随着我国工业技术水平的不断发展，对铝资源的整体需求量在不断上涨，而由于国内铝土矿资源相对短缺，造成铝工业的发展较为依赖资源进口，这不仅会使铝工业存在一定的被动性，也严重阻碍了铝工业的长期发展水平。而我国的高铝煤炭资源储量丰富，为实现资源的综合利用，针对粉煤灰一步酸溶法提取氧化铝的工艺技术及工业规划进行研究是十分关键的，能够有效解决我国铝土矿资源不足的问题。

一、粉煤灰一步酸溶法工艺技术及试验装置分析

（一）粉煤灰一步酸溶法工艺

粉煤灰中主要含有氧化铝、二氧化硅等物质，同时含有氧化铁、氧化钙、氧化钾等杂质，为降低提取成本，提升工艺效率，应使用高铝粉煤灰为主要原料。而在一步酸溶法提取氧化铝中所使用的原料为利用循环流化床技术生产得到的高铝粉煤灰，且其整体活性较高，能够满足工艺生产的要求。一步酸溶法中使用的酸为盐酸，盐酸对氧化铝的浸取率较高，同时在加热条件下不易分解，能够实现盐酸的回收利用，可有效控制生产成本并避免造成环境污染，满足绿色化工的要求。因此，一步酸溶法的基本原理为盐酸能够浸取高铝粉煤灰中的氧化铝，且不与二氧化硅反应，达到提取铝的目的，但粉煤灰中含有的其他金属氧化物也会溶于盐酸，造成反应得到的料浆含有铁离子、钙离子、钠离子等杂质。

针对粉煤灰一步酸溶法的工业化试验研究，A企业确定了一步酸溶法的六大生产工序，包括配料工序、溶出工序、分离除杂工序、蒸发结晶工序、焙烧工序、酸回收工序。本文中对上述工序进行了简要分析：（1）配料工序。对粉煤灰一步酸溶法中使用的原料组成进行计算，按照计算结果将粉煤灰、盐酸等加入配料槽，并将得到的料浆输送至下一工序。（2）溶出工序。溶出工序中，粉煤灰中含有的金属氧化物，如氧化铝、氧化铁、氧化钙等在高温蒸汽作用下，与盐酸发生充分反应的过程，得到含有多种氯化物的料浆。（3）分离除杂工序。该工序中，首先需对料浆进行固液分离处理，将料浆中的不溶物过滤，此时对滤渣进行处理能够得到硅含量较高的白泥，可用于建筑等领域。其次，对得到的滤液进行除杂的过程中需将滤液中含有的其他金属离子除去，如通过树脂吸附除去铁离子、钙离子等，此过程中还能够得到金属镓。（4）蒸发结晶工序。将符合标准的料浆通过蒸发系统浓缩，并利用离心机分离出浓缩液中含有的氯化铝晶体。（5）焙烧工序。将氯化铝晶体送至焙烧系统中，反应得到氧化铝晶体。（6）酸回收工序。焙烧过程中，氯化铝晶体在高温作用下发生分解，不仅能够得到氧化铝，还能生成氯化氢气体。酸回收工序则需要收集氯化氢，并将其输送至盐酸储藏罐中，达到回收利用盐酸的目的。

根据粉煤灰一步酸溶法的生产工序可知，该工艺的核心技术包括分离除杂、设备材料研发以及环保。其中，分离除杂技术能够保障最终得到的氧化铝产品纯度达标，而由于一步酸溶法中使用的原料包括盐酸等具备一定腐蚀性的物质，同时反应条件包括高温等，为防止设备的故障问题，对设备以及相应材料开展研发是十分重要的。环保技术能够有效控制生产过程中的污染问题，通过盐酸回收、白泥资源化处理、生产废水利用等工艺不仅可降低环境污染，同时可达到资源利用最大化的目标。因此，粉煤灰一步酸溶法具有成本低、资源循环利用、污染小、减量化等优势，可用于工业生产。

