煤氣化爐渣的應(yīng)用現(xiàn)狀及其前景展望

楊柳 張海貴 張麗敏 白延秀 吳偉奇 陳華 楊潘 唐洋洋

摘 要：煤氣化技術(shù)作為煤炭清潔利用的重要手段之一，是煤炭高效利用的核心技術(shù)。然而，煤氣化該技術(shù)所產(chǎn)生的煤氣化爐渣體量龐大，如果處理不當(dāng)會造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。目前，對氣化爐渣應(yīng)用比較單一，且利用率不高。本文提出可結(jié)合煤氣化爐渣自身具有的多孔結(jié)構(gòu)，制備出吸附劑用于降解印染廢水實(shí)驗(yàn)研究，使其作為一種新型環(huán)境友好的新型吸附劑，實(shí)現(xiàn)氣化爐渣髙附加值循環(huán)利用的新途徑。

關(guān)鍵詞：煤氣化爐渣;吸附;重金屬離子，應(yīng)用

Abstract： Coal gasification technology， as one of the important means of coal clean utilization， is the core technology of coal efficient utilization. However， Coal gasification coal gasification? slag produced by the technology is huge， if not handled properly can cause serious environmental problems. At present， the application of gasification slag is single， and the utilization rate is not high. In this paper， the adsorbent can be prepared in combination with the porous structure of coal gasification slag， which can be used as a new environment-friendly adsorbent to degrade printing and dyeing wastewater， make it as a new environmental friendly new adsorbent， implement new ways of recycling of gasification slag high added value.

Keywords： Coal gasification slag; Adsorption; Heavy metal ion; Application

煤氣化技術(shù)作為煤炭清潔利用的重要手段之一，是煤炭高效利用的核心技術(shù)。煤氣化技術(shù)被列為“十三五規(guī)劃”國家重點(diǎn)項(xiàng)目，我國煤氣化裝置已普遍分布于東北、西北等多個省市[1]?？梢?，煤氣化技術(shù)的發(fā)展得到了極大的重視[2]。

1.煤氣化爐渣的產(chǎn)生

目前，國內(nèi)主流煤氣化技術(shù)有：Lurgi煤氣化技術(shù);Shell煤氣化技術(shù)、GSP煤氣化技術(shù)等。煤氣化技術(shù)是重要的廢渣產(chǎn)生源頭。由于煤氣化爐渣體量龐大，處理不當(dāng)還會造成侵占土地、揚(yáng)塵污染等環(huán)境問題。目前，對氣化爐渣應(yīng)用比較單一，且利用率不高，一定程度上也制約了煤化工行業(yè)的綠色發(fā)展[3]。

2.煤氣化爐渣的組成與基本性能

氣化爐渣是煤在氣化爐中燃燒氣化后的固體殘留物，主要包括粗渣和細(xì)渣。粗渣的產(chǎn)生量約占?xì)饣帕康?0%，礦物質(zhì)的主要成分為鈣長石、莫來石和石英;細(xì)渣殘?zhí)剂枯^高，一般可達(dá)30%以上，礦物質(zhì)的主要成分為莫來石和石英。

圖3為原料氣化爐渣的XRD圖譜。可以看出，氣化爐渣中物相有CaCO3和SiO2。無論粗渣還是細(xì)渣均含有豐富的二氧化硅、氧化鈣[13]，含量之和最高可達(dá)70%以上，此外煤氣化渣還含有氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、二氧化鈦等無機(jī)物。

尹洪峰等與李國友已對Texaco爐爐渣和Lurgi爐爐渣的巖相成分進(jìn)行了研究。顯微鏡觀察顯示氣化爐渣為多孔結(jié)構(gòu)，殘余碳多為海綿狀多孔結(jié)構(gòu)[4]。

3.煤氣化爐渣綜合利用現(xiàn)狀

3.1建筑材料

有學(xué)者對采用不同工藝技術(shù)（爐型、操作條件）得到的氣化爐渣的形態(tài)進(jìn)行研究。呈現(xiàn)兩類結(jié)構(gòu)：一類表面致密光滑，一類則是疏松多孔[5]。

