煤渣立磨

       煤氣化工程是現代煤化工產業的關鍵領域。近年來隨著煤化工產業迅速發展，煤制合成氣產能日益提升，由此產生了大量的煤氣化渣。如何消除廢渣污染，實現科學處置、變廢為寶，成為煤氣化產業可持續發展需要突破的重要課題。桂林鴻程作為煤渣立磨生產廠家，我們生產的煤渣立磨為煤氣化細渣資源化利用提供了粉磨設備助力，可處理80-2500目氣化渣微粉，今天為您介紹一下煤氣化細渣資源化利用。

       煤氣化渣中含有部分未被氣化的碳、重金屬以及微小顆粒物，如果得不到妥善處理，就會對土壤、水體和大氣造成較重的破壞和污染。對煤氣化渣的理化特性與礦相特征進行深入研究和分析表明，煤氣化渣除了可用于建材建工領域，還可用于土壤修復、道路建設和鋁硅陶瓷等領域等，是變廢為寶的好材料。

煤氣化渣可分為粗渣和細渣。在煤氣化過程中，煤中的大部分碳與水蒸氣、氧氣、二氧化碳等反應生成粗煤氣（主要成分包括一氧化碳、甲烷等），而其它無機礦物質在高溫條件下轉變為熔渣。一部分熔渣流入氣化爐底部，冷卻后形成顆粒較大的粗渣，粒徑多在4～9毫米之間，約占排渣總量的80%；另一部分熔渣由合成氣帶出，在后續的氣體凈化過程中分離出顆粒較小的細渣，以粉末狀存在，粒徑多在0.5毫米以下，由于未燃碳質量較輕，細渣中碳含量普遍大于30%，含水率為50%～60%。

       回收利用煤氣化渣，首先需要研判渣的化學成分及影響因素。煤氣化渣中含有的元素依次為硅、鋁、鈣、鐵、鎂、鈉、鈦。硅、鋁主要源于煤中的礦物質與非礦物無機物；鐵、鈣等雜質部分來源于煤，部分來源于氣化工藝過程的補充。此外，煤氣化渣含有大量不完全燃燒的成分，包括殘碳和煤焦等。煤氣化渣的礦相主要是煤中含有的黏土礦物在高溫氣化過程中經過復雜的物理化學變化形成的。與其它煤基固廢相比，煤氣化渣的礦相較為簡單，主要為晶相與非晶相兩類。研究結果表明，煤氣化渣的晶相主要為石英相。根據煤種、爐型及氣化工藝的不同，煤氣化渣中還會出現方解石、鈣長石等晶相。非晶相主要為無定型殘碳和鋁硅酸鹽玻璃相。

       煤氣化渣粒徑受原煤粒徑、礦相、工藝條件和氣化環境等多重因素影響。典型的煤氣化渣細渣粒徑范圍主要在0～65微米，粗渣粒徑大多分布在38～4000微米。粗渣有多孔不規則顆粒、光滑密實顆粒、光滑球形顆粒、球狀物和針棒狀物5種。細渣呈粉末狀，有多孔不規則顆粒、絮狀物、粘附性球狀顆粒和獨立大球形顆粒4種。從顆粒元素分布來看，細渣中球形顆粒主要為鋁硅酸鹽礦物，多孔狀與絮狀顆粒為碳粒，粘附小球形顆粒為碳與無機顆粒混合體。而粗渣中顆粒主要為鋁硅酸鹽礦物顆粒或者碳與無機顆粒結合體，含碳量顯著低于細渣。

       綜合利用煤氣化渣，不但可減少固廢堆存量，降低對環境的損害，通過資源化的工業利用還可變廢為寶，提高企業經濟效益。當前我國煤氣化渣的總體利用率偏低，應用主要集中在建材建工、土壤修復、道路建設和鋁硅陶瓷制備等領域。

