煤化工氣化爐渣資源化技術(shù)的應(yīng)用

韓 鵬

（內(nèi)蒙古匯能煤化工有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017200）

隨著煤化工企業(yè)的不斷發(fā)展，煤化工氣化爐渣的產(chǎn)生量也逐年提升，已經(jīng)成了制約我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。相關(guān)部門應(yīng)該全面了解化工項目的固體廢棄物主要分類、氣化爐渣排放分析和基本性能，掌握煤化工氣化爐渣發(fā)展趨勢和資源化利用的有效途徑，仔細(xì)做好煤渣處理工作，給人們打造一個適宜居住的生態(tài)環(huán)境。

1 煤化工氣化爐渣概述

1.1 化工項目的固體廢棄物主要分類

化工項目的固體廢棄物主要包括來自吸附劑和催化劑的危險物以及石膏、脫硫劑、灰渣等固體廢物。相關(guān)研究顯示，汽化爐渣的主要組成部分包括SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3以及殘?zhí)嫉?，組分的含量和煤種、氣化工藝條件以及進料方式存在密切的關(guān)系。汽化爐渣的顯微結(jié)構(gòu)主要為多孔結(jié)構(gòu)，殘?zhí)贾饕獮楹＞d狀的多孔結(jié)構(gòu)。經(jīng)統(tǒng)計，工業(yè)廢物中占比最大的廢物為煤氣化工企業(yè)的殘渣廢物，如果想要實現(xiàn)煤化工產(chǎn)業(yè)項目建設(shè)的循環(huán)可持續(xù)發(fā)展，需要對灰渣進行資源化利用。細(xì)渣和粗渣是煤氣化灰渣的主要類型，細(xì)渣中存在氧化硅和殘余氧化碳等成分，體積較大。而粗渣和其他鍋爐中的灰渣成分大致相同，它們可以被綜合利用，在土地回填工程、澆筑建材等行業(yè)中作為摻雜預(yù)混物的原料，達到重復(fù)利用的目的[1]。

1.2 氣化爐渣排放分析

煤氣化化工技術(shù)是我國煤氣化的重要技術(shù)基礎(chǔ)之一，煤化工工業(yè)項目開展過程中也不可避免產(chǎn)生很多廢渣，其主要成分為雜鹽、催化劑、污水廠三級淤泥、灰渣等成分。其中，氣化灰渣占據(jù)了廢渣產(chǎn)生量的九成以上，是煤氣化化工項目的主要廢渣成分。

此外，煤氣化后的殘留物是一種有機產(chǎn)物，它是控制煤中的主要礦物質(zhì)成分在一定的條件下發(fā)生有機分解化合反應(yīng)后形成的。原煤氣化工藝、硫含量以及灰分等也是影響氣化煤爐渣成分的關(guān)鍵因素。

目前，煤化工企業(yè)在管理和利用固體廢物方面的重視程度不足，與工業(yè)廢水廢氣的處理相比，煤化工企業(yè)固體廢物的利用管理相對落后。隨著固體爐渣排放總量的不斷增加，且煤化工氣化爐渣的應(yīng)用領(lǐng)域較窄，難以有效處理廢棄物。因此，如何應(yīng)用煤化工氣化爐渣的資源化利用技術(shù)成了亟待解決的問題。如果沒有有效的技術(shù)作為支撐，那么廢棄物運輸成本和礦區(qū)土地侵占問題將會越來越明顯，影響人們的生產(chǎn)生活。

1.3 氣化爐渣的基本性能

通過深入分析煤礦爐渣和砂巖爐渣的成分結(jié)構(gòu)和地質(zhì)巖性，發(fā)現(xiàn)白色玻璃相合不定型礦物質(zhì)巖相是爐渣和煤礦爐渣的主要巖相表現(xiàn)。一般而言，有機氧化物是氣化爐中爐渣的主要化學(xué)成分，例如鋁、鈣、氧化硅等都會存在于氣化爐的爐渣中，且含量最高的成分為殘余氧化碳[3]。進一步深入觀察爐渣的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，煤炭氣化后的爐渣以夾層結(jié)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)類型，而殘余碳的主要結(jié)構(gòu)則為白色?？s狀多層單孔夾層結(jié)構(gòu)。

2 氣化細(xì)渣的資源化利用

與氣化粗渣相比，氣化細(xì)渣在爐內(nèi)停留的時間更短，具有較高的殘?zhí)己浚⑶覛執(zhí)己枯^高會導(dǎo)致燒失量較大。燒失量是目前評估細(xì)渣是否能夠應(yīng)用于水泥和混凝土等建筑材料的一項主要指標(biāo)。

