粉煤灰现状农业利用

粉煤灰现状农业利用（精选七篇）

粉煤灰现状农业利用 篇1

关键词：粉煤灰现状农业利用

火力发电厂每天产生大量固体废物, 从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称粉煤灰。我国是个产煤大国, 以煤炭为电力生产基本燃料。近年来, 我国的能源工业稳步发展, 发电能力年增长率为7.3%, 电力工业的迅速发展, 带来了粉煤灰排放量的急剧增加, 燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加, 1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨, 2000年约为1.5亿吨, 到2010年将达到2亿吨, 给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面, 我国又是一个人均占有资源储量有限的国家, 粉煤灰—潜在资源, 变废为宝、变害为利, 已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策, 是解决我国电力生产环境污染, 资源缺乏之间矛盾的重要手段, 也是电力生产所面临解决的任务之一。据国内外报道, 粉煤灰农用投资最省、成本最低, 是开发利用的重要途径, 本文根据掌握的材料, 由粉煤灰特快入手, 介绍了它在农业方面的利用, 希望能对粉煤灰的出路解决起一定作用。

一、粉煤灰处置现状

1、围滩造田、填土、筑路及用作造房挖沙石 (泥) 后的回填土, 房基填土及公路建设路基用土配料。

2、在建材和筑坝领域用粉煤灰作为用土配料。

3、用作水泥厂的配料:水泥厂在水泥熟料中掺入5%-15%的粉煤灰, 发挥了粉煤灰助磨、吸收游离钙的作用, 以调节水泥标号, 增加水泥色泽、稳定水泥质量。

4、生产免烧砖。利用粉煤灰、电石渣、炉底渣等原料。采用免蒸免烧不加水泥低温养炉粉煤灰砖新工艺生产免烧砖。

二、粉煤灰的理化特性

粉煤灰是一种白色或灰色粉状物料, 燃煤的组成、燃烧的条件与处理方法等因素, 决定了粉煤灰的组成与性质。它的表观密度为0.55-0.80g/cm3, 孔隙率为60%-75%, 比表面积为2900-4000cm2/g;主要含Si O2、AL2O3、碳及铁、钙、镁的化合物, 其中硅、铝氧化物占70%以上, 主要矿物成分为未燃尽碳质, 玻璃微珠、石英、莫来石、尾灰等[2], 表1为粉煤灰的化学组成。

三、粉煤灰的农业利用

粉煤灰农用有改良土壤和制备化肥。

1、粉煤灰的改土与增产作用

3.1.1 粉煤灰的孔度与土址性能的关系

作物生长的土壤需要一定的孔度, 而适合植物根部正常呼吸作用的土壤孔度下限量是12-15%。低于此值, 将导致作物减产。粉煤灰中的硅酸盐矿物和炭粒具有多孔性, 是土壤本身的硅酸类矿物所不具备的。此外, 粉煤灰粒子之间的孔度, 一般大于粘结了土壤的孔度。

粉煤灰施入土壤, 除其粒子中、粒子间的孔隙外, 粉煤灰同土壤粒子还可以连成无数“通道”, 为植物根吸收提供新的途径, 构成输送营养物质的交通网络。粉煤灰粒子内部的孔隙则可作为气体、水分和营养物质的“储存库”。

植物生长过程所需要的营养物质, 主要通过根部从土壤中获得, 并且是以水溶液的形式提供的。土壤中溶液的含量及其扩散运动都与土壤内部各个粒子之间或粒子内部孔隙的毛细管半径有关。毛细管半径越小, 吸收溶液或水分力越大, 反之亦然。这种作用, 使土壤含湿量得到调节。如果将粉煤灰施入土壤, 能进一步改善土址的这种毛细管作用和溶液在土壤内的扩散情况, 从而调节了土壤的含湿量, 有利于植物根部加速对营养物质的吸收和分泌物的排出, 促进植物正常生长。

3.1.2 施灰对土壤机械组成的影响

粘质土壤掺入粉煤灰, 可变得疏松, 粘粒减少, 砂粒增加。盐碱土掺入粉煤灰, 除变得疏松外, 还可起到抑碱作用。例如某盐碱土壤, 春播前容重为1.26, 每亩施粉煤灰2×104kg, 秋后容重降到0.01, 与肥沃土壤容重相近。

3.1.3 粉煤灰对土层温度影响

粉煤灰所具有的灰黑色利于其吸收热量, 施入土壤, 一般可使土层提高温度1-2℃。据报导, 每亩施灰1250kg, 地表温度16℃, 每亩施灰5×103kg, 地表温度17℃。土层温度提高, 有利于微生物活动, 养分转化和种子萌发。

3.1.4 粉煤灰的增产作用

一些试验和生产实践表明, 不同土壤合理施用符合农用标准的粉煤灰都有增产作用, 一般以亩施5×104kg增产效果较好。不过, 砂质土壤施灰, 增产不明显, 生荒地施灰增产明显, 粘土地增产最明显。作物品种不同, 增产效果不同:蔬菜增产效果最好, 粮食作物增产比较好, 其他经济作物也有增产作用, 但不十分稳定。

2、粉煤灰肥料

目前, 用粉煤灰制备的化肥品种较多, 主要有硅钾肥、硅钙钾肥、粉煤灰磁化肥、粉煤灰磷肥等。

3.2.1 粉煤灰硅钾肥

以粉煤灰作硅源, 配加一定比例的氢氧化钾, 在700~800℃煅烧, 可制备粉煤灰硅钾肥 (K2Si O3) 。此种肥料, 含有作物生长所需的硅和钾元素。K2Si O3是一种枸溶性物质, 只能溶于20%的枸溶性酸中、植物根部恰恰能分泌出枸溶酸, 可以使K2Si O3溶解供植物在较长时间内均衡地吸收, 因而吸收率比较高。

3.2.2 粉煤灰硅钙钾肥

利用电厂旋风炉, 在煤粉中掺入一部分钾盐, 可以一步生产出适于水稻生长需要的粉煤灰硅钙钾肥。此种肥料能明显地增强水稻抗病抗旱、抗倒伏性能, 有得于提高稻谷品种, 缩短成熟期, 增产效果一般为100%左右。

3.2.3 粉煤灰磁化肥

以粉煤灰为原料, 按不同作物和土壤的需要, 配加一定比例的N、P、K成分, 在强磁场内处理, 可以制得粉煤灰磁化肥。此种肥料具有调节生物生长的磁性, 能够剌激作物生长, 活化土壤并改善结构, 因而获得作物增产。其施用量不大, 一般等同于普通商品化肥。

3.2.4 粉煤灰磷肥

利用电厂旋风炉, 在煤粉中掺入一定比例的磷灰石粉, 经过高温煅烧和急冷处理, 最后再经粉粹, 可制得粉煤灰磷肥。此种肥料的主要营养成分为Ca4P2O9, 也具有枸溶性。其中除含有硅、钙、磷、钾外, 还含有植物生长所需的微量元素, 对作物、蔬菜、食用菌类都有增产效果。

综上所述, 随着人们对粉煤灰性质和结构的认识不断深化, 粉煤灰的农业将有广阔的前景。

参考文献

[1]沈佩芝等:《粉煤灰的综合利用、企业技术开发》, 1996, (8) :7-10。

粉煤灰综合利用现状 篇2

20世纪后半叶,随着世界人口迅速增长、工业化程度日益提高,国内外对包括电能在内的各种能源的需求量迅速增长,每年实际煤炭消耗量正在不断创新高。预计2020年左右我国煤炭的消耗量将达到约60亿吨。煤炭消耗量的增加导致煤炭发电后产生的固体废弃物也急剧增加,不及时处理的粉煤灰就会造成各种污染。发电用煤的消耗量与日俱增,导致粉煤灰的排放量也急剧增加,“十一五”期间我国粉煤灰的综合利用率在67%左右,下一个五年计划粉煤灰产量达到5.7亿吨/年,形式十分严峻。

1 粉煤灰的形成及分类

1.1 形成粉煤灰的三个阶段[2,3]

第一阶段:煤粉变成多孔碳粒,颗粒的形态基本上没有发生变化。

第二阶段:煤粉由多孔碳粒转变为多孔性玻璃体。

第三阶段:由多孔玻璃体变为玻璃珠。

1.2 粉煤灰的分类

煤的种类、燃烧方式等因素的不同会对粉煤灰的形成受到很大影响,不同的粉煤灰,性质差异就会很大。大量科学工作者[4,5]都从以下几个角度对粉煤灰进行分类:根据化学成分不同可分为低钙粉煤灰、高钙粉煤灰、增钙粉煤灰。根据收集和排放方式不同分为湿灰、脱水灰、干灰、调湿灰、细粉煤灰。根据粉煤灰中三种颗粒的组成和比例,孙抱真[6]利用扫描电镜研究了国内部分粉煤灰的形貌,将粉煤灰分为球形颗粒组成的粉煤灰、含有少量的熔融玻璃体的粉煤灰、熔融玻璃体和多孔疏松玻璃体组成的粉煤灰、多孔疏松玻璃体和炭粒组成的粉煤灰。根据燃烧方式不同,粉煤灰分为煤粉炉粉煤灰和循环流化床粉煤灰。

2 粉煤灰的组成

2.1 粉煤灰的化学组成

粉煤灰的主要化学成分是Si O2、Al2O3、Fe2O3、Fe O等,它们主要占80%以上。其它成分有Ca O、Mg O、Na2O、K2O等。粉煤灰的化学成分与燃用煤质的种类有关,按美国ASTMC618-80的划分标准,燃用烟煤的粉煤灰划为F类,其Ca O<10%,而然用褐煤及次烟煤的粉煤灰为C类,其Ca O>10%[7]。我国粉煤灰以低钙灰为主,高钙灰仅产于个别地区,由表1可见,高钙灰中Ca O、Mg O、SO3明显高于低钙灰,而其它成分低于低钙灰。