（二）一步酸溶法中试装置研究

     中试装置的研究能够决定粉煤灰一步酸溶法在工业生产中的应用效果。为保障中试装置的可行性，也需要对中试装置进行运行，并根据运行中存在的问题调整装置的参数等。A企业在建成粉煤灰一步酸溶法工业生产的中试装置后，按照工业流程标准共进行了六次系统运行，本文中对相应的运行结果进行了简要分析。在中试装置的第一次运行中，对粉煤灰一步酸溶法的生产工艺流程进行贯通。在第二次运行中，根据不同工序调整相应的生产参数，并验证中试装置的设备材料是否符合生产标准。在第三次运行中，结合实际运行过程中存在的问题展开分析，优化生产工序参数，同时完成了系统整体控制设计。第四次运行则主要结合产品总质量，验证系统的稳定性与可靠性。中试装置的第五次运行时长为五个月左右，验证了粉煤灰一步酸溶法能够支持连续生产，且运行过程中系统整体状态良好。第六次运行时长为3个月左右，主要针对工艺效果、生产稳定等方面展开分析。在中试装置的运行过程中，企业也在不断提升工作人员的技术水平，同时对部分工序进行专项探究，如对比不同除杂方案的除杂效果等。而在完成六次运行后，中试装置的稳定性、工艺技术的安全性、环保性及氧化铝产品的质量，都已经满足工业化生产要求，证明粉煤灰一步酸溶法技术可应用于氧化铝的工业生产。

二、一步酸溶法工艺技术工业化风险分析

在将粉煤灰一步酸溶法工业化的过程中，需要对工业化风险因素进行分析。

（一）技术风险因素

（1）产品品质的影响。一步酸溶法中得到的产品的品质会直接影响其工业化效果。在本文研究中的工序中，该工艺技术的主产品为氧化铝，同时可得到白泥、金属镓等副产物。将上述产品交由专业机构检测，氧化铝产品的纯度可达99%以上，符合冶金一级品氧化铝的标准；金属镓品质可达4N；利用白泥制备的建筑材料、耐火材料的质量也能够满足相应标准。

（2）设备、材料性能以及工业化放大倍数的影响。首先，对一步酸溶法工艺设备与材料性能进行分析的过程中，A企业主要根据中试装置的第六次运行展开探究。在第六次运行中，对主要生产设备进行状态监测，设备的故障率在2%左右，说明设备具有良好的稳定性。同时，根据不同工序分别选定关键的材料送至专业机构检测，相应材料的使用寿命均能够达到10年，可说明材料性能满足工业化要求。其次，对中试装置的工业化放大设备进行分析，可发现一步酸溶主要设备的放大倍数在5倍至14倍之间，整体放大风险较小。

（3）安全生产。对粉煤灰一步酸溶法生产工艺中的风险性进行分析时，能够明确发现该工艺中存在的安全隐患少于其他氧化铝生产工艺，其主要风险源只有盐酸罐一项，而其他氧化铝生产工艺的危险源较多，如碱法氧化铝生产工艺中含有的危险源包括三种。

（二）经济风险因素

在粉煤灰一步酸溶法生产氧化铝的工业化中，影响循环经济发展的核心内容为氧化铝厂的经济指标。由于该生产工艺不仅能够得到主产品氧化铝，同时可得到品质达标的金属镓、白泥等物质，故在计算该工艺成本的过程中，应充分考虑副产品的经济价值。传统的氧化铝生产工艺主要以铝土矿为原料，利用碱法工艺生产氧化铝产品，其总体成本约为每吨1800元，而一步酸溶法以高铝粉煤灰为原料，考虑副产品的经济价值后，总体成本约为每吨1550元。因此，将一步酸溶法进行工业化的经济风险较低。

（三）环保风险因素

在对一步酸溶法的环保风险因素进行分析的过程中，需要结合该工艺的生产工序。本文主要从以下三个方面讨论影响一步酸溶法工业化环境风险因素。（1）一步酸溶法中利用盐酸浸取原料中的铝，并在得到氧化铝产品后，对盐酸进行回收利用，但在生产过程中，也不可避免地会存在氯化氢气体外泄的问题，从而可能会导致空气污染。因此，A企业主要采用氯碱技术对气体进行处理，能够在一定程度上减少氯化氢气体的泄漏问题。根据对厂区空气等的监测可知，生产过程中并不存在严重的酸气外泄问题。（2）在利用一步酸溶法生产氧化铝的过程中，会产生一定量的废水，其中含有三价铁离子等物质，若不经全面处理而直接排放则会造成环境污染问题。A企业将生产中的废水分为可直接回收利用的普通废水与含有较多杂质金属离子的复杂废水，普通废水可继续用于氧化铝的生产流程中，复杂废水经过处理能够得到铁红等产品，有助于实现资源的全面利用，并避免了环境等问题。（3）一步酸溶法生产氧化铝过程中产生的白泥在经过处理后，能够用于工业生产，不会造成环境污染问题，也有助于实现资源的全面利用。

