長期以來，業(yè)界一直以鋁硅比來量度、決定鋁土礦的取舍，低鋁硅比礦往往被放棄開采，其量究竟有多大，無人能說得出。但是如果從物盡其用，最大限度提高其資源產(chǎn)出率的觀點、理念去審視、思考，低鋁硅比礦則是一個大寶藏。其生態(tài)價值自不必說，其潛在經(jīng)濟價值，一旦被轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實，完全可與高鋁硅比礦等量齊觀。
誠然，這是一個沒有現(xiàn)成答案只有懸念的課題，但破解的難度不在財力與技術(shù)，而在觀念轉(zhuǎn)變。與中國鋁業(yè)相伴一路走來的一些固有觀念根深蒂固，不是一朝一夕就能改變。鋁硅比原本只是作為不同礦物成分，選擇相應(yīng)生產(chǎn)工藝、投資收益率對鋁土礦進行評估、分級的一個技術(shù)術(shù)語，數(shù)十年來卻成為掌控、左右資源配置，市場供求，生產(chǎn)經(jīng)營決策的萬能鑰匙。采礦商為追求利益最大化，以鋁硅比作為鋁土礦取舍標(biāo)準(zhǔn)，采富棄貧，濫采亂挖，數(shù)十年已習(xí)以為常;生產(chǎn)企業(yè)為追求利益最大化，自定購礦鋁硅比標(biāo)準(zhǔn)，只購高鋁硅比礦，不要低鋁硅比礦，多年來已約定俗成。其后果便是資源浪費、流失，礦石利用率只有40%。這其中盡管也有如耐材業(yè)等其它行業(yè)因素，但鋁工業(yè)是主要責(zé)任者。
中國鋁工業(yè)面臨機遇
黨的十八大提出生態(tài)文明建設(shè)。與鋁工業(yè)相伴而生的赤泥，尾礦、廢棄低鋁硅比鋁土礦的循環(huán)加工開發(fā)利用，是鋁工業(yè)必須破解的課題。目前，對進口礦赤泥綜合開發(fā)利用在山東鋁廠已取得成功，對國產(chǎn)一水硬鋁石赤泥綜合開發(fā)利用目前除了串聯(lián)法之外，尚待加大研發(fā)力度，對選礦尾礦綜合開發(fā)利用，長城鋁業(yè)公司正在著力進行試驗，前景可期。但對廢棄低鋁硅比礦的加工開發(fā)利用，尚未提上議事日程。事實上，對鋁工業(yè)而言，在財力方面付出有限，在技術(shù)研發(fā)方面，更是輕而易舉，關(guān)鍵是觀念的轉(zhuǎn)變，在著重氧化鋁同時能兼顧其它，如同鋼鐵業(yè)兼營非鋼，煤炭業(yè)兼營非煤，在制取氧化鋁同時不放棄其它有價成分綜合開發(fā)利用，不能眼中只有氧化鋁而無其它。要有責(zé)任感，有開拓創(chuàng)新、攻堅克難的意愿和勇氣。能以物盡其用，最大限度提高資源產(chǎn)出率為追求目標(biāo)，盡快使廢棄低鋁硅比礦，化害為利，變廢為寶。若能轉(zhuǎn)變觀念，將廢棄低鋁硅比礦重視起來，那么對鋁工業(yè)而言是一個很好的機遇。在使資源優(yōu)化、產(chǎn)品多樣化的同時，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益，為中國鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展開創(chuàng)新局面。
以鋁硅比1.5的鋁土礦為例，電熱法煉制鋁硅合金工藝要求最佳鋁硅比為1.3~1.6，鋁硅比1.5，是理想標(biāo)準(zhǔn)，無需添加氧化鋁或含鋁礦物，加以中國鋁土礦的優(yōu)點之一是氧化鐵含量低，除鐵難度小，可在原料制備方面使成本大幅度降低，經(jīng)高梯度磁分選后的精選礦粉，與適量精選煤、結(jié)桿焦、粘結(jié)劑混合、混揑加工成團，可煉出含鋁58%上下，含硅35%上下，含鈦2%~3%，含鐵不大于1.2%的合格中間合金。合金按成分市價約為15000元∕噸上下，可以原鋁價或低于原鋁價售出。成本約為9000~10000元∕噸。按國家規(guī)定可減免增值稅和所得稅，投資利潤率在40%上下，市場空間巨大。