2.2粉煤灰的矿物组成

不同地区不同种类粉煤灰中的矿物相差异较大,所以粉煤灰的矿物组成只能作为一种参考见表2。

由表2可知各元素在粉煤灰中主要以玻璃体和晶体矿物的形式存在,在晶体矿物中以莫来石和石英为主。

2国内外粉煤灰研究现状

2.1 国外粉煤灰研究现状

发达国家对粉煤灰的综合利用较早,每年都有关于粉煤灰开发利用的专题国际会议召开,发达国家粉煤灰的资源化程度已很高,美国为70%,德国为65%,法国为75%,日本已达到100%[10]。美国早在1974年就把粉煤灰列为国家最丰富固体矿物资源的第7位[11]。美国粉煤灰的综合利用率达到70%,其中约60%用于矿井回填,约4.5%用于结构回填,约5.8%用于固化废料,约1%用于农业上改良土壤,主要研究方向有掺洁净煤灰和F级灰的混凝土的研究、大掺量F级粉煤灰混凝土研究以及用粉煤灰改良土壤的研究[12]。

粉煤灰在欧洲主要被用于建筑材料方面。他们率先开展了粉煤灰特种水泥的研究和试验工作,如生产贝利特水泥、碱激发水泥、无宏观缺陷(MDFC)水泥、热压水泥、超细磨密实(DSC)水泥[13]。荷兰、英国和德国除用粉煤灰生产水泥和混凝土外,还生产其它胶结材料,如砌筑砖墙用的灰泥(胶泥)、特种水泥和灰浆,生产砖、瓦等建筑构件和集料,生产沥青质混凝土,英国研制出一种用膨润土、粉煤灰和水泥为原料的防渗混合材料,能有效地防止因渗透作用及废气造成的污染[14]。

2.2 国内粉煤灰综合利用现状

我国已经开始重视粉煤灰的综合利用问题,利用领域不断扩大,综合利用率不断提高,有些发电厂的粉煤灰利用率甚至达到100%,如宝钢电厂。应用领域有以下几个方面:

(1)建筑和建材工业中的应用

如今用粉煤灰生产建材产品的种类和应用范围逐步扩大,已形成产品并得到较广泛的工程应用的掺粉煤灰建筑材料达20余种[15],如2002年,由长沙铁道学院研究出的超细粉煤灰高性能混凝土可以30%~50%超细粉煤灰等量取代水泥,配置出C50~C70蒸养高性能混凝土,能满足铁路枕轨的使用要求,该项日研究成果达到国际先进水平[16]。贵州大学的饶玲丽制备出了抗压强度、保水性和抗冻性符合JC/T 945-2005《透水砖》标准要求的粉煤灰透水砖,其中粉煤灰透水砖抗压强度达30.6 MPa,透水系数为1.08×10-2cm/s,保水性0.92 g/cm2,掺灰量可达40%[17]。

(2)农业方面的应用

在农业上,一方面以粉煤灰为原料生产的稀土多元复合肥,由山西省博奥科技公司研制成功的复合肥,通过了科技成果鉴定,粉煤灰利用率可达40%~60%[18]。另一方面作为土壤改良剂尤其适用于我国南方的酸性红壤地。韩怀强[19]等研究者利用粉煤灰改良土壤,并在我国北方大多数地方大面积使用增加作物的产率。

(3)粉煤灰在环保方面的利用

用粉煤灰代替硅酸钠亦可制分子筛,永野卓三旧将粉煤灰通过100~200目筛,氢氧化铝和纯碱在120℃下烘干2~3 h,再经焙烧粉碎、合成、水洗、成型、活化后得到成品,用粉煤灰制成的分子筛主要用于各种气体与液体的脱水和干燥以及气体的分离净化等方面[20]。粉煤灰具有脱色能力和吸附能力,可用作水处理吸附剂、脱色剂、混凝剂。粉煤灰对生活污水,印染废水,造纸废水,电镀废水等都有很好的处理效果。周广柱利用粉煤灰处理印染废水,COD去除率可达60%~85%,色度去除率高达95%[21]。

(4)粉煤灰在工业上的应用

在化学工业中的应用:主要有粉煤灰制分子筛、粉煤灰制高分子材料填充剂、粉煤灰作油毡生产中的填充料、粉煤灰饰面材料、粉煤灰提取金属化合物及稀有金属[22]等。

粉煤灰的精细化利用主要是有用元素的提取,包括粉煤灰中提取碳、硅、铝、铁、镓、锗等,制取各种金属絮凝剂以及制取硅铝铁合金等[23]。

3 粉煤灰资源化利用存在的问题

3.1 放射性问题

煤在燃烧过程中,金属元素得以富集。这些元素包括有毒有害元素(As、Ph、Ni、Cr、Cd、Be、Hg、Ti)、放射性元素(U、Th)及具有工业价值的稀有元素(Ga、Ge、U)等[24]。有害元素的存在,使得粉煤灰在利用过程中,会对环境产生影响,会危害人体健康。粉煤灰水中主要超标项目有PH值、悬浮物(SS)、氟化物(F)、COD和砷等重金属,其灰浆排放到江河湖泊,会污染水体,阻塞河道,直接影响到水生物的生长,破坏生态平衡,而且在堆放地也会由于淋滤作用浸污地下水系及土壤[25]。

3.2 利用率、附加值低的问题

粉煤灰再利用过程中大部分用于制造墙体材料、混凝掺合料或水泥混合材料等低层次应用,深层次的利用较少,利用效率不高,迄今为止还没找到更好的利用途径。

粉煤灰的应用可分为低、中、高三个层次:低层次是指用于筑路、土壤改良、矿井回填等方面;中层次应用是指用作建筑材料等方面;高层次应用研究是指矿物质的分选利用、金属的提取、陶瓷的生产、在塑料工业和冶金工业上的应用等。从国内外情况来看,低、中技术的应用较为广泛,但是粉煤灰中有用的金属元素如铝、铁、钙、镁、镓、锗、铟等没有充分的利用。为了解决这个问题,就出现了如何高效、分级应用粉煤灰的高技术研究领域[26]。

综上所述,解决我国电厂所排放粉煤灰的综合利用问题,是科学发展观和可持续发展的必然要求。粉煤灰用于提取有用的金属元素,增加粉煤灰的附加值,是资源化综合利用的有效方法。

摘要：工业化过程中,我国社会的电力需求迅速增加,而我国主要是煤炭发电,使得电厂所产生的粉煤灰量迅速增加。据了解,我国粉煤灰利用率已经超过了许多发达国家,但预计在“十二五”末粉煤灰的年产生量将接近6亿吨,形势十分严峻,国家已经采取很多措施鼓励支持粉煤灰综合利用。粉煤灰中含有很多有价值的金属元素如铝、镓、锗等,如何综合利用粉煤灰是现在亟需解决的问题。

粉煤灰综合利用现场会材料 篇3

三门峡市位于晋、陕、豫三省交界金三角地区，有 年的文明历史，坐落在黄河中下游南岸，被黄河第一坝库区环绕怀抱，是一座新兴的中小型工业化城市，也是一座环境优美、山清水秀的旅游城市，素有响誉全国的美称“天鹅城”。二、三门峡火电厂装机容量居河南省第一位

三门峡火电厂位于峡西工业园区，年 月一期2*30万KW/H亚临界火电机组项目开工建设，年 月1#、2#机组相继建成投产，装机容量60万KW/H； 年 月二期2*60万KW/H超临界火电机组项目开工建设，年 月 3#、4#机组建成投产，装机容量120万KW/H；总装机容量达到180万KW/H，一跃成为河南省装机容量最大的火电厂。随着4#机组投入商业运营，集团公司装机容量达到5000万KW/H，总装机容量翻一番，实现了集团公司组建再造一个大唐目标。

三、开展粉煤灰综合利用工作将成为一项重要任务 1#、2#机组粉煤灰排放采取湿排运行方式，投入建设灰坝资金4500万元，投入输灰管道建设资金3700万元，建设灰坝总投资为8200元，设计库容20年，每年灰坝折旧费410万元。

1#、2#机组按年均27亿KW/H发电量计算，需燃煤115万吨，出粉煤灰27万吨，渣5万吨，合计32万吨，每年运行费用400多万元，其中：用水量40万吨，用电量180万度，渣处置费50万元，增坝碾压费、维护费、管理费200多万元，折合粉煤灰、渣处置费25元/吨，每年粉煤灰库容费800多万元。

1#、2#、3#、4#机组年发电量将达到 KW/H，年需燃煤 万吨，出粉煤灰 万吨，按湿排运行方式每25元/吨计算，年需要支出粉煤灰库容费 万元。

四、发挥地域优势，走出粉煤灰综合利用新路子 在国家发展循环经济，建立节约型社会，大力开展综合利用政策的推动下，按照集团公司建立节约型友好型企业发展战略要求，河南分公司、三门峡华阳发电有限责任公司、大唐三门峡发电有限责任公司制定了粉煤灰综合利用规划。通过采取“销售、加工、造田”三种综合利用方式，3#、4#机组投入商业运营以来，没有增加1立方米粉煤灰库容，走出粉煤灰综合利用新路子。

一是把分选出的一级粉煤灰作为混凝土添加剂直接销售到建筑市场。共分选出一级粉煤灰 万吨，平均单价为 元/吨，实现销售收入 万元，一级粉煤灰占综合利用率 %。

二是由多经公司与三门峡市投资中心以80%、20%比例，合作投资建设了粉煤灰蒸压砖厂。

— — 投资规模 按照年产1.5亿块粉煤灰蒸压砖三条生产线设计，总投资3000万元。采取分两批投入建设方式，首次建设投资2700万元，建成两条生产线年产1.0亿块粉煤灰蒸压砖；根据生产、市场、效益情况，再投资300万元建设第三条生产线。

— — 生产工艺

采用自动配料混合、连续消解、自动液压成型、蒸汽高温高压快速养护、全自动码送等国内最先进技术，对生产环境污染小。符合国家JC239－2001质量标准，是替代烧结粘土制品砖的优质新型墙体建材。

— — 主要生产设备

制砖机主设备。是由福建海源自动化机械设备有限公司生产的HF－1100全自动液压制砖机，单机年产5000万块。

蒸压釜主设备。是由泰安市山口锻压有限公司生产，设计批号为：TS1237020－2009。

消化仓主设备。是由四川方大新型建材科技开发有限责任公司生产的FDXHC3200型自动循环式消化仓。

— — 产品的认证。

2007年5月，经河南省建材工业产品质量监督检验站监测合格，出据了合格检验报告。

2007年5月，获取河南省墙体材料改革领导小组办公室颁发的新型墙体材料确认书。

2007年6月，为享受国家免税政策，获取河南省发改委颁发的资源综合利用认定证书。

— — 生产情况

目前，经过6个月的施工建设和试生产，目前，配方基本成熟，产品质量稳定，产能逐步提高，销售已经打开，经济效益和综合利用初见成果。

— — 前景看好

三门峡地区年需墙体砖11亿块，三门峡市区、陕县城区、灵宝市区、周边行政乡村辐射50公里以内市场，年需求6亿块砖，市场潜力巨大。年可获利润600万元，粉煤灰、渣综合利用15万吨，减少库容费支出375万元，占粉煤灰综合利用率 %。

