零排放与无赤泥的氧化铝生产新路径：钙循环与Pedersen工艺的整合研究

为解决传统Bayer工艺高CO2排放和赤泥污染问题，研究人员提出整合钙循环（CaL）与Pedersen工艺的创新方案。通过Aspen Plus模拟，发现低铝铁比（Al/Fe=1.5）矿石能耗最优（10.15 GJ/吨），且CaL集成可将CO2捕集能耗降至1.10-2.79 GJ/吨，实现98%减排。该研究为零排放氧化铝生产提供了技术路径，兼具资源循环与环保价值。

　　

在全球碳中和背景下，铝工业作为CO₂排放大户（占全球2%）面临双重挑战：传统Bayer工艺依赖化石燃料且每吨氧化铝产生0.4-0.7吨强碱性赤泥，累计堆存量已达46亿吨。赤泥易污染水土，而现有回收技术仅能处理2-3%的产量。挪威1928年提出的Pedersen工艺通过电炉熔炼分离铁元素，虽能避免赤泥但能耗较高（14.4 GJ/吨），且缺乏碳中和技术路径。

为此，Javier Sáez-Guinoa团队在《International Journal of Greenhouse Gas Control》发表研究，首次通过Aspen Plus模拟评估三种铝铁比（5.4/2.5/1.5）矿石在Pedersen工艺中的表现，并创新性集成钙循环（Calcium Looping, CaL）技术。研究采用RGibbs反应器模拟热力学平衡，结合Bond破碎定律计算能耗，以12CaO·7Al₂O₃为关键中间相，优化CaCO₃/Al₂O₃摩尔比（12/7）。

材料与能源性能

低铝铁比矿石（Al/Fe=1.5）展现最佳能耗表现（10.15 GJ/吨产品），较Bayer工艺（10.22 GJ/吨）更具竞争力。产物中氧化铝纯度达99.8%，生铁含碳4-5%，灰泥（grey mud）以CaCO₃为主（60%），无赤泥的强碱性风险。

钙循环集成

当CaL系统采用高CaO purge比（55.2%）时，CO₂捕集能耗降至1.10 GJ/吨，优于钢铁行业CaL应用（2.7-2.9 GJ/吨）。通过用CaL废CaO替代Pedersen工艺的CaCO₃，实现协同减排，整体能耗11.85-12.60 GJ/吨。

该研究证实Pedersen-CaL耦合工艺可同时解决赤泥堆积与碳排放问题，尤其适合低品位铝土矿。未来需验证废CaO在12CaO·7Al₂O₃合成中的适用性，并开展中试实验。这一技术路径为欧盟2050碳中和目标提供了工业脱碳新思路，推动资源高效利用与循环经济。