6三废控制及环境保护

　　工艺过程所产生的废渣、废水和废气有：

　　分解残渣：包括酸分解过程所产生的酸分解残渣和碱分解过程所产生的碱分解残渣。其中酸分解残渣又包括中和残渣和酸浸残渣，碱分解残渣包括调模残渣和碱浸残渣。工艺过程首先产生中和残渣，再以中和残渣为原料进行酸浸，产生酸浸残渣。酸浸残渣用做调模反应的原料，经调模反应产生调模残渣，调模残渣又作为碱浸的原料，经碱浸反应产生碱浸残渣。碱浸残渣为分解系统产生的最终废渣，这种废渣的主要成份为碳和硫，热值在大卡以上，是一种燃烧性能良好热值较高的燃料，直接用于发电。因此，煤矸石经分解无废弃物产生，不会对环境造成影响。

　　废水综合利用过程所产生的残渣：包括冰晶石母液脱氟过程所产生的氟化钙，氧化铁系颜料及氢氧化铝母液综合利用过程所产生的二水硫酸钙，这两种残渣是符合国家标准的有价化学品，其中氟化钙出售给氟化工企业作为工业原料，二水硫酸钙经干燥、脱水制得建材石膏。

　　工艺过程所产生的废渣：指铝酸钠制备过程，即粗氢氧化铝碱溶过滤后所得固体残余物，主要成份为铝和铁。处理方式：将其返回煤矸石酸浸工序循环利用。

　　废水:主要有煤矸石分解、冰晶石制备、高分散性白炭黑制备、氧化铁红制备过程所产生的工艺废水。

　　煤矸石分解过程所产生的工艺废水：一是酸浸残渣洗出液，主要成份为铝和铁的硫酸盐，显酸性，送酸浸工序做配料液使用；二是碱浸残渣洗出液，主要成份为硅酸钠，显碱性，送碱浸工序做配料液使用。

　　冰晶石制备过程所产生的废水：一是由中和液沉铝后所产生的氢氧化铝母液，如果煤矸石中的铁为黄铁矿，那么该溶液的主要成份为硫酸铵，同时含有微量的铁，沉淀其中的铁后送铵解工序与氢氧化钙反应，收得氨水返回系统循环使用，铁沉淀物与铁精矿混合后出售；如果煤矸石中的铁为非黄铁矿，那么该溶液的主要成份为硫酸亚铁和硫酸铵，显弱酸性，送氧化铁红制备工序作为生产氧化铁颜料的原料。二是冰晶石分离工序所产生的冰晶石母液，含有少量的氟离子及微量的氨，将其送脱氟工序与氧化钙反应，收得氟化钙作为产品出售，挥发出的氨经吸收制得氨水返回沉铝工序循环使用。三是白炭黑分离工序所产出的白炭黑母液，主要成份为硫酸钠，显弱酸性，将其部分返回白炭黑沉淀工序作为沉淀剂循环使用，部分送废水综合利用工序用于制备硫酸钠并回收水。四是氧化铁颜料制备工序所产生的氧化铁颜料母液，主要成份为硫酸铵，显弱酸性，送氨回收工序与氧化钙或氢氧化钙反应生成氨和二水硫酸钙。氨经吸收制得氨水循环使用，二水硫酸钙干燥、脱水后生产建材石膏。

　　废气：有煤矸石酸浸过程所产生的酸性蒸气、冰晶石制备过程所产生的含氨气体，氧化铁颜料制备过程所产生的蒸气，由废水回收氨过程所弥散的氨气。

　　对酸浸过程所产生的酸性蒸气，在酸浸反应器上部加装气体逸出导向装置，导向装置中装有回流冷凝器，将酸性蒸气冷凝并回流于酸浸反应器中，无排放；对冰晶石制备过程所产生的含氨气体和废水回收氨过程所弥散的氨气，配装氨吸收器，以水为吸收剂进行吸收，所得氨水返回生产系统循环使用，无排放；氧化铁颜料制备过程所产生的蒸气不含有害物质，无害排放。