三是用粉煤灰填沟造田。用粉煤灰填沟造田 万吨，填沟容积 立方米，复耕造田 亩，占粉煤灰综合利用率 %。

五、综合效益突出

一级粉煤灰的销售抓住郑西高速铁路工程建设有利时机，努力提高一级粉煤灰分选率，增加了粉煤灰综合利用的附加值。

粉煤灰蒸压砖综合利用项目，已成为新的利润增长点，具有节约土地、保护环境、经济效益、社会效益。

填沟造田充分发挥地域优势，即增加耕地面积、改变耕种环境，又能提高耕作效率和农作物产量，是利国、利民、造福子孙后代的千秋大业。

节约大量地下水资源。一期水源地有 口地下水井，坐落在一个黄河支流名叫涧河的河道中，据岸边村民介绍，祖祖宗宗靠自流山泉饮水，近些年来地下水位急聚下降，大旱之年几十米深的水井甚至打不上没水，如果不断大量开采地下水，对横跨而过的连霍高速公路、建设中的郑西高速铁路和周边村民生活都将可能产生影响。

从三个方面开展了节水工作。一是二期新建项目水源采用了地表水；二是加大了对废水再利用工作力度，每天处理废水 吨，废水再利用率达到 %，已接近废水零排放目标。三是提高粉煤灰综合利用率，粉煤灰采取湿排方式需消耗水0.7公斤/每吨，每年可节约水 万吨。

通过大力开展粉煤灰综合利用工作，提高了企业经济效益，发挥了社会效应，章显出社会责任，树立了大唐形象。

六、粉煤灰综合利用发展前景广阔

我们将按照集团公司的发展战备要求，大力开展粉煤灰综合利用工作。

粉煤灰制备4A分子筛的利用现状 篇4

我国自20世纪50年代便开始人工合成4A分子筛, 以生产3A、5A分子筛作为吸附剂、干燥剂等, 用于石油精炼、石油化工、化学工业、电子工业、医药工业及轻工业等行业。上世纪80年代以来, 为了防治洗涤废水对自然水域造成“富营养化”污染, 国外的洗涤剂行业大量采用4A分子筛替代原来的三聚磷酸钠作洗衣粉助剂;近几年来也越来越受国内有关行业的重视。

分子筛是一种天然或人工的合成的硅铝酸盐, 其化学组成经验式为:

(M2+M+) 0·AL03·x Si02·y H2O。4A分子筛是自然界中不存在的沸石品种, 其化学组成通式:Na2O·A1203·2Si02·4.5H20。分子筛具有多孔膨松的结构, 具有很强的吸附性和很高的活性, 广泛的应用在催化、污水处理、日化等行业。目前, 4A分子筛大都采用化工原料合成, 但应用化工原料合成分子筛要消耗大量的烧碱, 氢氧化铝和水玻璃, 成本较高, 能耗也较高。因此, 迫切要求用简单的工艺、较低的成本配合先进的手段研制出高性能、多功能的新型分子筛。国内外就用天然原料替代氢氧化铝和水玻璃等化工原料制备4A分子筛取得了较大成就[1,2]。

目前4A分子筛工业制备主要有三种工艺路线:一是高岭土法, 二是酸性白土法, 三是水热法及化学合成法。化学合成法工艺成熟, 但原料成本较高, 酸性白土和高岭土法原料比较便宜, 但工艺过程复杂, 废液量大, 操作费用高, 如果能寻找成本较低质量较高, 无需经过大大精制处理的矿物, 则能大大降低设备投资, 工艺简单成本最低是一个很好的方向。采用粉煤灰就是一个很好的选择, 粉煤灰是发电厂生产进程中的固体废弃物, 随着经济建设的发展, 其排放量与日俱增, 如果以粉煤灰为主要原料生产分子筛, 不仅可以节约化工原料, 还有来源广泛, 造价低廉等优势。同时解决了一大污染问题, 有着巨大的经济效益和社会效益[3,4]。

1 粉煤灰制备4A分子筛的工艺

1.1 预处理

由于各电厂燃烧用煤质不同, 其产生的残余物化学成分也不尽相同, 其主要化学成分为Si02和A1203, 还有Ca O、Mg O、S03、Fe203、Fe304等对于合成4A分子筛有害的成分, 因而必须经过物理和化学提纯除杂处理。有资料显示, 粉煤灰的活化和除杂工艺, 细度宜控制在200~325目, 采用强磁选除铁, 焙烧温度在800~850℃, 焙烧2~3 h, 酸浓度为1.5~2.0 mol/L, 酸溶温度为70~80℃, 酸溶时间2~3 h。固液比为1∶2~1∶3, 即可制备出白度达到90%, 主要杂质基本清除、结构松散、颗粒细、孔隙和裂隙发育良好的粉煤灰预处理样品[3]。

1.2 4A分子筛的制备过程

a) 烘箱预处理的粉煤灰经烘2~3 h;

b) 混合。粉煤灰与工业氢氧化铝、碳酸钠以计算量混合;

c) 焙烧。配料在800~900℃, 焙烧2 h为宜;

d) 浸取。浸取温度50~85℃, 浸取时间2 h, 碱度为l N为宜:

e) 晶化。浸取后升温至95~100℃, 搅拌下晶化5~7 h;

f) 成品。过滤洗涤, 烘干即可得白色粉末状分子筛。

1.3 性能测定[4]

采用国家发改委颁布的洗涤剂用4A沸石的标准QB/T1768-2003, 主要测烧失量、吸Ca2+量、粒度、白度以及p H值。

2 结语

a) 从一些资料可以发现, 用电厂粉煤灰可以制备4A分子筛, 其性能与外观均能达到实用要求;

b) 与水热法相比较, 用粉煤灰制备4A分子筛成份适当, 不需要补加铝源和硅源, 除需要高温焙烧增加部分能耗外, 成本较低, 制备工艺简单, 在市场上具有明显的吸引力[5]。有关生产工艺设计以及除铁增白和工业化生产是否选用微波或超声波等也有待于进一步研究;

粉煤灰为电厂消烟除尘废物, 来源丰富, 由其制备4A分子筛, 不仅可以实现对废物的综合利用, 还具有明显的经济和社会效益。

摘要：总结了4A分子筛的一般特征、用途和基本制备方法, 重点介绍了利用粉煤灰制备4A分子筛的工艺。

关键词：4A分子筛,粉煤灰,制备工艺

参考文献

[1]尹付, 李卉.粉煤灰综合利用大有可为[J].江苏地质科技情报, 1996 (1) :1-4

[2]徐恩霞.杨六俊.煤系高岭土合成4A沸石实验研究[J].非金属矿, 1998 (5) :21-23

[3]陈泉水.粉煤灰制备4A分子筛工艺研究, 化工矿物与加工.2001 (1) :9-11

[4]马政生.无磷洗涤助剂.化学工业出版社.2005, 2:23-68

粉煤灰现状农业利用 篇5

1 粉煤灰在建材产品的使用

1.1 混凝土原料中添加粉煤灰

经研究发现,将粉煤灰添加进混凝土的制作原料中,能够使混凝土的强度、干燥时的收缩性等得到一定程度上的改善,同时也使粉煤灰得到了很好的利用。进一步的研究发现,当粉煤灰的添加比例为2/5时,混凝土泥浆的收缩性最佳,当粉煤灰的添加比例为1/3时,所得的混凝土导热率最低。

如果添加次等粉煤灰进强度较高的混凝土添加剂中,能够使得混凝土的性能有了一定的改善,使得次等的粉煤灰有了利用的价值。

1.2 水泥原料中添加粉煤灰

在国外的某些国家早在20世纪就已经将粉煤灰应用于水泥原料中,而我国也已经将粉煤灰水泥列为几个典型水泥种类中的一种,添加粉煤灰的水泥的硬度远远高于普通的水泥,不过,在将粉煤灰添加到水泥中的时候应该格外注意粉煤灰的数量,要严格按照国家标准进行添加。

2 粉煤灰在化工方面的使用

2.1 从粉煤灰中提纯明矾

在国外,有学者将粉煤灰与氨水混合来提取明矾,注意此明矾含有杂质。其次在控制酸碱度(即p H值)的基础上进一步得到纯度较高的明矾,然后再进一步制取矾土。

2.2 用粉煤灰为原料制取陶瓷制品

经过研究,将粉煤灰通过粉末熔渣的技术转化成陶瓷的主要成分,再制成陶瓷制品,并且其性能要好于普通的陶瓷,不仅是我国,国外的部分国家也通过相似的技术用不同的粉煤灰制备出不同的陶瓷以及玻璃制品。

3 粉煤灰在农业方面的使用

3.1 用粉煤灰改良土壤

粉煤灰由于其疏松多孔、透气、保湿的特点,使其能够改变土地的土壤条件,逐渐改变土壤的物理性质,最后增加土壤中微生物的数量和活力,使土壤更有利于作物的生长,同时还要注意针对不同的作物添加不同数量的粉煤灰。经过实践证明,粉煤灰对土壤的改良有着明显的效果。

3.2 用粉煤灰生产肥料

经过化验,粉煤灰中的微量元素较多,不仅能够改良土壤的土质,还能够和其他的物质一起制作成肥料,改善了以前肥料的营养少、化肥种类少同时又对环境造成污染的缺点。不仅如此,用粉煤灰生产的化肥种植出来的植物具有抗旱性高和光合作用强的特点。

4 粉煤灰在环境保护方面的使用

4.1 用粉煤灰处理废水

经实验后发现,粉煤灰具有极好的吸附性,经常用此除汞,效果极佳,除汞效率高达90%以上。其次,还可以用粉煤灰处理纺织厂的印染的废水,脱色率也非常高,脱色率在95%以上。

