2017年3月29日至4月2日，第45屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展在瑞士日內(nèi)瓦舉行。共有來自40個國家和地區(qū)的近1000項發(fā)明成果參展，我國諸多高校共約40個項目參展角逐。
其中東北大學(xué)冶金學(xué)院特殊冶金與過程工程研究所張廷安教授團隊研發(fā)的“利用鈣化-碳化法處理中低品位鋁土礦和拜耳法赤泥”項目獲最高榮譽金獎——評審團特別嘉許金獎。
在2015年，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會在沈陽組織專家對東北大學(xué)張廷安教授團隊完成的“大規(guī)模低成本無害化處理拜耳法赤泥技術(shù)”和“鈣化-碳化法高效利用中低品位鋁土礦清潔生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)”進(jìn)行了鑒定，一致認(rèn)為兩項技術(shù)成果均達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
重大進(jìn)展：擺脫鋁土礦品位限制
這兩項技術(shù)發(fā)明，不僅從理論上擺脫了拜耳法生產(chǎn)氧化鋁對鋁土礦鋁硅比品位的限制，實現(xiàn)了利用低品位鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁；而且，實現(xiàn)大幅度降低赤泥中鈉和鋁的含量，從根本上解決了赤泥的大規(guī)模、低成本無害化和資源化，是氧化鋁生產(chǎn)的顛覆性技術(shù)。
此次參展的張廷安教授團隊的項目“利用鈣化-碳化法處理中低品位鋁土礦和拜耳法赤泥”從源頭克服了拜耳法生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)存在的問題，提出了零排放環(huán)保型生產(chǎn)氧化鋁的新技術(shù)。該技術(shù)的顯著優(yōu)勢主要表現(xiàn)在三個方面：
一是對鋁土礦的品位要求大大降低，可以使用A/S（鋁硅比）低于4的鋁土礦；二是排放的赤泥含堿量低于0.5%，A/S低于0.7；三是赤泥可用做水泥的主料，或改良為土壤，或作為礦區(qū)的填充土，實現(xiàn)零排放。
與現(xiàn)有拜耳法氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)相比，該技術(shù)利用同樣品位的礦石生產(chǎn)100萬噸氧化鋁可節(jié)約礦石近30%，每噸氧化鋁可多獲取約300元的效益，更重要的是產(chǎn)生無害化赤泥，突破了赤泥難以規(guī)?；统杀纠玫氖澜缧噪y題。
據(jù)悉，兩項技術(shù)突出之處在于，應(yīng)用該技術(shù)處理鋁硅比3.29的鋁土礦，其氧化鋁溶出率高達(dá)86%，較傳統(tǒng)方法不到70%取得大幅提高;同時，使傳統(tǒng)方法產(chǎn)生并無法利用的廢棄物——高堿性赤泥，堿回收率提高95%以上，氧化鋁回收率50%以上，變廢為寶，破解了赤泥無法經(jīng)濟可行利用的這一世界性難題。目前，兩項技術(shù)發(fā)明形成了15項系列發(fā)明專利、2項國際PCT專利，并在實驗室建立了年處理5萬噸的擴試規(guī)模試驗線。
據(jù)了解，氧化鋁是生產(chǎn)金屬鋁的基礎(chǔ)原料，也在陶瓷、醫(yī)藥、電子、機械等行業(yè)用作有機反應(yīng)催化劑、研磨劑、拋光劑、耐火材料等，與國民經(jīng)濟的關(guān)聯(lián)度高達(dá)90%以上。我國氧化鋁產(chǎn)量每年約5000萬噸，約占世界的50%，是全球最大的氧化鋁生產(chǎn)國。傳統(tǒng)的生產(chǎn)氧化鋁的拜耳法(使用率高達(dá)99%)存在兩個基本缺陷：一是對鋁土礦的品位要求高，二是產(chǎn)生大量高堿性赤泥。其中，平均每生產(chǎn)1噸氧化鋁，附帶產(chǎn)生1～2噸赤泥，且赤泥因無經(jīng)濟可行的利用方法而建壩堆存，不但危害環(huán)境，而且占據(jù)大量空間。赤泥的利用是世界性難題。