氣化爐渣表面致密化的特征可以提高建材集料的強(qiáng)度。有企業(yè)曾嘗試向煤粉中加入含鈣類礦物以降低煤灰熔點(diǎn)。但過量的鈣礦物會增加氣化渣中游離氧化鈣，導(dǎo)致水泥或混凝土抗折強(qiáng)度下降[6] 。另外，煤氣化爐渣中含有的CaO，一定程度上能提高了混凝土的耐久性及耐腐蝕性，降低滲透性。但超過 20% 成分的高鈣粉煤灰，則會影響混凝土強(qiáng)度[5]。高鵬、李慶宏等人[6]研究表明：與常規(guī)天然碎石相比煤氣化爐渣的壓碎值偏高、吸水率偏大，若用于路面基層中可能出現(xiàn)強(qiáng)度降低、抗凍性惡化的問題。

3.2回填材料

煤氣化爐渣中重金屬浸出率較低，屬于第I類一般工業(yè)固體廢物[7]，井下回填技術(shù)可實(shí)現(xiàn)煤氣化爐渣的大規(guī)模消置，但煤氣化爐渣漿填充的安全性有待商榷，對于人類及環(huán)境的影響也需要進(jìn)一步的考證。

3.3循環(huán)流化床鍋爐煤種摻燒

利用煤氣化爐渣高殘?zhí)加幸欢嶂档奶攸c(diǎn)，可選擇摻燒循環(huán)硫化床鍋爐，此技術(shù)及市場均較成熟、消耗量大。但是循環(huán)流化床鍋爐投資高昂，技術(shù)難度高，一旦投入運(yùn)行，需要綜合考慮其經(jīng)濟(jì)可行性和鍋爐燃燒運(yùn)行的穩(wěn)定性。[8]

3.4 新型高附加值的應(yīng)用研究

尹洪峰、劉琪團(tuán)隊(duì)[9]對寶雞和新疆地區(qū)煤氣化爐渣經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在脫碳過程中發(fā)現(xiàn)煤氣化爐粗渣可以發(fā)泡生產(chǎn)中空陶粒。中空陶粒廣泛用于水處理、保溫隔熱及花卉栽培，為煤氣化粗渣利用開辟了新的途徑。

4.前景展望

隨著中國印染、紡織、服裝等行業(yè)的發(fā)展，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的印染廢水，其有害成分對于人體健康及水生生物有著嚴(yán)重危害。目前處理染料廢水的主要方法有很多，如電化學(xué)降解、光催化降解、膜分離法、吸附法等等。其中吸附法是利用吸附劑的高比表面積、孔容以及某些表面基團(tuán)，通過靜電吸引、離子交換、氫鍵等方式，使分散在溶液中的分子或者離子吸附在吸附劑表面的方法[10]。而煤氣化爐渣疏松多孔的條件恰恰滿足了吸附劑的基本條件。

筆者認(rèn)為可利用煤氣化爐渣制備出多級孔氣化爐渣基地聚物，并利用化學(xué)固化機(jī)理實(shí)現(xiàn)多級孔氣化爐渣基地聚物的固化作用，使其作為一種新型環(huán)境友好型吸附劑。隨著企業(yè)以及科研院所對氣化渣的重視，氣化渣的應(yīng)用必然會越來越廣。

參考文獻(xiàn)

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[3] 胡俊陽.北方某氣化爐渣的綜合利用研究[D].西南科技大學(xué).2015

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[6] 高鵬，李慶宏，田建平，周明凱，陳瀟.煤氣化爐渣路面基層材料研究與應(yīng)用[J]武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2020（9）：1-11

[7] 楊力遠(yuǎn). 現(xiàn)代水泥生產(chǎn)知識概要[M]鄭州： 鄭州大學(xué)出版社，2009

[8] 商曉甫，馬建立，張劍等.煤氣化爐渣研究現(xiàn)狀及利用技術(shù)展望[J]環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報.2017（7）6：712-717

[9] 劉琪，尹洪峰，湯云，袁蝴蝶，任小虎，萬齊法.利用煤氣化爐渣制備中空陶粒及其發(fā)泡機(jī)理研究[J]煤炭轉(zhuǎn)化.2020（7）：89-95

[10] 劉碩.煤氣化細(xì)渣制備介孔材料及凈水劑研究[D].吉林大學(xué)2019

基金項(xiàng)目：西安建筑科技大學(xué)華清學(xué)院院級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（Y201913679002）

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