4.2 用粉煤灰处理废弃的气体

因为粉煤灰的特殊性质,经常用以吸附含硫气体和大气中的颗粒物,而我国目前的相关工艺尚不完美,研究成果不多,相关研究人员正在进一步研究用粉煤灰脱硫的技术。

5 粉煤灰在使用中产生的问题

虽然粉煤灰的应用非常广泛,前景非常广阔,不过我们应该看见粉煤灰自身存在的一些缺点,首先,在农业方面的使用中,粉煤灰的成分不仅有对土壤有益的成分,还有污染土壤的成分,在使用时稍有不慎就会污染土地或者是水体。其次,在粉煤灰的运送和保存过程中也存在弊端,干的粉煤灰在运送时势必会有粉尘飞出,使环境受到污染,太湿的话,粉煤灰就变成液体,在运送时流出。要想改善运送和储存时面临的问题,火力发电厂最好使用干式收尘的方法,建造封闭的粉煤灰储存设备。

6 粉煤灰综合利用的发展前景

6.1 推进粉煤灰需求量大的项目

推进粉煤灰需求量大的项目的发展是解决由于粉煤灰占地造成的污染问题的有力措施,同时还能降低对环境的污染程度,所以应该加强粉煤灰在建筑材料应用的相关研究。

6.2 研究粉煤灰在冶炼方面的技术

这个技术首先让粉煤灰处在高温的条件下,为了脱去粉煤灰中的氧,然后再去除其中的杂质,最后就得到含铝和铁等元素的合金,作为还原剂和氧化剂来使用。不仅粉煤灰得到了利用,而且此技术成本不高,效益高,市场前景广阔。

6.3 研究粉煤灰在橡胶以及塑料方面的发展

我们对粉煤灰的利用研究不应只注重上文几个方面的研究,还应看到在橡胶和塑料方面的研究前景。例如,对粉煤灰微珠进行活化处理,增加其与树脂的相容性,进而使高微珠酚醛这种材料的性能得到提升。

对粉煤灰进行磨细等一系列处理后(对粉煤灰中粗颗粒磨细处理、粉煤灰活性处理等)用于橡胶的填充剂,使橡胶的生产成本在一定程度上得到节约。

7 结束语

通过上文中对粉煤灰综合利用的现状和以后的发展前景的有关叙述,不难发现粉煤灰有着巨大的利用价值,在降低环境污染的同时为社会带来可观的经济效益,非常值得大力推广。

参考文献

[1]张瑞文,郭晓震.粉煤灰综合利用前景分析[J].中原工学院学报,2009,02.

[2]程秀兰.粉煤灰综合利用现状概述[J].科技资讯,2007,35.

粉煤灰现状农业利用 篇6

粉煤灰的化学组成主要为Si O2、Al2O3、Fe2O3和未燃尽C,此外还有少量的Mg、Ti、K、Na、P、S的氧化物以及稀有金属氧化物等,从笔者研究过的粉煤灰情况看: Si O2、Al2O3、 Fe2O3和C的含量通常在23. 8% ~ 56. 5% 、10. 1% ~ 37. 3% 、 4. 3% ~ 14. 1% 和3. 4% ~ 29. 2% 之间。 物相主要由莫来石( 3Al2O3·2Si O2) 晶相和硅铝酸盐玻璃相组成,其它还有石英( Si O2) 、赤铁矿( Fe2O3) 、磁铁矿( Fe3O4) 、刚玉( α - Al2O3) 等。

目前我国对粉煤灰的综合利用水平不高,约为67%［2］,主要用于建筑材料和建设工程等领域,如用于制砖、生产水泥、 泡沫玻璃、商砼、加气混凝土、陶粒、轻质建材、填充材料等,利用层次比较低。采用湿法冶金工艺由粉煤灰制备氧化铝和白炭黑是粉煤灰高附加值化、精细化综合利用的主要方向, 也是近年来学术及产业界研究、关注的热点。

1研究进展及产业化现状

1. 1研究进展

以湿法冶金工艺对粉煤灰进行综合利用,按分解方法的不同可分为碱法、酸法及酸碱联合法。

1. 1. 1石灰石焙烧法

1. 1. 1. 1工艺概要

将粉煤灰与石灰石磨细,然后按配比混匀,在1320 ~ 1400 ℃ 下焙烧,使莫来石的Si - O - Al键得以破坏,将莫来石和石英转化为铝酸钙( 12Ca O·7Al2O3) 和硅酸二钙( 2Ca O·Si O2) ,使粉煤灰中的氧化铝得到活化［3］。

将焙烧熟料以碳酸钠溶液溶出,铝酸钙分解生成铝酸钠( Na Al O2) 溶液和碳酸钙沉淀,硅酸钙则转化为碳酸钙沉淀和偏硅酸钠溶液。经分离制得主要成份为铝酸钠,同时含有少量偏硅酸钠的溶液。将所得含偏硅酸钠的铝酸钠溶液用氢氧化钙脱硅,再采用碳分工艺制得氢氧化铝,再将氢氧化铝煅烧即得氧化铝产品。

1. 1. 1. 2评析

该法的优点是工艺简单,设备腐蚀性小,耗碱量较小,焙烧物料无需破碎; 缺点是烧结温度高,能耗高,石灰石消耗量大,氧化铝溶出率不高,仅为70%［4］,此外未能对硅、铁资源进行综合利用,CO2和硅钙渣排放量大,环境负仍然较重。从产出角度看,假定粉煤灰中含氧化铝50% ,溶出率70% ,收率90% ,每处理一吨粉煤灰产出冶金级氧化铝319 kg,出厂价2. 9元/ kg,产值925元,生产企业盈利难度大。

1. 1. 2碱石灰焙烧法

1. 1. 2. 1工艺概要

将粉煤灰、石灰石和碳酸钠混合均匀,经高温焙烧使莫来石的Si - O - Al键得以破坏,将莫来石和石英转化为易溶于水的偏铝酸钠( Na Al O2) 和难溶的硅酸钙( 2Ca O·Si O2)［3］。焙烧熟料经水溶、分离、两段脱硅、碳分等工序制得氢氧化铝,再经煅烧得氧化铝产品。

1. 1. 2. 2评析

与石灰石焙烧法相比,该工艺的优点是所需石灰石较少, 能耗相对较低; 缺点是生产流程长,烧结工艺条件不稳定; 且焙烧反应复杂,氧化铝溶出率不高,为72. 2% 。在生产氧化铝的同时产出大量硅钙渣,且含碱量大,不能直接使用。对硅、 铁未能综合利用。成本高,产出少,效益空间不大。

1. 1. 3预脱硅碱石灰焙烧法

1. 1. 3. 1工艺概要

( 1) 预脱硅及白炭黑的制备

将粉煤灰与氢氧化钠溶液混合并调配成浆,然后送二氧化硅溶出工序,使其中的部分二氧化硅与碱反应生成硅酸钠,再经过滤收得低模数硅酸钠溶液和脱硅灰滤饼。将大部分低模数硅酸钠溶液送粗白炭黑制备工序,少部分送粗白炭黑回溶工序用作溶剂。

将低模数硅酸钠溶液经碳分制得粗白炭黑。分离粗白炭黑后母液及洗水( 含碳酸钠) 送苛化工序。将所制得的粗白炭黑于回溶工序与低模数硅酸钠溶液混合,以溶液中的游离碱与粗白炭黑反应使反溶为硅酸钠,过滤后获合格硅酸钠溶液。

将合格硅酸钠溶液送白炭黑制备工序,经碳分制得正品白炭黑,分离白炭黑所得母液及洗水用于石灰消化。将白炭黑于调浆槽中与稀硫酸混合进行酸化处理,再经分离、洗涤、干燥、包装制得白炭黑［5］。

( 2) 氧化铝的制备

将脱硅灰与系统产生的苛化渣( 含碳酸钙) 、含有碳酸钠的溶液等混配、磨细后送焙烧工序进行焙烧,使其中的硅转化为硅酸钙,氧化铝转化为铝酸钠。以水或稀碱液将铝酸钠溶出, 经过滤收得铝酸钠溶液和硅钙渣( 赤泥) 。将铝酸钠溶液用石灰乳脱硅后种分、碳分,再经分离制得氢氧化铝和碳分母液( 含碳酸钠) 。将氢氧化铝洗涤,脱水后煅烧制得冶金级氧化铝, 碳分母液蒸浓后用于烧结配料。

( 3) 工艺过程还有石灰烧制,消化及粗白炭黑母液、洗水苛化,苛化液浓缩工序等

1. 1. 3. 2评析

本工艺的优点在于实现了对工艺过程废水和氢氧化钠的循环利用,制备出了沉淀白炭黑和冶金级氧化铝产品。缺点是工艺流程长,能耗高,处理成本不易控制,硅、铝利用率低且对铁未能综合利用,有大量的硅钙废渣排放等。从有关渠道获知,每处理一吨粉煤灰要产生一吨半赤泥,环境包袱沉重。从效益和环保角度看,该工艺产业化难度较大。

1. 1. 4硫酸铵焙烧法

1. 1. 4. 1工艺概要

将粉煤灰与硫酸铵按一定比例混合后进行低温焙烧,使粉煤灰中的氧化铝与硫酸铵反应生成硫酸铝铵同时产生氨。将烧成熟料用水溶出,经过滤收得硫酸铝铵溶液和高硅渣。硫酸铝铵溶液经除铁、还原、分解( 氨中和) 、过滤、洗涤得粗氢氧化铝和硫酸铵溶液。将粗氢氧化铝精制制得氢氧化铝,煅烧氢氧化铝得氧化铝产品。工艺过程氨和硫酸铵溶液循环利用［6］。

1. 1. 4. 2评析

硫酸铵焙烧法的优点在于: 硫酸铵和生产中产生的氨气可循环利用。工艺过程不需添加任何助剂,实现了废渣减量化, 有利于减少废渣对环境的二次污染。

此外,硫酸铝铵为弱酸盐,对设备及材料腐蚀较轻。不足之处在于: 从硫酸铝铵溶液中去除铁等杂质较为困难。在对分离氢氧化铝后含硫酸铵母液进行循环利用时需进行浓缩,耗能较高。同时工艺过程没有对硅进行综合利用,渣量仍然较大, 对环境有一定的影响。

