促进煤基固废高值化利用技术创新加快培育和发展战略性新兴产业-

论文导读：局不会改变。在煤炭开采与加工利用过程中产生的煤矸石、粉煤灰、煤气化灰渣、煤液化残渣和烟气脱硫石膏等煤基固废的年排放量超过10亿吨，占我国工业固体废弃物年排放总量的50%以上。内蒙古自治区煤炭资源丰富，鄂尔多斯摘自：论文查重www.7ctime.com盆地已查明的煤炭资源储量占全国的39%，蕴藏的能源资源约占全国的35%以
内蒙古自治区具有独特资源优势和区位优势，国家将自治区定位为“国家能源重化工基地”、“国家绿色农畜产品生产加工基地”、“国家重要的稀土、新材料、有色金属深加工基地”、“我国北方重要的生态屏障”。随着国家“西电东送”战略的实施和煤化工产业的大力发展，内蒙古自治区将产生大量的粉煤灰、煤矸石、煤化工废渣和烟气脱硫石膏等煤基固废。目前，煤基固废仍以少量生产建材和大量堆存为主，使得我区煤基固废中特有的铝、镓、硅及空心微珠等宝贵资源成为环境负担。如何依靠科技创新，大力开发煤基固废的多种资源分级提取和协同利用途径，化害为利，是内蒙古自治区经济社会发展的重大课题。
针对内蒙古自治区煤基固废的资源特性，自治区发改委依托内蒙古工业大学组建了煤基固废高值化利用工程实验室，旨在以非晶科学技术研发为核心，以产学研结合为纽带，不断孵化新材料和节能环保战略性新兴产业，利用煤基固废的成分结构特征和物相转化来生产各种高附加值产品，并应用于化工、冶金、污染控制与生态修复等领域，建立有内蒙古自治区特色的煤基固废高值化利用战略性新兴产业。

一、煤基固废高值化利用工程实验室建设的必要性

我国能源结构特点决定了今后相当长时期以煤炭为主的格局不会改变。在煤炭开采与加工利用过程中产生的煤矸石、粉煤灰、煤气化灰渣、煤液化残渣和烟气脱硫石膏等煤基固废的年排放量超过10亿吨，占我国工业固体废弃物年排放总量的50%以上。
内蒙古自治区煤炭资源丰富，鄂尔多斯摘自：论文查重www.7ctime.com
盆地已查明的煤炭资源储量占全国的39%，蕴藏的能源资源约占全国的35%以上。随着西部煤炭资源的开发利用和国家“西电东送”战略的实施，内蒙古中西部已成为国家重要的电力能源基地，托克托电厂、岱海电厂、丰镇电厂、海渤湾电厂、丰泰电厂和准格尔电厂等多个大型火力发电厂已经建成发电，内蒙古中西部地区将成为本世纪我国最重要的能源生产供应基地，为我国未来相当长一段时期内提供重要的能源支撑。
煤燃烧是我国煤炭利用的主要方式，火力发电、供热、居民生活、煤炭气化等工业过程每年燃烧约25亿吨煤炭资源，占我国年煤炭消费量的80%，排放约5亿吨灰渣。长期以来，国内外粉煤灰综合利用仍未突破以建材和建工为主的格局，我国东部地区粉煤灰综合利用率较高，普遍将粉煤灰作为商品灰出售，但西部地区因“西电东送”粉煤灰排量巨大，而应用市场有限，不仅大量占用土地，也是构成大气颗粒物的主要来源，环境危害严重，其综合利用任务十分艰巨。
在粉煤灰、煤矸石等大宗煤基固废领域，发达国家逐步加强了相关基础研究和高值化利用技术的研发，正由传统的建材为主向多资源协同提取、制备复合材料、污染控制与生态复填等领域发展。如欧洲一些国家相继开发了粉煤灰、煤矸石提取氧化铝、氯化铝副产建筑材料的多联产技术；日本利用合成的新型硅酸钙粉体研制出不燃纸和高填料超级压光纸，并开展了工业化应用。我国高度重视粉煤灰、煤矸石的资源化利用，在建材建工、矿井充填、煤矸石低热值发电等领域取得了一定成效。近年来，我国自主开发的利用氧化铝含量大于40%的粉煤灰提取氧化铝和冶炼铝硅合金技术已进入产业化阶段。但是，我国粉煤灰、煤矸石等煤基固废总体上高值化利用率很低，因此，粉煤灰、煤矸石等煤基固废从传统的低值利用向多种资源分级提取和协同利用是技术发展趋势。
目前，内蒙古中西部火力装机容量迅速增加，煤铝镓共生矿产资源主要作为火力发电的燃料燃烧，燃烧发电产生的巨量高铝粉煤灰大量排放与堆积。高铝粉煤灰年排放量已达1200万吨，历年粉煤灰积存量已超过5000万吨。且储灰场多位于北京西北部的上风向，大量粉煤灰的排放与堆积不但造成当地严重的环境污染与土地占用，还直接威胁到京津唐地区的大气环境质量，影响了区域的可持续发展。因此，对于内蒙古中西部的煤铝镓共生复合矿产资源，当前以燃烧发电为主的转化利用方式未能实现该特色资源的综合利用，不仅造成了资源的巨大浪费，而且生态环境破坏严重。
内蒙古晚古生代煤炭资源是我国主要动力用煤基地，按照循环经济和节能减排的科学发展理念，突破煤铝镓共生矿产资源的综合利用关键技术和集成示范，实现高铝粉煤灰的高效循环利用和生态环境保护，在当地建立循环经济型的产业链条，是关系到我国西部地区可持续发展的重大问题，是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中资源环境领域中综合治污与废弃物循环利用的优先发展主题具体落实的体现。
因此，针对上述国家重大任务需求，迫切需要基于已有科研成果，进一步开展工艺优化完善、关键设备量化放大、过程强化与节能、全过程优化集成等关键技术、集成技术研发与大规模产业化示范，建立特色煤基固废高值化协同利用与废弃物零排放的循环经济技术体系，为内蒙古中西部能源基地的资源、环境、经济相协调的可持续发展提供技术支撑与新模式。