而我國鋁土礦資源70%屬于中低品位礦，大量需要進(jìn)口，對外依賴度達(dá)50%以上。如何有效利用中低品位鋁土礦一直是我國氧化鋁工業(yè)的技術(shù)瓶頸問題。張廷安教授帶領(lǐng)的特殊冶金創(chuàng)新團隊從改變赤泥中平衡固相結(jié)構(gòu)出發(fā)，經(jīng)過十幾年的潛心研究，提出了理論上不含堿、不含鋁的新型結(jié)構(gòu)的赤泥，由此取得以上兩項技術(shù)發(fā)明，不僅從理論上擺脫了拜耳法生產(chǎn)氧化鋁對鋁土礦鋁硅比品位的限制，實現(xiàn)了利用低品位鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁;而且，實現(xiàn)大幅度降低赤泥中鈉和鋁的含量，從根本上解決了赤泥的大規(guī)模、低成本無害化和資源化，是氧化鋁生產(chǎn)的顛覆性技術(shù)。
在技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，兩項技術(shù)還在工業(yè)上進(jìn)行了廣泛實踐。包括在赤泥出口直接進(jìn)行高效、清潔利用;開發(fā)了鈣化與碳化反應(yīng)裝置，建立了擴試示范系統(tǒng)等，為該技術(shù)的工業(yè)化提供了裝備基礎(chǔ)。
據(jù)悉，兩項技術(shù)的研發(fā)成功對我國的氧化鋁工業(yè)具有重大意義，相當(dāng)于可使我國鋁土礦資源擴大2～3倍，延長鋁土礦使用年限30年以上，可擺脫氧化鋁行業(yè)對進(jìn)口礦物的依賴。同時，使用該技術(shù)處理中低品位鋁土礦，生產(chǎn)成本較現(xiàn)有方法每噸可降低400～500元;應(yīng)用該技術(shù)將現(xiàn)有赤泥中的含堿量由4%～6%降低0.12%～0.20%，每噸赤泥經(jīng)濟效益可達(dá)150元以上，并且每年降低赤泥堆場運行維護(hù)費用6000萬元以上。如果我國普遍采用該技術(shù)，氧化鋁生產(chǎn)每年額外可獲得經(jīng)濟效益500億元，如現(xiàn)有的拜耳法赤泥全部采用該方法處理，則可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益近千億元，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。
其中東北大學(xué)冶金學(xué)院特殊冶金與過程工程研究所張廷安教授團隊研發(fā)的“利用鈣化-碳化法處理中低品位鋁土礦和拜耳法赤泥”項目獲最高榮譽金獎——評審團特別嘉許金獎。
在2015年，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會在沈陽組織專家對東北大學(xué)張廷安教授團隊完成的“大規(guī)模低成本無害化處理拜耳法赤泥技術(shù)”和“鈣化-碳化法高效利用中低品位鋁土礦清潔生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)”進(jìn)行了鑒定，一致認(rèn)為兩項技術(shù)成果均達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
重大進(jìn)展：擺脫鋁土礦品位限制
這兩項技術(shù)發(fā)明，不僅從理論上擺脫了拜耳法生產(chǎn)氧化鋁對鋁土礦鋁硅比品位的限制，實現(xiàn)了利用低品位鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁；而且，實現(xiàn)大幅度降低赤泥中鈉和鋁的含量，從根本上解決了赤泥的大規(guī)模、低成本無害化和資源化，是氧化鋁生產(chǎn)的顛覆性技術(shù)。
此次參展的張廷安教授團隊的項目“利用鈣化-碳化法處理中低品位鋁土礦和拜耳法赤泥”從源頭克服了拜耳法生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)存在的問題，提出了零排放環(huán)保型生產(chǎn)氧化鋁的新技術(shù)。該技術(shù)的顯著優(yōu)勢主要表現(xiàn)在三個方面：
一是對鋁土礦的品位要求大大降低，可以使用A/S（鋁硅比）低于4的鋁土礦；二是排放的赤泥含堿量低于0.5%，A/S低于0.7；三是赤泥可用做水泥的主料，或改良為土壤，或作為礦區(qū)的填充土，實現(xiàn)零排放。