1. 1. 5碱溶- 烧结联合法

1. 1. 5. 1工艺概要

通过预脱硅将粉煤灰中Al2O3/ Si O2质量比由0. 53提高到0. 77,再将脱硅滤饼与纯碱混合并烧结,使其中的Si O2、Al2O3分别转化为不溶的Na Al Si O4和易溶的Na2Si O3。将烧成熟料以清水溶出Na2Si O3,过滤得Na2Si O3溶液,Na2Si O3溶液与预脱硅合并用于制备硅化合物,滤饼与适量Na OH溶液和Ca O混合,在280 ℃ 下溶出,经分离得铝酸钠溶液和硅钙尾渣。将铝酸钠溶液除杂、碳分制得氢氧化铝,将氢氧化铝煅烧制得氧化铝粉体［7］。

1. 1. 5. 2评析

与碱石灰烧结法相比,该工艺降低了烧结温度,能耗相应降低。采用先水浸脱硅再碱溶二次水热处理工艺,实现了粉煤灰中硅铝组分的高效分离,制得氧化铝产品及无机硅化合物; 缺点是工艺复杂、耗碱量大、成本高,铝酸钠粗液苛性比高、 硅钙尾渣不易分离利用、对铁末能利用等。

1. 1. 6酸法

1. 1. 6. 1工艺概要

酸法是用无机酸( 硫酸或盐酸) 分解粉煤灰,使其中的金属氧化物转化为盐类,如Al Cl3、Al2( SO4)3、Fe SO4、Fe2( SO4)3等,进而被溶出,二氧化硅留存于固相中。分离溶液中的铁制得铝盐溶液,再通过采取一定的工艺措施制得铝盐及氢氧化铝、氧化铝等产品。

1. 1. 6. 2评析

酸法主要优点是流程简单,能耗较低,Si O2组分可用于生产高附加值的无机硅化合物,如白炭黑等。可有效实现铝硅分离,提高氧化铝溶出率。该法存在的不足是: 酸消耗量大,设备腐蚀严重,酸蒸汽污染环境,铝分解率低等。以氟化物( 氟化铵、氟化钠等) 作助溶剂虽可提高Al2O3溶出率,但反应过程生成氟化物气体,不仅会增加对设备的腐蚀,而且对空气和水体也会造成污染。此外,从已报道的研究情况看,均未实现对粉煤灰中铁元素的综合利用。

总之,目前以湿法冶金工艺对粉煤灰综合利用的方法大体有上述几种。研究的热点主要集中在氧化铝的制备方面,对粉煤灰中硅资源的综合利用及硅化合物的制备研究相对较少,对铁的综合利用几乎没有涉及。产品方向主要为冶金级氧化铝、 硫酸铝、硫酸铝铵和聚合氯化铝等常规、普通铝化学品。硅产品为普通沉淀法白炭黑。所述工艺普遍存在着流程长、能耗高、渣量大、环境负担沉重、处理成本高等问题。

1. 2产业化进展

2005年,鄂尔多斯水泥巨头蒙西集团采用石灰石焙烧法工艺,投资16. 8亿元,开工建设 “年产40万吨粉煤灰提取氧化铝项目”,2006年投产后因成本和大量硅钙渣应用问题而停产［8］。

2009年,神华集团投资2500余万元和吉林大学签约,研发粉煤灰提取氧化铝技术,这是国内首个酸法提取氧化铝科研项目。神华的 “酸法提铝”,设备和管道需要使用价值昂贵的稀土材料,设备投资极大,难以实现工业化［8］。

2010年,大唐国际托克托发电公司采用预脱硅- 碱石灰烧结法工艺,在内蒙托克托工业园区建成的年产20万吨氧化铝示范生产线投入试运行,为规模化利用高铝粉煤灰提供了工程示范,被列入国家有色金属产业振兴规划, “十一五”国家科技支撑计划重点项目。但依然存在石灰石消耗量较大、综合能耗较高、温室气体CO2排放量较大以及大量硅钙渣的处置问题。据了解,该项目从2010年9月一直停产至今,主要原因是工艺不成熟［8］。

综上所述,我国以湿法冶金工艺由粉煤灰制备氧化铝的产业化进程并不顺利。近几年来,一些企业虽然曾进行了由粉煤灰制备氧化铝的工业化尝试,但大多中途夭折,究其原因,不外乎成本、效益、环境三个方面的问题。因此,开阔视野、拓展思路、锐意创新,研究开发低成本、高产出、产品市场前景广阔、经济效益可观、环境友好的粉煤灰综合利用新技术,对实现粉煤灰综合利用的产业化具有十分重要的意义。

2几个关键性问题

2. 1产品方向

由粉煤灰制备氧化铝是目前研究的热点,此外,也有关于由粉煤灰制备白炭黑的报导。由于粉煤灰含氧化铝在10. 1% ~ 37. 3% 之间,个别最高可达50% ,因此被认为是生产氧化铝的重要潜在资源。利用粉煤灰生产氧化铝,不仅可以减少因粉煤灰堆存造成的环境负担和土地占用,而且可以弥补我国铝土矿资源的不足,保障氧化铝工业的可持续发展。然而,由于粉煤灰中氧化铝和二氧化硅品位相对较低,加之化学及物相组成的复杂性、特殊性,存在着目标元素不易分解,分离难度大,工艺复杂,流程长、成本高等问题。另一方面,冶金级氧化铝、 沉淀法白炭黑虽属市场需要的基本化工产品,但从目前的供求状况及价格走势看则不容乐观。冶金级氧化铝市场需求量较大,但价格偏低,目前出厂价位在2700 ~ 2900元/t之间,高纯氧化铝( 含量99. 5% ~ 99. 99% ) 虽然价格较高,在3800 ~ 340000元/ t之间,但属精细化学品,市场需求量较少,不适于规模化生产。普通沉淀法白炭黑在橡胶、塑料、日用化工、涂料等行业有着广泛用途,是大宗化学品之一。2013年,我国总产能已达到201万吨［9］,产能过剩。行业恶性竞争,价格在2800 ~ 3500元/ t之间徘徊,市场不容乐观。以氧化铝和沉沉白炭黑作为粉煤灰综合利用的目标产品,从成本与效益角度看有一定的局限性。因此,应突破产品方向上的局限性,立足于粉煤灰中的硅、铝、铁及其它稀有金属资源,研究制备既有可观的市场需求,又能为投资者创造经济利益的硅、铝、铁等化工产品。切实做到吃干榨净,提高资源综合利用水平和经济效益。

2. 2有价元素的分解

粉煤灰的主要物相组成是莫来石,二氧化硅和氧化铝大部分赋存于莫来石中。而莫来石又是一种化学性质较为稳定的物质,很难被酸、碱溶解。因此,要综合利用其中的二氧化硅、 氧化铝等,其前提是要破坏莫来石的Si - O - Al键,以提高二氧化硅、氧化铝等有价元素的化学活性,再通过采用不同的工艺措施将二氧化硅、氧化铝等溶出,进而制备硅、铝等化合物。提高有价元素分解率是实现对粉煤灰综合利用的前提。

2. 3有价元素的分离

粉煤灰中含有一定量的活性二氧化硅,氧化铝又为两性氧化物,在分解过程既有少量的二氧化硅进入到铝盐溶液中,也会有少量的氧化铝进入到所制得的硅酸钠( 水玻璃) 中,既影响目标元素收率,又影响产品质量。在采用酸浸工艺时,所获得的酸浸出液是一个由铝、铁盐类和水组成的多元体系。实现对其中铝、铁元素的综合利用,首先要实现体系中铝、铁的有效分离。

我们知道,三价铝、三价铁沉淀的p H值比较接近,从理论上讲,三价铝开始沉淀的p H值为3. 69,沉淀完全的p H值为4. 89,而三价铁开始沉淀的p H值为1. 94,沉淀完全的p H值为3. 20,显然,三价铝、三价铁共沉淀的机率较高。同时, 铝、铁氢氧化物的吸咐特性也会增加铝、铁分离的困难。

此外,受铝、铁分离过程p H值调节剂浓度、滴加速度、 搅拌速度等因素的影响,会造成反应体系区域性瞬间碱性过强,导致铝、铁、镁等金属离子的共沉淀。虽然反应体系p H值尚未进入目标元素以外其它金属离子沉淀范围,但这种共沉淀物一旦生成就很难返溶,这也是造成铁、铝分离困难的重要因素。实现铝、铁元素的有效分离是制备合格铝、铁化合物的前提,能否解决铝、铁离子的分离问题,对粉煤灰中铝、铁资源的综合利用有着十分重要的意义。

2. 4环境问题

粉煤灰本身是一种工业废弃物和大宗污染源,对其综合利用应遵循利废不产废,治污不产污的原则。因此,应研究开发综合利用过程废渣、废水和废气的控制技术和循环利用技术, 实现粉煤灰综合利用的无害化,排除粉煤灰综合利用研究成果产业化过程的环境障碍。

3酸碱联合法粉煤灰综合利用新工艺

针对已报道工艺存在的不足,以低消耗、低成本、高分解率、高产出、无害化和符合市场需求为研发目标,南阳东方应用化工研究所历经多年的努力开发出了粉煤灰综合利用新工艺。

3. 1产品方向

提取其中的铝制备六氟铝酸钠( 冰晶石) ,利用其中的硅制备高分散白炭黑; 利用其中的铁制备高纯氧化铁。

3. 2工艺原理

本工艺通过采取特殊技术措施。在不对粉煤灰进行焙烧, 常压、中温条件下以硫酸为分解剂对其进行分解,使其中的氧化铝、氧化铁转化为硫酸铝、硫酸铁及硫酸亚铁而被溶出,经过滤得主要成分为二氧化硅和炭的粉煤灰酸浸残渣和主要成分为硫酸铝、硫酸铁及硫酸亚铁的酸浸出液。以酸浸出液为原料制备冰晶石( 或高纯氧化铝) 和高纯氧化铁,以酸浸残渣为原料制备高分散白炭黑或速溶硅酸钠。

3. 2. 1冰晶石的制备

( 1) 低分子冰晶石的制备( 硫酸铝铵法)

