，崤山山地自西南向东北贯穿全境，西北部为黄土台地，东部为丘陵地，海拔300－600m之间。
厂址的防洪条件主要考虑黄河某水库的影响因素。
某水库是黄河干流的一座大型水利枢纽，于1960年建成，以后又进行了改建。
水库设计百年一遇的洪水位325.5m，迁赔高程324.7m。
黄河大堤堤顶高程325－326m。
厂址自然地面标高在335m左右，洪涝影响不大。
从地质构造上看，厂址场地内及附近无全新活动性断裂通过，按照有关规定，场地处于相对稳定地段，适宜建厂。
4.2.4地震烈度
据《中国地震烈度区划图》（1990），该区地震基本烈度为7度。
4.3基础设施条件
1、供电和供热
本项目所需的电和蒸汽均由开曼能源开发有限公司建造的热电厂供给。
2、通讯
陕县程控电话已与某市并网，能拨打全国各地和国外；
移动通信发展迅速
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