殘?zhí)贾饕獮槎嗫锥栊晕镔|(zhì)，如果存在殘?zhí)紝?dǎo)致新拌混凝土的需水量增加，導(dǎo)致混凝土的強度和耐久度下降，同時能夠在顆粒的表面形成一層憎水膜，對水化物膠凝體和結(jié)晶體的生長進行抑制，進而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，使其性能明顯下降，尤其是體現(xiàn)在抗凍性的弱化。

目前，使用細(xì)渣的主要方法是將細(xì)渣摻入燃料煤中，將其放入循環(huán)流化床鍋爐燃燒，得到的爐渣和鍋爐爐渣共同應(yīng)用，得到的飛灰并入至鍋爐粉煤灰的資源化利用過程中。

3 氣化粗渣的資源化利用

目前對氣化粗渣的優(yōu)化處理程度較低，多通過堆放或者填埋方法進行處理，土地占用面積較大，同時會對周圍環(huán)境造成污染。首先，可以用于建材原料。因為氣化粗渣和水泥、混凝土等材料的成分與特性相似，并且用于建材原料的經(jīng)濟性較好，所以可作為建材的原料。例如將其作為水泥原料，普通水泥通過石灰石、黏土、鐵礦粉按照相應(yīng)的比例磨細(xì)混合，之后在相應(yīng)溫度進行煅燒得到熟料，將熟料和石膏共同磨細(xì)，根據(jù)相應(yīng)的比例混合制成水泥。其次，可以用于吸附材料處理廢水。氣化爐渣結(jié)構(gòu)具有疏松多孔的特點，殘?zhí)嫉拇嬖谑範(fàn)t渣具有與活性炭相似的性質(zhì)，所以氣化爐渣具有較強的吸附作用。通過爐渣處理煤氣廢水具有較高的去除率，效果理想。另外對氣化爐渣進行酸性、堿性改性，能夠增加其比表面積，促進水中膠體形成，進而強化爐渣的吸附性能。

4 煤化工氣化爐渣發(fā)展趨勢

4.1 煤化工氣化爐渣的顯熱回收

隨著我國煤化工企業(yè)的不斷發(fā)展，氣化煤和爐渣的產(chǎn)量越來越多，如果不及時處理將會影響人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境，并造成大量的資源和自然熱能浪費現(xiàn)象。目前，顯熱爐渣回收利用是我國鐵合金材料爐渣顯熱綜合利用的重要發(fā)展方向[4]。

4.2 制備高附加值產(chǎn)品，符合可持續(xù)發(fā)展要求

煤化工氣化爐渣還可以用來生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。例如，在對煤氣化鍋爐廢水進行生化處理時，氣化爐渣憑借其氧化性能，能夠有效去除廢水中的苯多酚和毒素，符合持續(xù)發(fā)展的要求，也節(jié)約了企業(yè)處理煤氣化過濾廢水所需要的成本，減輕了煤氣廢水工藝處理的難度。與此同時，經(jīng)過處理的爐渣中有機物大部分被吸附掉，因此其還能夠作為節(jié)能循環(huán)的主要原料，是資源再利用的有效途徑。

5 煤化工氣化爐渣資源化利用技術(shù)

5.1 鋁再生

鋁再生技術(shù)是煤化工氣化爐渣資源利用技術(shù)的重要方向。目前，我國的氧化鋁土石精礦原石資源量有限，但是這些資源在國內(nèi)的消耗量較大，因此，我國不得不進口氧化鋁土石等資源。有研究人員統(tǒng)計，近幾年來我國氧化鋁土石的進口數(shù)量已經(jīng)達到了5 000萬t，說明了我國對氧化鋁土石進口的依賴性較強。因此，鋁再生技術(shù)的應(yīng)用是緩解資源緊缺的重要途徑，同時也能減少水體污染情況的出現(xiàn)，避免氣化爐渣大量占用土地的情況出現(xiàn)，從而從根本上加快鋁合金工業(yè)的發(fā)展和效益的創(chuàng)收[5]。