當(dāng)?shù)V石中氧化鐵含量高，采用通常方法難以將其清除到指標(biāo)(不大于0.8%)要求時，可考慮煉制低鐵鋁硅鈦合金。合金中鐵含量低于3%時，可采用重力離心法、震動法將合金液體中大部分鐵清除;高于3%時，可試用液態(tài)淬火方法予以清除。試驗證明，鐵在硅中溶解度很低，主要是與鋁化合生成鋁鐵化合物，且鐵在鋁中呈偏聚原子團存在，液態(tài)淬火鐵原子團局部聚集，可得含鐵8.4%的過飽合固溶體，在固溶體中鐵原子是成團而不紋亂的，液態(tài)淬火固體物,再經(jīng)制粉磁選，即可能將大部份鐵清除。粉狀合金中鐵含量高于1.2%但不超過2.5%的，可用以配制亞共晶變形合金，其經(jīng)濟效益毫不遜色。
鋁硅比1.5的高鐵廢棄低鋁硅比鋁礦，可用以制取鋁硅鐵合金，除用于煉鋼脫氧外，還可取代硅鐵用作皮江法煉鎂還原劑，其技術(shù)經(jīng)濟效益優(yōu)于硅鐵，在提高鎂收率同時還可降低溫度延長還原罐壽命。
此外，用鋁硅比1.5的廢棄鋁礦，以高爐法制取鋁硅鐵合金也值得一試。上世紀(jì)80年代，日本高爐法煉鋁曾轟動一時，但由于只追求鋁而忽視鋁硅鐵合金，未能產(chǎn)業(yè)化。日本以含氧化鋁35%的粘土為原料，與煤搭配制取炭化球團，向高爐吹氧方式使冶煉溫度達到2100℃，煉出含鋁50%~60%，硅10%~15%，鐵20%~25%的鋁硅鐵合金。此類合金可如上所述，用于煉鋼脫氧，用作煉鎂還原劑。差不多同時美國也以粘土為原料以類似方式制取鋁，亦未產(chǎn)業(yè)化。
盡管在電熱法煉制鋁硅合金方面，中國資源優(yōu)勢非常明顯，但由于長期被忽視，至今沒有成功案例，更沒有可供轉(zhuǎn)讓、推廣的完美技術(shù)樣板。雖然工信部把電熱法煉制鋁硅鈦合金列為《大宗工業(yè)固體廢棄物綜合利用“十二五”規(guī)劃》的重點工程，但并不見有具體行動者。因此，靠電熱法煉制鋁硅合金消納巨量被廢棄低鋁硅比鋁土礦并不現(xiàn)實，須另辟蹊徑。筆者認為，被廢棄的低鋁硅比鋁礦，其實質(zhì)就是高硅鋁礦，采用通常加工此類礦的預(yù)脫硅方式，就完全可以使其變廢為寶、化害為利，達到物盡其用，最大限度提高資源產(chǎn)出價值的客觀要求。
鋁硅比不應(yīng)是唯一標(biāo)準(zhǔn)
以鋁硅比1.5的被廢棄低鋁硅比礦為例加以分析，我國鋁土礦的礦物成分在河南、山西主要是一水硬鋁石與鋁硅酸鹽，兩者合計約占礦物總量的85%~90%，這有利于簡化預(yù)脫硅工藝，采用熱激活方式，激活氧化鋁與氧化硅。尤其是氧化硅，通常在加熱過程，隨溫度升高，氧化硅由晶體轉(zhuǎn)化為無定形非晶體，具有很高活性，在溫度上升到900℃~950℃時，活性最高，可在常溫常壓條件下溶于氫氧化鈉溶液，生成硅酸納，經(jīng)碳酸分解，液固分離，液體碳酸鈉苛化后返回流程，固體活性硅，可深加工成附加值高于氧化鋁的硅肥，白炭黑、硅酸鋁?；钚怨杼崛÷士蛇_85%以上。而脫硅過濾固體，鋁硅比大幅度上升，完全適于用作拜耳法溶出料。按鋁硅比1.5計算大致如下：氧化鋁約為52%上下，氧化硅約為35%上下，氧化硅脫取率按85%計約為30%上下，脫硅過濾固體內(nèi)殘留氧化硅約為5.3%上下，鋁硅比接近10，可充分滿足拜耳法工藝要求。