7产品质量

高分散白炭黑：执行GBT-标准；

　　高分子比冰晶石：执行GB-标准；

　　氧化铁颜料：执行GB-标准；

　　硫酸钠：执行GB/T-标准；

　　沉淀白炭黑：执行HG/T-标准；

8主要经济技术指标

　　8.11号工艺：以山西宁武煤矸石为例。

　　化学组成:SiO.32%、硫铁矿14.77%（合Fe2O39.94%，S6.74%）、Al2O.66%、C27.66%、水分0.82%、挥发分22.77%（包含水5.00%、CO25.20%、其它12.57%）。

　　8.1.1有价元素溶出率

　　Al2O.6%；SiO.1%；

　　8.1.2有价元素收得率（以分解率为基数）

　　Al2O.91%；SiO.8%；

　　8.1.3主要物资能源消耗量

　　说明：表中物资能源价格为年10月份市场价格。

　　8.1.4产品产出量

　　说明：表中物资能源价格为年10月份市场价格。

　　8.1.5经济效益评估（按每处理kg煤矸石计）

　　每处理kg煤矸石，销售收入.3元，成本费用总计.2元，应纳增值税及附加元，应纳所得税元，净利润.1元。

　　8.22号工艺：以河南济源煤矸石为例。

　　化学组成：Al2O3：17.61%；TFe：2.81%；SiO2：47.75%；CaO：3.64%；MgO：1.07%；烧失量：13.19%。

　　8.2.1分解率：

　　Al2O3≥92%，Fe2O3≥90%，SiO2≥85%

　　8.2.2收率（以分解率为基数）

　　Al2O3≥98%，Fe2O3≥95%，SiO2≥99%

　　8.2.3主要物资能源消耗量

　　生产成本费用估算表：

　　说明：表中物资能源价格为年10月份市场价格。

　　8.2.4产品产出量

　　说明：表中物资能源价格为年10月份市场价格。

　　8.2.5经济效益评估（按每处理kg煤矸石计）

　　每处理kg煤矸石，销售收入.4元，成本费用总计.8元，应纳增值税及附加元，应纳所得税元，净利润1.6元。

9主要生产设备及投资规模

　　预处理车间设备：煤矸石磨浆系统、中和反应器、酸浸反应器、碱解反应器、碱解残渣螺旋输送机、碱解皮带输送机、调模反应器

　　冰晶石车间设备：还原反应器、铝沉淀反应器、氢氧化铝螺旋输送机、氢氧化铝过渡料仓、氨化反应器、压滤机、白炭黑干燥包装系统、铝碱溶反应器、冰晶石反应器、冰晶石干燥包装系统

　　白炭黑车间设备：水玻璃计量槽、硫酸计量槽、白炭黑沉淀反应器、过滤机、白炭黑干燥包装系统

　　氧化铁颜料车间设备：铁沉淀反应器、铁沉淀物酸浸与还原反应器、还原液净化反应器、多功能集约式氧化合成反应器、氧化铁颜料分离与漂洗系统、氧化铁颜料干燥与包装系统；

　　废水综合利用设备：脱氟反应器、石灰乳消化系统、湿氟化钙旋输送机、氟化钙干燥包装系统、铵解反应器、蒸氨系统、硫酸钠蒸发结晶系统

　　过滤、输送与周转：各种压滤机、离心机、水泵、槽类等；

　　公用工程设备：工业蒸汽锅炉、纯水站、变电站、冷洁煤气发生站、空压站、高低压配电系统、消防系统

10产品及市场前景预测

　　10.1主产品

　　10.1.1六氟铝酸钠

　　（1）物理与化学性质

　　六氟铝酸钠（冰晶石）化学式：Na3AlF6，分子量：.94。摩氏硬度2.5。密度2.97至3.00g/cm3。室温下纯净的天然冰晶石结晶为单斜晶系（d型）棱柱形无色结晶，外观近似立方体。混有杂质时常呈灰白色、淡黄色或淡红色以及黑色。通常为不可分割的致密块体，具有玻璃光泽，其光泽透明脂润，条纹为白色。微溶于水，水溶液呈酸性。

　　人造冰晶石外观通常呈白色或灰白色及浅红色。为结晶状粉末或砂状颗粒，无气味，易吸水受潮。

　　无色冰晶石易被湿空气分解，在白热温度下，水蒸气可使熔融冰晶石转化为氧化铝，气态HCl可使冰晶石转化为NaCl和AlF3。合成冰晶石易被硫酸分解，但是溶化后再凝固的冰晶石难以被热浓硫酸分解。冰晶石还可用盐酸、醋酸溶解。

