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(xiàn)狀，對(duì)灰渣產(chǎn)品的綜合利用措施和方法提出了對(duì)策和建議國家十三五規(guī)劃建議中提出要“推動(dòng)低碳循環(huán)發(fā)展，建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，實(shí)施近零碳排放區(qū)示范工程”，煤化工行業(yè)作為煤炭-能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)，必須樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，在確保生態(tài)環(huán)境建設(shè)和清潔安全的前提下兼顧經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)生存和發(fā)展的壓力可想而知。本文簡析適用于煤化工灰渣產(chǎn)品的處理加工技術(shù)，為企業(yè)更好地利用灰渣提供一些思路。

一、煤化工灰渣的分類和現(xiàn)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(jīng)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(xì)渣（濾餅） 兩部分， 其中粗渣的水分含量約為20-30%，殘?zhí)己考s5-20%；細(xì)渣的水分含量約為40-50%，殘?zhí)己?0-40%。

煤化工灰渣的成分與動(dòng)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(guān)。

（三）國內(nèi)粉煤灰和爐渣的利用率較高

2017年我國粉煤灰總產(chǎn)量超過6.1億噸，綜合利用率平均在80%左右，部分發(fā)達(dá)城市如上海等地的粉煤灰綜合利用率已經(jīng)達(dá)到了100%，其中用于生產(chǎn)建筑材料的消費(fèi)量最大，約占利用總量的35%。

（四）氣化渣和濾餅的實(shí)際利用率偏低

煤化工項(xiàng)目一般每生產(chǎn)1噸產(chǎn)品產(chǎn)生1～ 3噸固廢，有的甚至產(chǎn)生廢物高達(dá) 12噸，是較大的工業(yè)污染源之一。目前，國內(nèi)很多煤化工企業(yè)按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599）及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求建有企業(yè)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(shù)的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)投資少、處理容量大、處理速度快、必要時(shí)可重新資源化等，但缺點(diǎn)需要占用寶貴的土地資源，這在東部寸土寸金的地區(qū)矛盾愈發(fā)明顯，另外填埋場產(chǎn)生的滲透也容易對(duì)水體和土質(zhì)造成污染，特別是在長江、黃河、淮河流域等人口密集地區(qū)飲用水源地產(chǎn)生的問題將更加嚴(yán)重。

灰渣堆放的渣場和填埋坑基本是企業(yè)自己規(guī)劃、建設(shè)和管理的，部分企業(yè)堆場布點(diǎn)多、容量小、選址不當(dāng)，有的甚至沒有防滲透、防散揚(yáng)、防流失等方面的措施，污染土壤、地下水和大氣環(huán)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(chǎn)中產(chǎn)生的鍋爐灰渣是水泥、制磚等建材行業(yè)的基礎(chǔ)原料，如果運(yùn)距太遠(yuǎn)則運(yùn)輸成本大幅上升，下游廠家將喪失可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?；氣化渣和濾餅需經(jīng)初步分離、干燥處理后才能使用，同樣存在較大的運(yùn)輸壓力。因此煤化工灰渣的綜合利用應(yīng)在充分調(diào)研本地及周邊市場的前提下，建設(shè)適銷對(duì)路灰渣綜合利用項(xiàng)目， 以緩解地區(qū)內(nèi)安全環(huán)保及土地資源等壓力。

（一）粉煤灰和爐渣蒸壓加氣生產(chǎn)混凝土砌塊

根據(jù)市場需求、技術(shù)成熟度和環(huán)境影響綜合分析，以年產(chǎn) 20萬m3粉煤灰加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)線項(xiàng)目為例，采購運(yùn)輸、起重、壓力容器、粉磨設(shè)備、切割機(jī)、磚機(jī)、自動(dòng)擺道車、輪碾機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備與相關(guān)配套設(shè)施預(yù)計(jì)投資為3500萬元，工廠總占地面積約35000平方米，包括生產(chǎn)車間、原材料堆場、成品堆場、維修車間、化驗(yàn)室和倉庫等附屬設(shè)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(yōu)良的新型輕質(zhì)建筑材料，可制作不同規(guī)格的砌塊、板材及各種保溫制品，具有塊大質(zhì)輕、保溫隔熱、可釘、可刨、可鋸、易加工等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑中作承重材料或圍護(hù)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(jié)粉煤灰陶粒和蒸壓粉煤灰磚

以年產(chǎn)60萬m3燒結(jié)粉煤灰陶粒和2億塊（折標(biāo)磚）蒸壓粉煤灰磚生產(chǎn)線項(xiàng)目為例，預(yù)計(jì)投資為 4000萬元，主要原材料的年使用量：

鍋爐灰渣用量總計(jì)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(jì)劃的實(shí)施和生態(tài)文明社會(huì)建設(shè)，傳統(tǒng)粘土實(shí)心磚已被明令禁止生產(chǎn)，市場對(duì)非粘土結(jié)構(gòu)性建材和環(huán)境產(chǎn)品有大量需求。生產(chǎn)燒結(jié)粉煤灰陶粒和蒸壓粉煤灰磚產(chǎn)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(lǐng)域。較高的燒失量意味著過高的殘?zhí)亢涂扇紵袡C(jī)物，因此可將濾餅中的殘?zhí)糠诌x出來，分選后的濾餅中組分的比例、結(jié)構(gòu)將得到優(yōu)化和改善。經(jīng)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(huán)流化床鍋爐燃燒、 調(diào)配水煤漿等使用，目前國內(nèi)已有部分煤礦配套有煤矸石低熱值發(fā)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(zhuǎn)化成了低碳灰，可用于水泥、混凝土等建材、 建工原料領(lǐng)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(yè)中輕骨料，具有質(zhì)量輕、隔熱性能好、降低建材自重及減少建筑物能耗的優(yōu)點(diǎn)。

（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(chǎn)橡膠、塑料及黏合劑的填料，具有較強(qiáng)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(chǎn)提煉硅鈦氧化鋁粉，既有化學(xué)基礎(chǔ)，又能取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。另外，煤化工灰渣中還含有多種微量金屬元素，進(jìn)行提煉不僅能滿足建設(shè)所需，更為重要的是減少了環(huán)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(dǎo)電系數(shù)較小、密度小及耐高壓等特點(diǎn)，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(nóng)作物生長所需的營養(yǎng)劑和刺激素，所以可生產(chǎn)鈣鎂磷肥，或者直接適用于劣質(zhì)農(nóng)田以改善土壤環(huán)境。

四、結(jié)束語

近年來國內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)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(xiàng)造福社會(huì)和企業(yè)、意義非同尋常的工作。我們應(yīng)總結(jié)國內(nèi)外的成功經(jīng)驗(yàn)， 不斷探索和發(fā)展煤化工灰渣產(chǎn)品的綜合利用途徑，鼓勵(lì)下游加工企業(yè)以煤化工企業(yè)為依托，以資源高效利用和循環(huán)利用為目標(biāo)，以“減量化、再利用、資源化” 為原則，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶，為煤化工行業(yè)持續(xù)發(fā)展提供有力保障。（作者單位為中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司）