（四）产业链整合风险

在对一步酸溶法生产氧化铝工艺的工业化风险进行分析时，应明确企业面临的产业链整合风险。A企业在此前并未开展铝工业的生产活动，为实现企业的全面发展与资源利用，促进企业的转型，需将A企业的产业链进行整合。首先，A企业本身已经涉及多个生产领域，如冶金生产、建材生产、电力行业，由于一步酸溶法生产氧化铝的工艺标准与上述生产领域的标准存在一定差异。因此，企业管理人员应结合行业标准，对生产标准进行适当调整。其次，A企业在对一步酸溶法生产氧化铝工艺进行研究的过程中，为提升研发效率与研发质量，将各项工序以及设备材料等进行分别设计，即各分项的前期准备工作与研发工作相对独立，由不同的设计单位完成故在整合过程中缺乏总体设计的能力。同时在循环经济产业链中也存在各项工作相互独立的问题。为解决该问题，实现产业链的整合，A企业则引入项目管理理念，与具备一定专业水平的项目管理承包企业开展合作，针对A企业产业链内容从物料、能量平衡等角度，制定相应标准，并对工业园区现有的辅助功能进行整合处理，以保障A企业的产业链整合效果，促使A企业能够实现循环经济发展。

三、工业化规划分析

（一）工业化规划内容

在完成一步酸溶法生产氧化铝的工业化发展后，A企业将该工艺作为核心，开展循环经济产业链的规划建设，本文对其规划内容进行了简要分析。A企业的循环经济产业链规划内容如图1所示，共规划完成六条产业链的建设，同时根据A企业的发展现状，规划进行三期建设，分别完成不同加工厂与相应配套设施的建设。

图1  循环经济产业链规划内容

（二）工业化优势

A企业在循环经济项目工业化方面存在一定的优势，本文主要从以下五个方面展开分析。（1）企业循环经济项目产业链相对完整。A企业项目涉及电力行业、煤炭行业等，可将自产煤炭送至自备发电厂生产粉煤灰并发电，符合“铝电一体化”的政策要求，同时在推动一步酸溶法生产氧化铝工业建设后，具备自行建设电解铝厂的能力，将氧化铝制成下游的铝制品，达成企业的循环经济。（2）经济效益较高。A企业通过投资建设循环经济工业园区，能够有效节约产业链成本，完成煤炭、粉煤灰加工、铝加工、建材加工等产业的全面发展，预估年利润可达300亿以上。（3）具备资源效益。A企业利用高铝粉煤灰通过一步酸溶法生产氧化铝的过程中，其氧化铝的年产量可达600万吨以上，同时产生大量的金属镓，能够提供大量的铝资源与镓资源。（4）具有环境效益。A企业可通过循环经济产业链实现对资源的全面利用，同时生产过程中产生的废弃物较少，能够有效控制污染物的排放，达到建设环境友好型企业的目的。（5）具有社会效益。在建设循环经济产业链后，A企业的产业结构得到了进一步的优化，同时可为产业园区所在地提供大量的就业岗位，不仅能够充分发挥企业的社会效益，并能够为国内相关企业的转型与发展提供方向。

四、企业的循环经济产业工业化进程

A企业的循环经济产业链的规划内容正在逐步推进并完成，项目所需的相关外部建设条件已经初步落实，如产业园区周围的道路交通规划、项目运转所需能源等。企业管理者也在推动循环经济产业园区的前期准备工作，如完成相关文件的编制，配合有关部门完成评估报告等。因此，A企业循环经济产业的工业化发展进程较为稳定。同时，由于一步酸溶法生产氧化铝的工艺具有广阔的发展前景，有助于节约铝土矿资源，实现绿色生产，故A企业的循环经济产业建设也得到了有关部门的支持。

总结

以高铝粉煤灰为主要原料，利用一步酸溶法生产氧化铝已经成为铝工业的重要发展方向，能够有效解决我国的铝土矿资源不足的问题，同时可得到多种副产物，如金属镓、白泥等。因此，一步酸溶法生产工艺的工业化发展具备绿色环保、资源利用率高等优势，能够有效促进企业的循环经济发展。

参考文献：

[1]朱福星,王勇.一步酸溶法提取高铝粉煤灰中氧化铝新工艺研究[J].粘接,2022(12).

[2]王志明.粉煤灰酸法提取氧化铝过程除铁技术研究进展[J].化工管理,2020(27).

[3]刘智勇.粉煤灰酸法氧化铝溶出工序控制[J].中国金属通报,2022(06).