　　（2）主要用途及分类

　　主要用作电解铝的助溶剂，可将电解温度点降低至℃以下。每吨电解铝消耗10-12kg的冰晶石。此外，还可用作搪瓷的乳白剂、玻璃或搪瓷生产用的遮光剂和助溶剂、杀虫剂、铝合金铸造助溶剂、铁合金和沸腾钢的生产以及树脂橡胶的耐磨填充剂等。冰晶石按其氟化钠与氟化铝的分子之比，可分为高分子比冰晶石和低分子比冰晶石。由于使用高分子比冰晶石在环境保护和经济效益等方面都优于低分子冰晶石，所以中国各电解铝厂普遍使用高分子冰晶石来作铝电解的电解质。冰晶石按其物理性质可分为砂状冰晶石、粒状冰晶石及粉状冰晶石。

　　（3）市场供应现状及预测

　　我国冰晶石的主要消费领域是电解铝行业，占总量的48%；随着电解铝行业的高速发展，近年来冰晶石的市场市场需求增长，从年至年，我国电解铝行业对冰晶石的年度平均需求递增率为13.7%，预计到年国内电解铝行业对冰晶石年度需求量将达到90万吨。目前高分子比冰晶石国内市场报价～元／t。

　　10.1.2高分散白炭黑

　　（1）物理与化学性质

　　白炭黑，又称水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，化学式SiO2·nH2O。

　　白炭黑为高度分散状的无定形粉末或絮状粉末，质轻，具有很高的电绝缘性、多孔性和吸水性。其原始颗粒粒径小于3um，比表面积大，具有很好的补强和增粘作用以及良好的分散、悬浮和振动液化特性；高分散性白炭黑物理化学性质稳定，耐高温，不燃烧，具有很好的绝缘性和多孔性，表面均存在羟基集团，主要区别是相邻羟基和相隔羟基，相邻羟基在中温加热时可以缩合脱水，形成具有内应力的硅氧键。高分散性白炭黑外观呈微珠状，具有特殊的内部结构和良好的分散性及与有机材料的兼容性，与传统白炭黑相比，它具有较窄的孔径分布，孔径为7.5-27.5nm的孔构成的，孔体积占孔径小于或等于40nm的孔构成的孔体积的60%以上。

　　（2）用途

　　做为补强材料用于环保型轮胎的制造。

　　（3）市场供应现状及预测

　　年国内共有白炭黑生产企业67家，生产总能力万吨/年，实际产量万吨/年，进口吨，出口吨。国内主要消费领域及比例：制鞋行业38%；轮胎行业20%；其它橡胶制品12%；农药、饲料11%；涂料5%；牙膏2%；其它12%。普通沉淀法白炭黑产能过剩，产品供过于求。

　　白炭黑产能过剩属结构性过剩，随着轿车产业的发展，高档轿车轮胎制造行业对高分散性白炭黑的需求逐年增长，产品供不应求。国内高分散白炭黑产能26万吨，消费40万吨，据予测年将达到万吨/年，前景十分可观。发展高分散性白炭黑的生产为我国无机硅行业“十三五”期间产业结构调整的主要内容，高分散性白炭黑将成为我国白灰黑市场的主流产品。

　　目前用于制鞋及普通橡胶制品行业的沉淀法白炭黑出厂价在~元/t之间，高分散性轮胎专用白炭黑出厂价在~元/t之间。

　　10.1.3煤炭

　　（1）物理化学性质

　　煤炭主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上，其化学成分主要是碳。煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。是一种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成，被人们誉为“黑色的金子，工业的食粮”，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一，可分为褐煤、烟煤、无烟煤、半无烟煤；煤的种类不同，其成分组成与质量不同，发热量也不相同。

　　（2）煤炭的用途及价格预测

　　煤炭是一种可以用作燃料或工业原料的矿物；是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。是不可再生的资源，主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，不仅储量大，分布广，而且种类齐全，煤质优良，为我国工业现代化提供了极为有利的条件。煤炭价格与煤炭产地、品种、成分、发热量有关。目前市场价格为-元/t之间。