向粉煤灰酸浸出液中加硫酸铵,使其中的硫酸铝转化为硫酸铝铵。分离硫酸铝铵以后的溶液送沉铁工序; 以磷肥工业副产廉价氟硅酸为原料,以氨中和氟硅酸制得白炭黑和氟化铵溶液; 将硫酸铝铵与氟化铵、硫酸钠( 钾) 反应制得冰晶石( Na3Al F6或K3Al F6) 产品。分离冰晶石后的母液主要成分为硫酸铵,经与氢氧化钠反应生成氨和硫酸钠。氨送氟化铵制备工序用作中和剂。硫酸钠溶液经调整浓度后送冰晶石制备工序作为钠源循环使用。

( 2) 高分子冰晶石的制备( 偏铝酸钠法)

首先还原粉煤灰酸解液中的铁,然后在特定工艺条件下以氨为调节剂调整体系的p H值使其中的硫酸铝转化为氢氧化铝沉淀,经分离收得粗氢氧化铝和沉铝后母液,将沉铝后母液送沉铁工序; 以磷肥工业副产廉价氟硅酸为原料,以氨中和氟硅酸制得白炭黑和氟化铵溶液; 用氢氧化钠与粗氢氧化铝反应, 制得偏铝酸钠,经过滤收得偏铝酸钠溶液并进一步分离出铁沉淀。将偏铝酸钠溶液脱硅后与氟化铵反应制得高分子比冰晶石产品; 分离冰晶石后所得母液含有氨,送往溶液沉铝工序作为p H值调节剂循环使用。

3. 2. 2高纯氧化铁的制备

将分离硫酸铝铵或粗氢氧化铝后的粉煤灰酸浸出液氧化, 然后采用氧化水解法或针铁矿法工艺沉淀溶液中的铁收得铁沉淀物。然后对铁沉淀物进行净化以去除其中的铝离子。再将铁沉淀物酸解、还原、净化制得纯净的硫酸亚铁溶液。将硫酸亚铁溶液氧化,再采用氧化水解法或针铁矿法工艺制得氢氧化铁或碱式氧化铁沉淀。将铁沉淀分离、洗涤、脱水、煅烧制得高纯氧化铁产品。

分离氢氧化铁或碱式氧化铁的母液含有硫酸铵。经与氢氧化钠反应生成氨和硫酸钠。氨经吸收制得氨水,送铁沉淀工序用作p H值调节剂。硫酸钠溶液经调整浓度后送低分子比冰晶石制备工序作为钠源循环使用,或经蒸发结晶收得硫酸钠产品。

3. 2. 3高分散白炭黑的制备

将粉煤灰酸浸残渣洗涤,然后用氢氧化钠做碱解剂与粉煤灰中的二氧化硅反应生成硅酸钠,经过滤收得碱浸残渣和水玻璃。碱浸残渣主要成分为炭和少量的硅、铝、铁、钙等,洗涤后进一步酸解,将酸浸出液送粉煤灰酸浸工序用做配料液,酸浸残渣经洗涤后与燃煤混合用做锅炉燃料。

将水玻璃精制后与硫酸反应,在特定的工艺条件下生成高分散性白炭黑沉淀。将沉淀分离、漂洗、脱水、干燥制得外观为微珠状的高分散性轮胎专用白炭黑。分离白炭黑所产生的母液含有硫酸钠,经浓缩、结晶收得硫酸钠产品。

3. 3主要经济技术指标

3. 3. 1分解率

Si O2≥95% ; Al2O3≥86% ,Fe2O3≥74. 5% 。

3. 3. 2收率( 以分解率为基数)

Si O2≥95% ; Al2O3≥90% ,Fe2O3≥96% 。

3. 4经济效益分析

按加工1000 kg粉煤灰计算,以桐柏粉煤灰为例,化学组成为: Si O2, 54. 22% ;Al2O3, 23. 19% ;Fe2O3, 4. 26% ; Mg O,4. 68% ; Ca O,0. 38% 。

3. 4. 1总产出( 按每加工1 t粉煤灰计)

3. 4. 2总成本( 按每加工一吨粉煤灰计)

3. 4. 3纯利润

每加工1000 kg粉煤灰纯利润4478. 02元,按每年加工6万吨粉煤灰计年净利润26868. 12万元,可上缴国家税金2760万元。

3. 4. 4新工艺与其它典型工艺物资能源消耗对比分析［3］

3. 5评析

本工艺的优点在于,在有活化剂存在的条件下采用酸碱互为活化、交替分解工艺,使粉煤灰中的铝、硅、铁得以溶出, 分解率分别在95% 、86% 和74. 5% 以上。由于免予焙烧,节约了设备投资、降低了能源消耗; 实现了对硅、铝、铁三种主要成分的综合利用; 资源综合利用水平高; 以磷肥工业副产的廉价氟硅酸为原料制得氟化铵并收得白炭黑,将氟化铵用于制备冰晶石,并通过对工艺废水的综合利用,实现了氨、钠的循环利用,消除了环境污染,降低了生成成本; 制得的高分散性轮胎专用白炭黑是高档轿车轮胎行业的功能性材料,市场前景广阔、附加值较高,其生产成本和普通沉淀法白炭黑相同,但出厂价格却在8000 ~ 9800元/t之间,高于普通沉淀法白炭黑1. 3倍以上; 以粉煤灰中铁资源制得了高纯氧化铁,作为磁性材料被应用于电子行业,市场前景较好,效益可观; 工艺过程除了含炭废渣外没有其它固体废弃物产生,而且含碳废渣主要成分为未燃尽的炭,可作为燃料循环使用。总之,本工艺具有低耗、高效、低成本、高产出、无污染等特点,而且所产产品符合市场需要,附加值较高,能够为投资者创造经济效益。

4展望

粉煤灰现状农业利用 篇7

来自国家发改委的数据显示,近几年,在国家一系列鼓励政策的引导下,我国资源综合利用取得了显著成效。据初步统计,2008年,我国工业固体废物综合利用量为12.3亿t,综合利用率达64.3%,比2000年提高了12.5个百分点,其中粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣综合利用率分别达67%、55%、85%,基本实现了由“以储为主”向“以用为主”的转变。矿产综合利用水平有所提高,目前矿产资源总回收率已近35%,共伴生矿产综合利用率已近40%。社会生产和消费过程中产生的各种废弃物的回收和再生利用规模也不断扩大,环境效益和经济效益显著。2008年,我国水泥原料的25%来自大宗固体废物,利用废墙体材料产量已占新型墙体材料的50%,建材工业综合利用固体废物达5亿多t。

2009年,我国资源循环利用产值超过5 000万元的企业超过了2 800家,资源循环利用产业总产值超过1万亿元。根据中国资源综合利用协会测算,2009年我国综合利用粉煤灰约4亿t、煤矸石约3.6亿t、脱硫石膏约1 900万t,综合利用率分别为68%、68%和45%。2009年主要再生有色金属产量约633万t,超过了1998年全国有色金属的总产量(616万t),占当年10种有色金属总产量的24.3%左右,成为有色金属产业资源的重要补充。

1 粉煤灰的综合利用途径及产业化程度

粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物,粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一。现阶段我国年排渣量已达3 000万t,随着电力工业的发展,燃煤电厂的粉煤灰排放量还将逐年增加。大量的粉煤灰如果不加处理,就会产生扬尘,污染大气;若排入水系会造成河流淤塞,而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。因此,立足节约资源、减少污染,粉煤灰的处理利用成为了一个备受关注的领域。

以山西省为例,山西在现有市场条件下,每年可直接在建工、建筑生产上消耗掉2 000万t粉煤灰。2 000万t粉煤灰若能进入山西市场,可大量减少水泥生产、减少砂石开采,不仅节约一次性能源,也可降低GDP能耗,减少粉尘污染,同时降低二氧化碳排放量。更值得关注的是,粉煤灰的资源化还会产生巨大的经济效益。发电企业每排放1 t粉煤灰的运行成本平均不低于20元,而直接销售1 t粉煤灰的纯利润按20元计,整个山西省发电企业在排灰方面每年就可节省80亿元,用灰企业就可节约水泥400万t(120亿元),全省一年可创造200多亿元的经济效益。

粉煤灰的综合利用可以表现为以下几个方面。

1.1 粉煤灰烧结砖

烧结粉煤灰砖是以粉煤灰和黏土为主要原料,再辅以其他工业废渣,经配料、混合、成型、干燥及焙烧等工序而成的一种新型墙体材料。与普通黏土砖相比,烧结的粉煤灰砖具有保护环境、节约能耗、减轻建筑负荷、降低劳动强度等优点。

截止2010年8月3日,牡丹江中远实业集团责任公司投资1 000多万元建设的第7条粉煤灰砖生产线进入最后调试阶段,8月中旬投产,从而使该企业粉煤灰砖年产能增至1.5亿块。

蒸压粉煤灰砖是当前墙体改革的一个主要部分,是国家大力推广生产使用的一种节能新型环保墙体材料,属微孔结构,具有重量轻、保温隔热性能好的优点,是优良的墙体填充材料。太钢粉煤灰综合利用公司拥有10多年粉煤灰砖研究和生产历史,是国内最早开发粉煤灰墙体砖的企业之一,拥有成熟的粉煤灰制砖技术。2006年以来,太钢先后建成了生产30万m3蒸压加气混凝土砌块及2亿块蒸压粉煤灰生产线。其中,2亿块蒸压粉煤灰生产线是目前国内乃至国际最先进的制砖生产线,引进了德国拉科斯公司设备,采用机器人自动码坯技术,可生产高度200 mm以下各种多孔砖、实心砖块和砖。

目前太钢拥有两条粉煤灰砖生产线,粉煤灰综合利用率达到70%以上,年利用粉煤灰等废弃物52万t左右;新项目上马后,粉煤灰利用率将达到100%。世博会山西馆的外墙就是用4个品种、3076块粉煤灰砖砌成的。相对于传统建筑材料,粉煤灰砖优势明显:质量轻,保温隔热性能好。据测算,这种砖比传统建筑材料节能65%,是中国正大力推广生产使用的一种新型节能环保墙体材料。

包头东方希望新型环保建材公司是2009年成立的新公司,主要对东方希望包头稀土铝业公司产生的废弃物粉煤灰进行二次处理,生产的粉煤灰砖再用于东方希望集团在包头投资的项目建设中。该项目总投资1.2亿元,最终设计10条生产线,实现年产粉煤灰标砖6亿块,此项目将使希望铝业自备电厂70%的粉煤灰得到综合利用。