與現(xiàn)有拜耳法氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)相比，該技術(shù)利用同樣品位的礦石生產(chǎn)100萬噸氧化鋁可節(jié)約礦石近30%，每噸氧化鋁可多獲取約300元的效益，更重要的是產(chǎn)生無害化赤泥，突破了赤泥難以規(guī)?；统杀纠玫氖澜缧噪y題。
據(jù)悉，兩項技術(shù)突出之處在于，應(yīng)用該技術(shù)處理鋁硅比3.29的鋁土礦，其氧化鋁溶出率高達(dá)86%，較傳統(tǒng)方法不到70%取得大幅提高;同時，使傳統(tǒng)方法產(chǎn)生并無法利用的廢棄物——高堿性赤泥，堿回收率提高95%以上，氧化鋁回收率50%以上，變廢為寶，破解了赤泥無法經(jīng)濟可行利用的這一世界性難題。目前，兩項技術(shù)發(fā)明形成了15項系列發(fā)明專利、2項國際PCT專利，并在實驗室建立了年處理5萬噸的擴試規(guī)模試驗線。
據(jù)了解，氧化鋁是生產(chǎn)金屬鋁的基礎(chǔ)原料，也在陶瓷、醫(yī)藥、電子、機械等行業(yè)用作有機反應(yīng)催化劑、研磨劑、拋光劑、耐火材料等，與國民經(jīng)濟的關(guān)聯(lián)度高達(dá)90%以上。我國氧化鋁產(chǎn)量每年約5000萬噸，約占世界的50%，是全球最大的氧化鋁生產(chǎn)國。傳統(tǒng)的生產(chǎn)氧化鋁的拜耳法(使用率高達(dá)99%)存在兩個基本缺陷：一是對鋁土礦的品位要求高，二是產(chǎn)生大量高堿性赤泥。其中，平均每生產(chǎn)1噸氧化鋁，附帶產(chǎn)生1～2噸赤泥，且赤泥因無經(jīng)濟可行的利用方法而建壩堆存，不但危害環(huán)境，而且占據(jù)大量空間。赤泥的利用是世界性難題。
而我國鋁土礦資源70%屬于中低品位礦，大量需要進(jìn)口，對外依賴度達(dá)50%以上。如何有效利用中低品位鋁土礦一直是我國氧化鋁工業(yè)的技術(shù)瓶頸問題。張廷安教授帶領(lǐng)的特殊冶金創(chuàng)新團隊從改變赤泥中平衡固相結(jié)構(gòu)出發(fā)，經(jīng)過十幾年的潛心研究，提出了理論上不含堿、不含鋁的新型結(jié)構(gòu)的赤泥，由此取得以上兩項技術(shù)發(fā)明，不僅從理論上擺脫了拜耳法生產(chǎn)氧化鋁對鋁土礦鋁硅比品位的限制，實現(xiàn)了利用低品位鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁;而且，實現(xiàn)大幅度降低赤泥中鈉和鋁的含量，從根本上解決了赤泥的大規(guī)模、低成本無害化和資源化，是氧化鋁生產(chǎn)的顛覆性技術(shù)。
在技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，兩項技術(shù)還在工業(yè)上進(jìn)行了廣泛實踐。包括在赤泥出口直接進(jìn)行高效、清潔利用;開發(fā)了鈣化與碳化反應(yīng)裝置，建立了擴試示范系統(tǒng)等，為該技術(shù)的工業(yè)化提供了裝備基礎(chǔ)。
據(jù)悉，兩項技術(shù)的研發(fā)成功對我國的氧化鋁工業(yè)具有重大意義，相當(dāng)于可使我國鋁土礦資源擴大2～3倍，延長鋁土礦使用年限30年以上，可擺脫氧化鋁行業(yè)對進(jìn)口礦物的依賴。同時，使用該技術(shù)處理中低品位鋁土礦，生產(chǎn)成本較現(xiàn)有方法每噸可降低400～500元;應(yīng)用該技術(shù)將現(xiàn)有赤泥中的含堿量由4%～6%降低0.12%～0.20%，每噸赤泥經(jīng)濟效益可達(dá)150元以上，并且每年降低赤泥堆場運行維護(hù)費用6000萬元以上。如果我國普遍采用該技術(shù)，氧化鋁生產(chǎn)每年額外可獲得經(jīng)濟效益500億元，如現(xiàn)有的拜耳法赤泥全部采用該方法處理，則可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益近千億元，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。