為了簡化流程，提高氧化鋁、氧化硅實收率，減少赤泥排放量，最大限度提高資源產(chǎn)出率，充分利用氧化鋁受熱激發(fā)已具有的活性，筆者認為可以不走高溫高壓石灰拜耳法老路，用微波拜耳法進行溶出或有可能。因為微波可以給比表面增大有一定活性的氧化鋁以能量和熱量，對合成鋁酸鈉有催化作用，降低其反應(yīng)溫度，促進氧化鋁在氫氧化鈉溶液中溶解，加快溶出速度。從而最終在常壓低溫條件下合成鋁酸鈉。由于赤泥中沒有氧化鈣、可返回流程進行二次溶出，降低堿耗同時，提高氧化鋁、氧化硅的實收率，減少赤泥排放，使礦石利用率達到80%~85%。此法如獲成功，將是氧化鋁生產(chǎn)工藝的重大突破、創(chuàng)新，一改一水硬鋁石礦的應(yīng)用前景，鋁硅比高低，不再是決定其取舍的標(biāo)準(zhǔn)，低鋁硅比礦不再被棄采，現(xiàn)有的巨量低鋁硅比礦將被視為至寶，與高鋁硅比礦一樣受到重視，為鋁工業(yè)提高資源保障，化解對外依存度做出貢獻。
鋁硅比低于1.5的礦石，只要其礦物成分以鋁硅酸鹽為主，仍有開發(fā)利用價值，可以單獨加工，也可以與高鋁硅比礦混合加工。鋁硅比高的礦石，在脫硅過濾固體中鋁硅比大于15的，可考慮部分用以制取復(fù)合氧化鋁。此外制取白氫氧化鋁及高級耐火材料，其它有價元素，例如鈦、鎵等加工回收同樣應(yīng)予以重視。企業(yè)可依據(jù)具體情況自行規(guī)劃相應(yīng)舉措。有關(guān)復(fù)合氧化鋁筆者將另行撰述。預(yù)脫硅工藝過程排放的小量赤泥，殘渣，深加工利用價值小，可用以生產(chǎn)建材或作它用，實行全程清潔生產(chǎn)，無渣化生產(chǎn)，絕不可造成二次污染，影響生態(tài)文明建設(shè)。
綜上所述，若能物盡其用，最大限度提高資源產(chǎn)出率，對低鋁硅比鋁土礦進行加工開發(fā)利用，使其潛在價值轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實，它完全可與高鋁硅比礦比肩而立。盡管無法準(zhǔn)確計算出其有多少量，但依據(jù)現(xiàn)有資料，完全可以粗略估算其大概情況。30年前，筆者曾對河南30多個礦點進行實地調(diào)查統(tǒng)計，自1965年河南第一家氧化鋁廠投產(chǎn)到1981年的16年間，包括耐火材料在內(nèi)共消費鋁土礦約1500萬噸，而同時被棄采、廢棄的鋁土礦達1450萬噸，考慮到棄采礦數(shù)據(jù)不全，礦石利用率只有50%上下。此后，隨著礦石鋁硅比不斷下降，礦石利用率降低到40%上下。2000年筆者再訪河南，所見所聞比過去有過之而無不及，上億噸可直接加工成復(fù)合氧化鋁的高鋁硅比礦，所剩無幾。2002年，據(jù)河南省地質(zhì)局《河南省鋁土礦資源保證程度分析》，氧化鋁年產(chǎn)量達885萬噸時，年需高鋁硅比鋁土礦1700萬噸，消耗原礦4000萬噸，2300萬噸低鋁硅比礦被廢棄，加以赤泥不開發(fā)利用，礦石利用率不到40%。近年來由于礦石鋁硅比不斷下降，河南有多家氧化鋁廠，采用選礦拜耳法工藝，但選礦尾礦未開發(fā)利用，從而使礦石氧化鋁實收率大幅度降低，特別是相伴而來的開采率下降，導(dǎo)致大量低鋁硅比礦被棄采，造成鋁土礦資源空前浪費，使資源對外依存度大幅上升，嚴重傷害鋁工業(yè)的正常發(fā)展。據(jù)報道，到2002年，河南共消耗鋁土礦1.2億噸，被廢棄低鋁硅比礦約兩億噸。10年過去了，今天狀況如何?河南如此，山西又如何?筆者兩年前曾走訪晉北原平地區(qū)，據(jù)當(dāng)?shù)毓┑V商口述，晉北某氧化鋁廠于2007年投產(chǎn)到2010年的幾年里，原平地區(qū)被廢棄荒野的低于收購標(biāo)準(zhǔn)的礦石不下3000萬噸。除了河南，山西、山東、貴州等地也有相當(dāng)量被廢棄低鋁硅比鋁土礦，保守估算，全國被廢棄低鋁硅比鋁土礦當(dāng)不在4億噸以下。按4億噸計，至少可創(chuàng)產(chǎn)值萬億元以上，說它是個大寶藏毫不夸張。
(王程茲)
