淺析煤化工灰渣的綜合利用

楊蘇江

簡介煤化工灰渣處置現狀，對灰渣產品的綜合利用措施和方法提出了對策和建議國家十三五規劃建議中提出要“推動低碳循環發展，建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系，實施近零碳排放區示范工程”，煤化工行業作為煤炭-能源化工一體化的新興產業，必須樹立創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，在確保生態環境建設和清潔安全的前提下兼顧經濟效益，企業生存和發展的壓力可想而知。本文簡析適用于煤化工灰渣產品的處理加工技術，為企業更好地利用灰渣提供一些思路。

一、煤化工灰渣的分類和現狀

（一）粉煤灰和爐渣

由煤化工熱電鍋爐裝置排出的固體廢棄物，顆粒較小并經除塵器收集下來的固體顆粒即為粉煤灰，顆粒較大或呈塊狀的稱為爐渣，主要成分為SiO2、Al2O3、CaO，占總量的80-90%，其余部分為MgO、K2O、TiO、NaO、SO3等微量組分。

（二）氣化渣和濾餅

由煤氣化裝置排出的固體廢棄物，包括粗渣（ 氣化渣） 和細渣（濾餅） 兩部分， 其中粗渣的水分含量約為20-30%，殘碳含量約5-20%；細渣的水分含量約為40-50%，殘碳含量20-40%。

煤化工灰渣的成分與動力煤和氣化原料煤中灰分含量、 組成及氣化工藝等緊密相關。

（三）國內粉煤灰和爐渣的利用率較高

2017年我國粉煤灰總產量超過6.1億噸，綜合利用率平均在80%左右，部分發達城市如上海等地的粉煤灰綜合利用率已經達到了100%，其中用于生產建筑材料的消費量最大，約占利用總量的35%。

（四）氣化渣和濾餅的實際利用率偏低

煤化工項目一般每生產1噸產品產生1～ 3噸固廢，有的甚至產生廢物高達 12噸，是較大的工業污染源之一。目前，國內很多煤化工企業按照《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》（GB 18599）及其相關標準要求建有企業自用的填埋場，用于填埋鍋爐灰渣、氣化渣和濾餅等一般固廢物。該技術的優點是相對投資少、處理容量大、處理速度快、必要時可重新資源化等，但缺點需要占用寶貴的土地資源，這在東部寸土寸金的地區矛盾愈發明顯，另外填埋場產生的滲透也容易對水體和土質造成污染，特別是在長江、黃河、淮河流域等人口密集地區飲用水源地產生的問題將更加嚴重。

灰渣堆放的渣場和填埋坑基本是企業自己規劃、建設和管理的，部分企業堆場布點多、容量小、選址不當，有的甚至沒有防滲透、防散揚、防流失等方面的措施，污染土壤、地下水和大氣環境，直接或間接危害人體健康。

二、灰渣的綜合加工措施

煤化工生產中產生的鍋爐灰渣是水泥、制磚等建材行業的基礎原料，如果運距太遠則運輸成本大幅上升，下游廠家將喪失可持續發展潛力；氣化渣和濾餅需經初步分離、干燥處理后才能使用，同樣存在較大的運輸壓力。因此煤化工灰渣的綜合利用應在充分調研本地及周邊市場的前提下，建設適銷對路灰渣綜合利用項目， 以緩解地區內安全環保及土地資源等壓力。

（一）粉煤灰和爐渣蒸壓加氣生產混凝土砌塊

根據市場需求、技術成熟度和環境影響綜合分析，以年產 20萬m3粉煤灰加氣混凝土砌塊的生產線項目為例，采購運輸、起重、壓力容器、粉磨設備、切割機、磚機、自動擺道車、輪碾機等生產設備與相關配套設施預計投資為3500萬元，工廠總占地面積約35000平方米，包括生產車間、原材料堆場、成品堆場、維修車間、化驗室和倉庫等附屬設施。主要原材料的年使用量：