东方希望包头铝电一体化项目落户包头稀土高新区之后,围绕其上下游产业链需求,形成了以铝电为源头,电——铝——铝深加工、电——粉煤灰(脱硫石膏)——建材制品等循环产业链条,生产出铝锭、铝箔、铝板带、蒸汽、赖氨酸、粉煤灰砖等产品,呈现出多元化格局。其中铝液直接深加工为铝箔、铝板带,消除了铸造和二次重熔工序,从根本上降低了能源消耗和环境污染。

淮南是华东地区火电基地,现有洛河电厂、田家庵电厂、平圩电厂、田集电厂、凤台电厂5大发电厂,总装机容量已逾840万kw,每年产生粉煤灰500万t左右。平圩电厂是产生粉煤灰的大户,也是科学利用粉煤灰的大户。2009年,该电厂全年粉煤灰综合利用达到101.3万t,京沪高铁、京福高铁、淮蚌高速、三峡工程、杭州湾跨海大桥、临淮关水力枢纽工程等数10个重大工程都使用过平圩公司的粉煤灰及其制品。2009,淮南市生产粉煤灰砖10.31亿块,消化粉煤灰200多万t。

华电青岛发电有限公司对粉煤灰综合利用,年产粉煤灰砖3 000万块,近几年逐渐开始规模化生产。2010年前9个月该公司合计利用干灰、湿灰和炉渣66.5万t,利用率达到98%,实现产值2 542万元。据介绍,为了“消化”掉粉煤灰,华电青岛发电有限公司投资3 400万元引进了专门的处理系统,将粉煤灰燃烧后的烟尘利用电除尘过滤送到“灰库”进行分选,形成了年产30万t干灰的生产规模,目前粉煤灰已出口至韩国。同时他们投资5 000万元组建了华电新型建材公司,安装投产了20万m3加气混凝土砌块及粉煤灰承重砖生产线,目前该公司已实现粉煤灰的“零排放”。

1.2 粉煤灰陶粒

山西文峰集团拟规划建设6条粉煤灰陶粒生产线,主要是为了解决该公司建设的2×30万kw供热发电机组每年排放的60万t粉煤灰找出路。2008年底,第一条粉煤灰生产线投产运行,设备状况良好。目前用企业自备电厂的粉煤灰,已生产出10万m3粉煤灰陶粒,现场堆存约5万m3。粉煤灰陶粒生产线具有吃灰量大(100%粉煤灰)、无任何添加剂、有吸尘装置、无二次污染、自动控制等优点。由粉煤灰废物利用加工而成的“小石头”具有重量轻、强度高、导热系数低、耐火、抗渗、吸音等特点。

目前在山西上马粉煤灰陶粒生产线,成本不超过30元/t,而山西当前开采砂石的成本则远高于30元/t。根据现有的粉煤灰陶粒生产线的产能分析,山西省上马350条生产线(每条年处理粉煤灰8万t,生产粉煤灰陶粒10万m3)可以解决2 800万t含碳量较高、品质差、无需加工的原状灰,同时可生产出粉煤灰陶粒3 500万m3。不算前期买地与灰场建设成本,山西省每年2 800万t粉煤灰倒掉的运行成本为5.6亿元。如果把2 800万t粉煤灰加工后成为粉煤灰陶粒,就成了3 500万m3新型建材基料。以粉煤灰陶粒替代现有的石子和粗砂石的平均价格60元计算,粉煤灰陶粒以60元的价格出售,产值是21亿元。开采石料,不仅破坏植被,污染环境,还要消耗人力、财力与一次能源。据估算,3500万m3粉煤灰陶粒进入山西省建筑市场,可节约运行和开采成本14亿元。

1.3 粉煤灰水泥和粉煤灰混凝土

粉煤灰主要由活性Si O2和Al2O3组成,因而可替代黏土组分配料用于水泥生产。用粉煤灰生产水泥不仅具有经济效益,还具有社会效益。目前,国内已研制出硅酸三钙水泥、硫铝酸钙水泥、低密度油井水泥、早强型水泥等,有的水泥中粉煤灰的掺量可达75%。此外,由于粉煤灰中含有一定量的未能燃烧的碳粒,所以,用粉煤灰配料还能节省燃料。

粉煤灰混凝土泛指掺加粉煤灰的混凝土。实践证明,在配制混凝土混合料时掺入一定数量和质量的粉煤灰,可达到改善混凝土性能、节约水泥、提高混凝土制品质量和工程质量、降低制品生产成本和工程造价的目的。

宝钢采用磨粉机械处理粉煤灰,开发出了新型墙体材料、混凝土和砂浆掺和料,研制的海工混凝土掺合料、长江隧道专用掺合料、新型钢包保温材料等新产品填补了国内空白。根据目前磨粉机的技术发展情况,大型超细磨粉机已经能够实现对物料的一次性超微粉加工,经磨粉机处理后的粉煤灰材料,粒度均匀,表面活性提高,直接掺加在混凝土中可以节省大量的水泥原料;改善混凝土拌和物的和易性;增强混凝土的可塑性和稳定性。有关水泥生产企业已按照8%的比例,将粉煤灰掺入不同品种水泥熟料中制成成品水泥。粉煤灰已经广泛应用于混凝土掺和料、空心砌砖、陶瓷和建筑工程回填料。随着对粉煤灰的开发利用空间越来越宽阔,对相应的磨粉机技术水平要求也越来越高,市场上传统的雷蒙磨粉机、球磨机已经不能满足工业生产中对处理能力和细度的需要,新型的立式磨粉机、高压悬辊磨粉机和梯形磨粉机以其新的技术成果和方便高效的使用性能必将成为磨粉机使用的主流设备。

北元第二新型环保制品有限公司是北方联合电力有限公司下属的专门为其所属各电厂提供粉煤灰综合利用配套的环保企业,该企业的二期生产线2010年8月投产,将消化吸收包头二电厂绝大部分粉煤灰废弃物,实现年生产粉煤灰蒸压砖2.4亿块、粉煤灰加工混凝土砌块20万m3。该项目每年可节约黏土资源63万m3,减少生产黏土砖用地和粉煤灰堆放占地47 ha,节约烧砖用煤2.2万t,利用废水12万t,节电643万kw·h。

1.4 提取二氧化硅和氧化铝

成立于2006年的朔州高新技术研发中心,集中进行粉煤灰、高岭土、煤矸石开发利用研究。现在研发中心已取得6项国内专利、1项国际专利,其中粉煤灰提取二氧化硅和氧化硅新技术已达到国际领先水平。该研发中心的粉煤灰提取白炭黑、氧化铝项目已经完成试验,20万t粉煤灰可提取白炭黑4万t、氧化铝9万t,年经济效益约8 000万元。

1.5 粉煤灰造纸

投资1.4亿元的荆门嘉信公司从粉煤灰中提取无机纤维素,一年可消化10万t粉煤灰,生产1万t高强度包装纸和2万t无机纤维(岩棉)。与传统的用废纸浆、草浆、木浆造纸方法相比,用粉煤灰造纸,每吨纸浆成本降低一半。质量优于普通纸。荆门嘉信科技发展有限公司表示,这种新型节能材料,目前仅在上海、福建和荆门3地生产。主要的原材料就是钢渣、粉煤灰、还有焦碳,部分玄武岩和白矸石。这些原料通过高温熔炉熔炼以后,成为液体,再通过甩湿机将其变成一种超细的纤维,这种纤维主要用于制作保温材料,还可制作造纸的纸浆。

1.6 粉煤灰用于污水处理

粉煤灰可有效除去富营养型湖泊表层水和间隙水中的磷酸酶;粉煤灰制成的絮凝剂、高分子筛和过滤介质等,对造纸、电镀、印染、中草药等行业产生的废水具有一定的净化作用,还可利用不同p H值的粉煤灰处理酸性和碱性废水。将粉煤灰与黏性材料相混合,当粉煤灰掺入量在5%~30%之间时,可以制得渗透性极小的衬里材料。当粉煤灰渗入量为20%时,该混合材料可被用作废水处理装置的衬里和覆盖物。

1.7 粉煤灰用于噪声防治

将70%粉煤灰和30%硅质黏土材料及发泡剂等混合后,经二次烧成工艺可制得粉煤灰泡沫玻璃。这种玻璃具有耐燃防水、保温隔热、吸音隔音等优良性能,可广泛用于建筑、化工、食品和国防等部门的隔热保温、吸声和装饰等工程中。

此外粉煤灰还可用于烟气脱硫。因粉煤灰中含较多的碱性氧化物,水溶液呈碱性,因此可用于烟气脱硫。粉煤灰也可改良土壤,使小麦增产;粉煤灰还可以生产肥料,防治作物的病虫害,提高作物的抗旱和抗灾性。现已利用粉煤灰开发出粉煤灰磷肥、硅复合肥等。

2 煤矸石的综合利用及产业化程度

煤矸石是在煤的掘进、开采和洗选过程中排出的固体废物。煤矸石弃置不用,占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾,或在雨季崩塌,淤塞河流造成灾害。中国积存煤矸石达10亿t以上,每年还将排出煤矸石1亿t。为了消除污染,自20世纪60年代起,很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。

2.1 回收煤炭和黄铁矿

通过简易工艺,从煤矸石中洗选出好煤,通过筛选从中选出劣质煤,同时拣出黄铁矿,或从选煤用的跳汰机——平面摇床流程中回收黄铁矿、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作动力锅炉的燃料,洗矸可作建筑材料,黄铁矿可作化工原料。

2.2 用于发电

主要用洗中煤和洗矸混烧发电。我国已用沸腾炉燃烧洗中煤和洗矸的混合物发电。炉渣可生产炉渣砖和炉渣水泥。所用中煤和矸石的混合物,一般每千克热量为14 700 k J;火力不足时,用重油助燃。

位于内蒙古自治区鄂尔多斯市的京泰发电公司一期工程2010年8月竣工,该项目建有两台300 Mw的煤矸石发电机组。该项目由北京能源投资(集团)有限公司控股。京泰发电项目一期工程于2008年6月获得国家发改委核准,当年8月开工,由京能集团和内蒙古伊泰集团、广东粤电集团共同建设,投资达27.5亿元。据介绍,这是一个集井口电站、煤矸石综合利用、煤电联营优势于一体的循环经济项目,达到业界领先水平。