　　10.1.4氧化铁工业颜料

　　（1）物理与化学性质

　　氧化铁颜料是具有良好的分散性、优良的耐光及耐候性的一种颜料。氧化铁颜料主要指以铁的氧化物为基本物质的氧化铁红、铁黄、铁黑等着色颜料，其中以氧化铁红为主（大约占到氧化铁颜料的50%），

　　氧化铁红：分子式Fe2O3。也称为锈红，是红色氧化铁粉末，具有耐光、耐高温、耐大气影响、耐污浊气体、耐一切碱类。在浓酸中只有在加热条件下才逐渐被溶解。

　　外观：橙红至紫红色的三方晶系粉末。有天然的与合成的2种。天然的称作西红，相对密度5~5.25。细度0.4~20um。熔点(分解)。灼烧时放出氧气，能被氢和—氧化碳还原成铁。不溶于水，溶于盐酸、硫酸，微溶于硝酸和酵类。具有优异的耐光、耐高温、耐酸、耐碱、防锈性。分散性好，着色力和遮盖力很强，无油渗性和水渗性。无毒。空气中最高容许浓度为5mg/m3。

　　氧化铁黄：化学式Fe2O3H2O，是氧化铁的一水合物。

　　外观：由柠檬黄至褐色的粉末。相对密度2.44～3.60。熔点～℃。不溶于水、醇，溶于酸。粉粒细腻，是晶体的氧化铁水合物。由于生产方法和操作条件的不同，水合程度不同，晶体结构和物理性质有很大差别。着色力、遮盖力、耐光性、耐酸性、耐碱性、耐热性均佳。℃以上分解出结晶水，转变成红色。吸入粉尘会引起尘肺，空气中最高容许浓度5mg/m3。

　　氧化铁黑：化学式Fe3O4，溶于酸溶液，不溶于水、碱溶液及乙醇、乙醚等有机溶剂。天然的四氧化三铁不溶于酸溶液，潮湿状态下在空气中容易氧化成氧化铁（Fe2O3），通常用作颜料和抛光剂。

　　（2）品种及用途

　　氧化铁颜料品种主要有氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑等，涉及25个型号，主要用于油漆、涂料、建材、橡胶、塑料、造纸及其他行业。

　　在建材工业中主要用于彩色水泥、彩色水泥地砖、彩色水泥瓦、仿琉璃瓦、混凝土地砖、彩色灰浆、彩色沥青、水磨石、马赛克花砖、人造大理石及墙面粉刷等；用于各种涂料，包括水性内外墙涂料、粉末涂料等的着色；可适用于油性漆，包括环氧、醇酸、氨基等各种底漆和面漆的生产；也可用于玩具漆、装饰漆、家具漆、电泳漆和磁漆的制造。铁红底漆具有防锈功能，可以代替高价的红丹漆，节约有色金属。

　　用于橡胶、塑料制品的着色，如汽车内胎，飞机内胎，自行车内胎、热固性塑料和热塑性塑料等。

　　（3）我国市场供需现状

　　我国是世界上氧化铁颜料的生产大国之一，总产量约占全球的1/3，年产能为70万吨，实际产量约62万吨。其中，铁红为28.1万吨，铁黄24.85万吨，铁黑7.34万吨，其它氧化铁颜料1.71万吨。目前，我国有近百家氧化铁颜料生产企业，大多分布在江苏、浙江、上海以及中原地区，

　　主要消费领域为涂料和建材两大行业，其它被应用在油漆、橡胶、塑料、造纸、化妆品、烟草、食品医药业、电子等行业。年我国氧化铁颜料行业完成产量62万吨，销售59.5万吨，产销率96%。内销29万吨，外销30.5万吨，年底库存量2.5万吨，此外全年进口10万吨。我国氧化铁颜料消费量占世界总消费量的52%。

