水煤漿廢渣凝固成型研究

李梁　郭憲英　張延起　徐亞芹

【摘 要】本文通過對水煤漿廢渣的成分、燒結(jié)溫度進行分析，并與高爐礦渣對比，發(fā)現(xiàn)可以利用水煤漿廢渣制備建筑用磚等材料，并且具有制備無機發(fā)泡保溫材料的應(yīng)用前景，從而使得水煤漿廢渣作為固體廢棄物可以得到充分的利用，減少對環(huán)境的污染，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

【關(guān)鍵詞】凝固成型；廢渣；燒結(jié)溫度

0 引言

水煤漿氣化工藝是指以純氧和水煤漿為主要原料，采用氣流床反應(yīng)器，在加壓非催化條件下進行部分氧化反應(yīng)，生成以一氧化碳和氫氣為有效成分的粗煤氣，可以用作氨、甲醇以及天然氣合成的合成氣[1]。具有環(huán)保性能好、熱效率高等諸多優(yōu)點，是緩解我國石油供需矛盾、保障能源安全的重要戰(zhàn)略舉措[2]。但是在氣化過程中會不可避免的產(chǎn)生副產(chǎn)物—水煤漿廢渣，對水煤漿廢渣的處理一直是多數(shù)企業(yè)難以解決的問題，大量的水煤漿廢渣露天堆積不僅侵占土地，而且對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

由于氣化工藝、氣化條件以及氣化用煤的差異導(dǎo)致水煤漿廢渣的組成和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為其利用帶來困難。除了用于鋪路、用作生產(chǎn)水泥的摻和料之外，很少見報道這種廢渣的高附加值功能化利用[3]。

高爐礦渣即高爐煉鐵過程中排出的廢物，是常見的大宗工業(yè)固體廢棄物。高爐礦渣可應(yīng)用于制備微晶石材、發(fā)泡材料等領(lǐng)域[4-5]。本文通過與高爐礦渣樣成分及差熱曲線進行對比，進而對水煤漿廢渣的凝固成型原理進行初步探究，并為后續(xù)利用水煤漿廢渣制備發(fā)泡保溫材料奠定了基礎(chǔ)。利用水煤漿廢渣制備建筑用材，不僅具有可觀的經(jīng)濟效益，而且對實現(xiàn)水煤漿廢渣的循環(huán)利用具有重要的意義[6-7]。

1 實驗內(nèi)容

1.1 實驗原料成分對比

實驗采用山東某水煤漿氣化公司提供的水煤漿廢渣樣，干燥后過篩細度小于180目，通過X—射線熒光分析測定水煤漿廢渣的化學(xué)組成，并與山東某焦化廠提供的高爐礦渣樣成分比較，結(jié)果見表1。

通過對比我們可以發(fā)現(xiàn)，兩種渣樣的成分基本相同，都含有大量的Al2O3、SiO2，但是水煤漿廢渣樣的Fe2O3含量明顯多于高爐礦渣樣，而CaO的含量卻遠少于高爐礦渣樣。

1.2 原料差熱曲線對比

通過綜合熱分析儀，測定水煤漿廢渣的失重曲線及差熱曲線，并與高爐礦渣樣的的差熱曲線比較。

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，兩種樣品的差熱曲線具有相似性，其中水煤漿廢渣樣在614.9℃、1213.4℃有放熱峰和吸熱峰出現(xiàn)，分別對應(yīng)著水煤漿廢渣殘余碳燃燒放熱過程和熔融吸熱過程。高爐礦渣樣升溫過程中，在980.6℃、1390.1℃處有放熱峰和吸熱峰出現(xiàn)，分別對應(yīng)著高爐礦渣殘余碳燃燒放熱過程和熔融吸熱過程。因此，可以初步設(shè)定水煤漿廢渣的燒成溫度分別為1220℃。

1.3 基礎(chǔ)樣配方對比

由于水煤漿廢渣在成分、差熱曲線上與高爐渣樣具有相似性，因此在參照高爐礦渣生產(chǎn)微晶石材配方的基礎(chǔ)上，進行多次試驗，在保證盡可能多使用水煤漿廢渣樣的基礎(chǔ)上，得出最佳配方。其中，水煤漿廢渣樣及高爐渣樣基礎(chǔ)樣配方對比見表2。

按上述配方將水煤漿廢渣、硅砂加入50ml陶瓷坩堝中，均勻混合后放入纖維陶瓷馬弗爐中進行加熱，設(shè)定初始溫度為20℃，升溫速率為10K/min，最高溫度恒溫時間為10min，之后自然冷卻至室溫，即可制得所需試樣，經(jīng)初步測定，可適用于建筑用磚等領(lǐng)域。

2 結(jié)論

1）水煤漿廢渣與高爐礦渣，在主要成分、差熱曲線上具有相似性。

2）水煤漿廢渣的燒結(jié)溫度為1220℃，通過參考高爐礦渣制備微晶石材配方，制定的水煤漿廢渣基礎(chǔ)樣具備一定的強度，可應(yīng)用于建筑用磚。

3）目前關(guān)于水煤漿廢渣凝固成型機理的研究還很基礎(chǔ)，未來水煤漿廢渣還有應(yīng)用于生產(chǎn)無機發(fā)泡材料的前景。

【參考文獻】

[1]高志剛，李志祥.煤氣化工藝過程中三廢排放的分析探討[J].天然氣化工，2015，40（4）：103-106.

[2]尹洪峰，湯云，任耘，等.Texaco氣化爐爐渣基本特性與應(yīng)用研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2009，32（4）：30-33.

[3]劉子梁，孫英杰，李衛(wèi)華，等.煤間接液化工藝中氣化爐渣綜合利用研究進展[J].潔凈煤技術(shù)，2016，22（1）：118-122.

[4]郝洪順，徐立華，張作順，等.高爐礦渣二次資源合成綠色無機材料的研究進展[J].材料導(dǎo)報：綜述篇，2013，24（11）：97-101.（下轉(zhuǎn)第99頁）

（上接第111頁）

[5]張升曉，岳欽艷，于慧，等.高爐渣制備微晶玻璃的研究[J].山東大學(xué)學(xué)報，2006，41（5）：129-131.

[6]Radoslaw Pomykala.The mechanical properties of coal gasification slag as a component of concrete and binding mixtures[J].Environment，2014，23（4）：1404-1406.

[7]章麗萍，溫曉東，等.煤間接液化殘渣制備免燒磚研究[J].煤炭工程，2014，46（4）：103-105.

[責(zé)任編輯：田吉捷]