二、煤基固废高值化利用工程实验室主要方向、目标与任务

内蒙古自治区煤基工业固废类型多样、资源丰富， 近些年来以大唐国际为代表的大型能源企业针对高铝粉煤灰提取氧化铝开展科技攻关与产业化示范，取得了突破性进展，初步构建了高铝煤炭—发电—高铝粉煤灰—氧化铝—铝合金的新兴循环经济产业链。但是针对我区煤基固废中非晶态硅及空心结构等资源的开发，仍需要进行大量深入细致的研发与工业化试验，以期开拓形成煤炭—发电（煤化工）—粉煤灰（渣）—节能环境材料—生态修复的循环经济新兴产业方向。

(一)工程实验室拟突破的技术方向

本工程实验室要调整以往煤基固废利用仅局限于提取固废中有价元素的思路，转变为利用煤基固废中结构单元的新思路，以实现煤基固废的低成本、高值化利用。另外，也重视煤基固废系列产品支撑煤环境、化工与电力、石化以及下游精细化工产业链，在不断提供整个产业效益和抗风险能力的同时,实现能量消耗的最佳化。具体的研究方向和研究开发内容包括：
1.研究煤基固废的结构特性和资源化特性，煤中矿物和伴生元素在燃煤和粉煤灰利用过程中转化规律；

2.粉煤灰非晶相提取生产新型环境吸附材料；

3.协同利用多种煤基固废生产节能保论文导读：

温材料；

4.煤基固废生态修复技术；

(二)工程实验室的主要功能与任务

工程实验室定位于培育煤基固废高值化利用战略性新兴产业的孵化器。以排放量大、堆存量大、污染严重的煤基工业固废为切入点，以实现煤基固废高值化、规模化消纳和资源化利用为目标，开发煤基固废系列产品，形成一批技术先进、清洁高效、经济可行的煤基固废综合处理和资源化利用集成技术系统，具备煤基固废高附加值处置的技术支撑能力，培养一批科技骨干和领军人才，形成3-5项产业化技术，申请国家发明专利和制定相关技术标准。

(三)工程实验室的近期和中期目标

总体目标是形成集研发、设计与工程应用于一体的技术创新体系，使得内蒙古自治区在煤基固废高值化领域达到国内外领先水平。为改变自治区经济发展方式、优化产业结构和布局以及节能减排做出实质性贡献。
1.形成科技成果产业化的工程化验证环境和对科技成果进行技术经济分析和工程评估的能力；

2.建设一支一流的技术创新开发与系统集成队伍；

三、煤基固废高值化利用战略性新兴产业的培育和发展方向

结合本工程实验室在前期长期研究煤基固废高值化利用科研成果的基础上，通过本工程实验室平台的建设，对这些科研成果进行中试研究，根据中试研究数据进行技术集成，继而建设示范生产线，利用工业现场数据优化关键工艺设备技术参数，最终形成成套生产工艺技术和装备，并制定相关技术标准和工艺包，使其具备大规模产业化条件。具体可培育和发展新材料和节能环保两个产业方向：在新材料产业方面，可开发活性硅吸附材料、泡沫陶瓷和外墙保温材料；在节能环保产业方面，开发新型外墙保温技术、开发活性硅净化室内有害气体技术，开发协同脱硫、脱硝和脱汞净化烟气技术、开发从源头控制燃烧源PM2.5的污染防治。该技术也可应用于垃圾焚烧、汽车尾气、金属冶炼等领域的高温烟气PM2.5污染控制。
（作者系内蒙古工业大学化工学院教授）