       在建材建工領域，煤氣化渣可用作水泥原料、混凝土、建筑用磚和墻體材料。

       煤氣化渣中含有大量硅鋁氧化物，具有一定的火山灰活性，可用作水泥原料。未燃盡的煤渣與水泥、石子、水混合，可制無側限抗壓強度為3.7兆帕的水泥材料，能夠滿足《公路路面基層施工技術規范》（UT/J034-2000）的要求。將碳含量為12%的煤氣化渣與波特蘭水泥混合，潮濕固化14天可制得壓縮強度為5兆帕的水泥塊樣。采用煤氣化渣替代50%～70%的黏土制成水泥，全齡期強度與原水泥強度基本相同，抗壓與抗折強度分別達38.6兆帕和6.8兆帕，可滿足國家《通用硅酸鹽水泥》標準。粉煤灰與煤氣化渣均具有一定的火山灰活性，將高鈣粉煤灰與煤氣化渣作為原料，混合配制的硅酸鹽水泥比表面積為350平方米/克，抗壓強度可達48.8兆帕。

       通過抗壓強度、干縮性能的測試發現，在混凝土中摻入煤渣立磨機研磨后的粗渣，其抗壓強度遠高于基準混凝土，且隨著齡期延長后期強度持續上升。摻細渣的混凝土強度低于基準混凝土，且細渣研磨后對后期強度的影響不大。摻煤氣化渣有利于減小混凝土干縮率，煤氣化渣研磨后比表面積增大，混凝土干縮率略有增大。

       將煤矸石、鋼渣、煤氣化渣和鍋爐渣按一定質量比加入水、氧化鈣和硫酸鈉，可制得強度為普通磚強度３倍的免燒磚。例如，按水泥20%、豆沙石30%和煤氣化粗渣50%質量比制備出免燒磚。將煤氣化渣、鍋爐渣、除塵灰、石灰、石膏、水泥以質量分數35.6%、32.4%、14%、8%、4%、6%混合，可制備出符合《蒸壓灰砂磚》（GB11945-1999）和《非燒結磚垃圾尾礦磚》（JC/T422-2007）要求的免燒磚。德士古煤氣化渣摻加量為70%時，可制得抗壓強度平均值大于7.5兆帕的墻體材料。在鐵尾礦中添加部分煤氣化渣，可制備鐵尾礦燒結墻體材料。當添加20%的煤氣化渣時，制備的墻體材料具有密度低于1.45克/立方厘米、導熱系數低于0.23瓦/（米·度）、抗壓強度高于300兆帕的優異性能。

       在鋁硅材料領域，煤氣化渣可用于制備介孔材料、多孔陶瓷等。

       煤氣化渣含有豐富的鋁硅碳資源，可制備附加值較高的無機材料。如采用煤氣化渣與堿性介質低溫固相活化與稀酸浸出的方法得到富含鋁硅的溶液，加入適當的模板劑，可制得比表面積高達1200平方米/克的二氧化硅介孔材料。采用煤氣化渣、高嶺土和碳酸鈣按照11:5:4的配比，在成型壓力10兆帕、焙燒溫度1180攝氏度條件下，可制備多孔陶瓷。采用模壓成型工藝，可制備孔隙率為49.20%、平均孔徑為5.96納米的多孔陶瓷。

       此外，煤氣化渣還可循環摻燒，用作污水處理催化劑或土壤修復添加劑等。部分煤氣化渣的含碳量較高，可用于煤氣化爐的循環摻燒，以降低運行成本。如將煤氣化渣、白泥、煤泥按一定比例混合，應用于循環流化床鍋爐燃燒。曾有企業按照180噸/時的循環流化床鍋爐設計比例，對河南德士古氣化細渣進行摻燒，鍋爐正常運行。

       煤氣化渣的顆粒形態不規則，顆粒比表面積較大、鋁硅含量高，可以利用其活化特性制得水處理催化劑或土壤修復添加劑等。比如，可將煤氣化渣用作廢水處理中的吸附劑或催化劑載體處理含酚廢水。

       限于技術、市場和運輸等方面的現實原因，目前煤氣化渣的資源化綜合利用還面臨諸多困難。特別是在西部地區，大量灰渣基本上以堆存或填埋的方式處理，對環境和企業可持續發展非常不利。建議企業和廣大科研人員對不同煤種和氣化工藝的煤氣化渣進行分類研究，結合煤氣化渣的特性開發出適用性強、經濟價值高的灰渣綜合利用技術或產品；建議煤化工產業適時啟動煤氣化渣利用的工業化示范。