針對大型鋁礦的再生技術(shù)，一般應(yīng)用鋁合金含量濃度超過30%的煤質(zhì)爐渣型煤作為再生的原材料，例如山西、陜北、內(nèi)蒙古中西部的煤質(zhì)符合鋁合金含量濃度的要求，可以被用在鋁再生技術(shù)中，具有較大的開發(fā)價值。近年來，經(jīng)過人們的不斷努力，應(yīng)用新型高鋁粉煤灰工藝進行氧化鋁灰石再生，生產(chǎn)工藝技術(shù)有了較大技術(shù)突破。目前，濃硫酸溶法和硫酸燒結(jié)法是氧化鋁灰石再生生產(chǎn)工藝中發(fā)展比較成熟的兩種方法。燒結(jié)法的生產(chǎn)流程主要分為石灰燒結(jié)、浸泡取出、脫硅和碳化這四個流程。燒結(jié)法主要應(yīng)用在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，具有介質(zhì)綜合利用率高的特點。但是不容忽視的是，燒結(jié)法使用時會消耗大量的能量，成本高，排渣量大，需要相關(guān)人員不斷研究和創(chuàng)新，改善鋁再生技術(shù)應(yīng)用的不足之處。

5.2 用作建筑回填

建筑工程開展過程中會用到散狀固體顆粒型的回填材料，且回填材料的結(jié)構(gòu)和顆粒體積的大小對建筑工程使用特性具有一定的影響。據(jù)分析，回填材料的大小分布均勻性較好時，顆粒會傾向于形成松散的整體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)并不利于在建筑收到動和靜載荷時會出現(xiàn)孔隙度降低的問題，如果建筑受到嚴(yán)重壓實時甚至?xí)霈F(xiàn)建筑表面嚴(yán)重沉陷的現(xiàn)象，給建筑工程的順利開展帶來了阻礙[6]。而當(dāng)回填材料的顆粒粒度大小分布分布混雜時，粗粒度所形成的孔隙被細(xì)小的顆粒直接充填，易傾向于形成緊密型結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)與松散型結(jié)構(gòu)相比具有較大優(yōu)勢，在沒有動靜載荷作用時，建筑工程的質(zhì)量會相對穩(wěn)定。煤氣化灰的殘渣之所以能夠用在建筑物回填過程中，主要是因為該種殘渣孔隙較少并且為非均粒性，能夠保障回填后結(jié)構(gòu)的堅固程度，應(yīng)用效果良好。

5.3 用于農(nóng)業(yè)

煤化工氣化爐渣還可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中，實現(xiàn)資源循環(huán)可持續(xù)的利用。煤化工氣化爐渣在改善土壤、造田和覆蓋沙土等方面的應(yīng)用效果較好，是優(yōu)化土地生態(tài)環(huán)境、提升農(nóng)作物種植產(chǎn)量、促進當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展的重要手段。

煤化工氣化爐渣能夠改良土壤的酸堿性。在有機脫硫劑較高的土壤中使用流化床或循環(huán)床的灰渣時，在一定的條件下，灰渣中的自由水和自由氧會發(fā)生反應(yīng)而形成氧化鈣，此時的有機灰渣廢料灰呈現(xiàn)出弱堿性的特性。將這種特性的有機灰渣廢料用于農(nóng)業(yè)中，可以在一定程度上恢復(fù)南方酸性土壤礦山用地的正常使用潛力，中和工業(yè)有機廢料，具有較大的應(yīng)用價值。石灰?guī)r煤渣的堿性也較強，因此可以直接在南方土壤上施用，具有良好的保水作用[7]。

煤化工氣化爐渣還能夠促進植物土壤中的各種有機質(zhì)的分解，促進植物生長?；以泻锈}離子的量較多，且灰渣是堿性的，在分解耕地土壤中的有機質(zhì)分解方面有重要意義。并且，灰渣的使用還能夠促進磷肥的利用能力，促進植物增長。

煤化工氣化爐渣還能夠有效提升土壤溫度。循環(huán)床、流化床和石化的煤渣等大型氣化灰渣料都屬于熱性建筑材料。這些材料在接觸雨水后就會釋放熱量，能夠提升土壤溫度。

6 結(jié)束語

煤化工氣化爐渣資源化利用技術(shù)的應(yīng)用，是減少煤化工氣化煤渣對環(huán)境和資源不良影響的重要途徑。如果不積極處理煤化工氣化爐渣，則會占用大量的土地資源，并對生態(tài)環(huán)境帶來破壞。煤化工氣化爐渣可以作為鋁再生技術(shù)的材料、用于建筑工程回填施工、用于農(nóng)業(yè)，改善土壤的性能。我國應(yīng)該積極支持煤化工氣化爐渣綜合利用技術(shù)的應(yīng)用和研究，不斷提升其價值。