　　年，各行业氧化铁颜料消费数量为：建材8.12万吨，涂料11.56万吨、橡胶塑料5.76万吨、造纸2.56万吨、其它行业1万吨，总计29万吨。

　　年，氧化铁颜料行业各类品种数量：铁红系列28.1万吨，铁黄系列24.85万吨，铁黑系列7.34万吨，其它1.71万吨，总计62万吨。

　　年我国氧化铁表观消费量：建材11.12万吨、涂料14.55万吨、橡胶塑料7.76万吨，陶瓷、造纸4.06万吨、其它1.51万吨，总量39万吨。

　　氧化铁颜料属产量规模较大的无机化工颜料生产行业，随着环保门栏的增高及环保要求的提高，作为工艺废水产生量较大的氧化铁颜料行业生产能力的拓展将受到限制。未来氧化铁颜料行业的发展受产品质量和环保水平的影响。因此，立足于优质、环保、低成本三个基本着眼点，研究推广低成本、高品质、无污染、氧化铁工业颜料生产技术，是我国氧化铁颜料行业发展的正确出路。一方面，市场对氧化铁颜料的需求将会继续保持逐年增长的势头，另一方面，受国家环保政策和准入条件的限制，产能增长将会受到抑制。从这个意义上讲，采用低成本、无害化生产技术的氧化铁颜料生产企业具有十分广阔的发展前景。同时，我国既是氧化铁颜料生产大国，更是出口大国，世界市场对我国氧化铁颜料需求的依赖状态将会继续保持，出口仍将持续保持增长势头。

　　（4）产品价格及预测

　　目前我国氧化铁颜料执行GB/T-标准。

　　氧化铁红主要型号有：#、#、#、#、#等。符合国标的产品出厂价，根据品质的不同，在6~元/t之间（市场上流通的劣质铁红除外）。

　　铁黄主要型号有#、#、#、#、#、#、#等，根据品质的不同价格在6-元/t之间。

　　铁黑主要型号有#、#、#、#、#、#、#、#、#、#、#、#等。根据品质的不同价格在6~元/t之间。

　　年下半年以来，受相关行业去产能的影响和国家环保政策的影响，生产氧化铁颜料的主要原材料呈涨价趋势，加之未来氧化铁颜料扩张也将受到限制，因此氧化铁颜料将持续呈上涨趋势。

　　考虑到所产产品的质量状态及市场变动因素，未来所产产品出厂价格应在元/t以上。

　　10.2副产品

　　10.2.1硫酸钠

　　（1）物理和化学性质

　　副产于建设项目白炭黑工艺废水综合利用工序，分子式NaSO4，分子量.06，无色透明晶体，易溶于水，十水合硫酸钠又名芒硝，高纯度、颗粒细的无水物称为元明粉。元明粉，白色、无臭、有苦味的结晶或粉末，有吸湿性。外形为无色、透明、大的结晶或颗粒性小结晶。

　　（2）用途及市场价格

　　硫酸钠主要用于制造水玻璃、玻璃、瓷釉、纸浆、致冷混合剂、洗涤剂、干燥剂、染料稀释剂、分析化学试剂、医药品、饲料等。

　　目前硫酸钠市场价格为~元/吨。

　　10.2.2氟化钙

　　（1）物理和化学性质

　　副产于建设项目冰晶石工艺废水综合利用工序，化学式CaF2，分子量78.08，属等轴晶系，呈立方体、八面体或者十二面体；无色结晶或白色粉末，天然矿石中含有杂质，略带绿色或紫色，加热时发光。密度3.18克/厘米3，熔点℃，沸点℃，折光率1.。低毒，极难溶于水，可溶于盐酸、氢氟酸、硫酸、硝酸和铵盐溶液，不溶于丙酮。溶于铝盐和铁盐溶液时形成络合物，与热的浓硫酸作用生成氢氟酸。

　　（2）用途及市场价格

　　氟化钙的用途十分广泛，随着科学技术的进步，应用前景越来越广阔。目前主要用于冶金、化工和建材三大行业，其次用于轻工、光学、雕刻和国防工业。

　　自然界的氟化钙矿物为萤石或氟石，无色，透明，有玻璃光泽，性脆，相对密度为3.01-3.25，有显著的荧光现象，自然界的萤石因含有不同杂质经常呈现灰、黄、绿、紫等色。氟化钙是整个氟化工行业的源头，以氟化钙为原料的氟化工业产品多达几千种，目前尚无可替代品，由于萤石资源属于不可再生资源，各国都将其视为战略保护资源，通过限制开采或禁止出口进行保护，长期以来供需缺口较大。

　　目前根据质量的不同市场价格为~元/吨。