粉煤灰8.1萬噸、水泥 0.68萬噸噸、生石灰2.28萬噸、石膏0.34萬噸、鋁膏0.01萬噸。

加氣混凝土是一種性能優良的新型輕質建筑材料，可制作不同規格的砌塊、板材及各種保溫制品，具有塊大質輕、保溫隔熱、可釘、可刨、可鋸、易加工等優點，廣泛地應用于工業和民用建筑中作承重材料或圍護填充材料，以減輕建筑物自重，提高建筑物的抗震能力。

（二）燒結粉煤灰陶粒和蒸壓粉煤灰磚

以年產60萬m3燒結粉煤灰陶粒和2億塊（折標磚）蒸壓粉煤灰磚生產線項目為例，預計投資為 4000萬元，主要原材料的年使用量：

鍋爐灰渣用量總計為89.52萬噸，其中粉煤灰量80.84萬噸、爐渣8.68萬噸，生石灰7.23萬噸、石膏0.98萬噸，膨潤土2.6萬噸。

隨著國家“ 十三五”計劃的實施和生態文明社會建設，傳統粘土實心磚已被明令禁止生產，市場對非粘土結構性建材和環境產品有大量需求。生產燒結粉煤灰陶粒和蒸壓粉煤灰磚產品市場，銷售前景看好。

（三）氣化濾餅的摻燒利用

氣化渣的成分與鍋爐爐渣相似，可以同鍋爐灰渣一并利用，作為建材、建工、道路及回填工程等摻混原料。

濾餅由于含碳量較高，燒失量在20%左右，不能直接用于上述領域。較高的燒失量意味著過高的殘炭和可燃燒有機物，因此可將濾餅中的殘炭分選出來，分選后的濾餅中組分的比例、結構將得到優化和改善。經過分選后，可以得到低熱值碳粉和低碳粉煤灰，低熱值碳粉可用作循環流化床鍋爐燃燒、 調配水煤漿等使用，目前國內已有部分煤礦配套有煤矸石低熱值發電廠，可通過燃燒加以利用，在流化床鍋爐充分燃燒后，最終以爐渣和粉煤灰的形式排出， 也即濾餅從高碳灰轉化成了低碳灰，可用于水泥、混凝土等建材、 建工原料領域，是較為寶貴的建筑工程原料。

三、其它利用途徑

（一）用作輕骨料

爐渣和粉煤灰密度低，使用灰渣陶粒作建材行業中輕骨料，具有質量輕、隔熱性能好、降低建材自重及減少建筑物能耗的優點。

（二）用作填料和回收稀有金屬

爐渣和粉煤灰中約含40-60%的SiO2，能生產橡膠、塑料及黏合劑的填料，具有較強的滲透性和阻燃性，在被填物料中能起到潤滑作用；約含20-35%的Al2O3，約1%的TiO2，使用鍋爐粉煤灰和爐渣生產提煉硅鈦氧化鋁粉，既有化學基礎，又能取得較高的經濟效益。另外，煤化工灰渣中還含有多種微量金屬元素，進行提煉不僅能滿足建設所需，更為重要的是減少了環境污染。

（三）提取空心微珠

粉煤灰中的空心微珠含量約50-60%，粒徑在0.3-200μm，具有耐高溫（1400℃以上）、介電性能好、導電系數較小、密度小及耐高壓等特點，可用于制作耐火材料、高溫絕緣漆、保溫材料和深海器皿等。

（四）改良土壤

由于鍋爐粉煤灰和爐渣中含有鉀、磷、鐵、鈣、錳、硼等元素，是農作物生長所需的營養劑和刺激素，所以可生產鈣鎂磷肥，或者直接適用于劣質農田以改善土壤環境。

四、結束語

近年來國內煤化工產業迅猛發展，開展粉煤灰渣和氣化渣、濾餅的綜合利用研究工作是一項造福社會和企業、意義非同尋常的工作。我們應總結國內外的成功經驗， 不斷探索和發展煤化工灰渣產品的綜合利用途徑，鼓勵下游加工企業以煤化工企業為依托，以資源高效利用和循環利用為目標，以“減量化、再利用、資源化” 為原則，真正實現變廢為寶，為煤化工行業持續發展提供有力保障。（作者單位為中安聯合煤化有限責任公司）