2.3 制造建筑材料

煤矸石代替黏土作为制砖原料,可以少挖良田。烧砖时,利用煤矸石本身的可燃物,可以节约煤炭。煤矸石可以部分或全部代替黏土超细磨粉机研磨用于生产普通水泥。自燃或人工燃烧过的煤矸石,具有一定活性,可作为水泥的活性混合材料,生产普通硅酸盐水泥(掺量小于20%)、火山灰质水泥和少熟料水泥。还可直接与石灰、石膏以适当的配比,磨成无熟料水泥,可作为胶结料,以沸腾炉渣作骨料或以石子、沸腾炉渣作粗细料制成混凝土砌块或混凝土空心砌块等建筑材料[1]。

开滦新型建材公司所生产的煤矸石烧结砖,煤矸石比例达到95%,按国家每生产1万标块砖用煤不能超过0.8 t的标准,那么新型建材厂用煤矸石每年生产1亿标块,就节约8 000 t煤。而且,煤矸石烧结砖在生产过程中,还会有很多余热产生,新型建材公司把剩余热量收集起来用于冬季取暖,这些余热还可以对湿砖进行干燥,加快生产周期。

据悉,到2010年我国建筑节能将达到50%。新型建材厂生产的煤矸石烧结砖本身就具有节能的效果,煤矸石烧结砖的导热系数是0.411,比普通黏土砖的导热系数要低一倍,这样冬天散热慢,就会减少暖气的流失,由此就可以减少取暖所用的原煤消耗,夏天减少空调冷气的流失,又可以节约用电。这将给新型建材公司带来巨大的机会。

福建清流县大成新型砖业有限公司对废弃的煤矸石、页岩经过破碎加工、筛选等十几道工序,生产出一块块规格统一、外形美观的新型砖材。该公司拥有工艺先进的隧道窑生产线,年产新型砖约4 000万块,其中煤矸石的掺加量达七成,年消耗煤矸石12.5万t,而且整个煅烧、烘干过程所需热能均来自煤矸石自身含有的热能,既减少尾矿堆放的污染,又节约煤炭资源,实现生态效益、生产效益“双赢”。

福建红火水泥有限公司厂区,利用工业废渣生产水泥熟料,每年能利用工业废渣超过50万t,其中煤矸石40万t、废氟石膏10万t,同时利用水泥余热每年发电5 500万kw·h,节省大量的煤炭资源。

陕西省韩城各个煤矿在生产过程中排放的煤矸石,每年高达2 000万t。废弃的煤矸石堆积如山,不仅占用了大量的土地,还严重污染了周边的环境。2009年8月,柏忠新型建材公司第一条自动生产线建成投产,生产5 000万块烧结砖,每年消耗煤矸石20万t,主要生产普通烧结砖、多孔砖、非承重空心砖等系列产品。如今,企业年销售额可达1 800万元,安排80多名劳动力就业,也解除了象山煤矿煤矸石排放难题。利用煤矸石烧结砖不但节省土地,而且一年节约标准煤6 000 t左右,减少二氧化硫排放180 t,还可节约资金200多万元,余热循环利用可以给厂区办公生活及日光温室供暖,可使居民生活能耗下降35%。烧结砖经过高强度真空挤压和高温窑炉焙烧工艺,强度达到普通黏土砖的两倍以上,而且形状规整,损耗极低,结实耐用。

2.4 用于造纸

2008年陕西工业技术研究院开发研制的工业废料生产造纸纤维技术成果取得重大进展。该技术采用工业固体废弃物为原料,如煤矸石、发电厂粉煤灰、炼钢及冶炼企业钢渣、金属废渣、油页岩废渣等经高温溶化后进行纤维成型处理,再经改性、软化、漂白、除渣等工艺过程,生产出的无机纤维可用于替代植物纤维,生产纸及纸板产品。用于造纸的无机纤维与传统的矿物纤维不同,其纤维几何尺寸非常适合造纸生产,如极细的纤维宽度(2~5μm)和较长的长度(1~2μm),纤维长度介于针叶木和阔叶木纤维之间,宽度为阔叶木纤维的十分之一,长度比为200以上;纤维白度可达65°以上,纤维的水分散性及交织性能良好。

煤矸石还可用来生产造纸级涂料产品,这不仅是煤炭科技进步的方向之一,也是增加煤矿经济效益的有效途径。用煤矸石造纸的一个关键流程在于原料的墨粉环节,煤矸石经过超细磨粉机加工之后,出料为350目以上的超细粉,经过特殊工艺的处理,使超细粉与15%的聚乙烯和5%胶合剂充分混合,成品即为“石头纸”。

3 尾矿的综合利用及产业化程度

尾矿是指金属或非金属矿开采出的矿石,经过矿厂选出有价值的精矿后排放的废渣。据有关部门统计,目前我国尾矿堆积量已高达80.51亿t。尾矿库指筑坝拦截谷口或围地构成的,用以堆存尾矿或其他工业废渣的场所。是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。在商洛地区的秦岭腹地,残留着的许多尾矿长期堆放,不仅消耗资金,而且破坏秦岭植被,其中的某些有毒元素还会造成污染。

总体来看,我国现有尾矿库12 718座,其中在建尾矿库为1 526座,占总数的12%,已经闭库的尾矿库1 024座,占总数的8%,截至2007年,全国尾矿堆积总量为80.46亿t。尾矿的大量堆积带来资源、环境、安全和土地等诸多问题。我国矿产资源80%为伴生矿,由于我国矿业起步晚,技术发展不平衡,不同时期的选冶技术差距很大,大量有价值的资源存留于尾矿之中。例如,我国铁矿尾矿的全铁品位平均为8%~12%,有的甚至高达27%。以当前铁尾矿总堆存量45亿t计算,尾矿中相当于存有铁5亿t左右。我国黄金尾矿中含金量一般为0.2~0.6 g,以当前总堆存量5亿t计算,其中尚含有黄金300 t左右。尾矿中的非金属矿物不但存量巨大,而且有些已经具备高附加值应用的潜在特性。随着技术的进步其潜在价值将远远超过金属元素的价值。这些尾矿资源如不能综合回收利用,将造成巨大浪费。我国工业固体废弃物综合利用率在60%左右,而金属尾矿的综合利用率平均不到10%,相比之下,尾矿的综合利用大大滞后于其他大宗固体废弃物。尾矿已成为我国工业目前产出量最大、综合利用率最低的大宗固体废弃物。

根据《金属尾矿综合利用专项规划(2010~2015)》,我国尾矿综合利用率将从目前的10%增加到2015年的20%。尾矿综合利用率5年内将提高10%,这是史无前例的速度,预计这块蛋糕产值将超过100亿元,为化工行业发展循环经济、实现资源综合利用带来了难得的机遇。

3.1 尾矿回收

攀枝花铁矿年产铁矿石1 350万t,从铁尾矿石中回收了钒、钛、钴、金等多种有色金属和稀有金属。攀钢密地选矿厂每年产生尾矿近750万t,尾矿中的二氧化钛品位为8%~9%,折合品位47%的钛精矿有近140万t。但目前攀钢钛精矿回收能力只有30万t左右,尾矿中的钛铁矿回收率只有21%左右。可见,钛精矿回收还有相当大的潜力。根据攀钢未来发展规划,2010年,攀钢从尾矿中回收钛精矿达到50万t[2]。

3.2 尾矿利用

随着我国基础建设的加快,每年预拌混凝土消耗的骨料——天然碎石和卵石至少6亿t,石砂约4亿t,需要大量的山体开采和河道挖掘,因此导致环境恶化和资源进一步匮乏。天津港保税区航保商品混凝土供应公司利用采矿区的废弃物——铁尾矿砂石代替天然砂石生产预拌混凝土,已经获得成功。此举仅在该公司每年即可吃掉铁尾矿30万t,将极大程度地减少尾矿堆放占地,实现变废料为资源,助推商品混凝土生产的“绿色化”。该公司应用的铁尾矿砂石生产的预拌混凝土,已经应用到房建工程、市政工程、水运工程等建设项目中。经有关部门检测和建筑施工人员反映,采用这种方法生产的预拌混凝土的和易性、可泵性良好,混凝土外观质量和力学耐久性指标性能优良。采用铁尾矿砂石作为骨料至少可替代50%的天然砂石。若在预拌混凝土行业内推广,每年至少将减少3亿t天然石和2亿t天然砂的开采,实现变固体废弃物为资源化的减排目标。

商洛尧柏秀山水泥有限公司先后与南京工业大学等进行合作,分别展开了“利用铅锌尾矿生产低碱优质硅酸水泥熟料”项目、“利用工业废渣生产高性能砼新材料”项目。2006年元月,“利用铅锌尾矿生产低碱优质硅酸盐水泥熟料”项目获得成功,进入工业化生产。据统计,截至2010年4月底,该公司共生产水泥285.34万t,其中用于生料配料中的铅锌尾矿及废渣共消耗大约48.63万t,用于水泥混合材中的尾矿及废渣消耗31.97万t,建筑垃圾共消耗10万t,消耗各类“三废”总计100万t左右,固体废弃物的掺入量占水泥生产材料总量的31%。为工业废弃物综合利用和发展循环经济探索出一条有益途径[3]。

福建省三明市尤溪县金东矿业有限公司已投入2 000万元,建成选矿废水净化循环利用系统和尾矿回收利用项目,一方面实现了生产废水零排放;另一方面,尾矿回收利用项目的生产设备及生产工艺正进入中试生产阶段。2009年共回收尾矿10万t,铅金属回收率达80%以上,锌金属回收率达88%以上,仅此项创产值3 000多万元,上缴税收700万元。

3.3 尾矿利用中存在的困难

长期以来,尾矿再利用产业之所以裹足不前,一是因为缺少适用于尾矿的技术;二是缺乏尾矿再利用的特殊政策。对于前者,工信部一直以来就在开展对相关技术的引导和扶持,工信部官员表示,“目前尾矿再利用已经形成了技术上的可行性。”对于后者,市场需要的扶持政策包括,加强开发准入管理;支持企业开展技术攻关和技术改造;减免资源税费等。

4 脱硫石膏的综合利用和产业化程度

2006年我国共消耗11.65亿t电煤,而我国的煤炭含硫量较高,平均达1%~2%,从而每年因燃烧要排放1 000万t以上的二氧化硫,造成经济损失达2 000亿元以上,而其中燃烧发电就是最大的二氧化硫的排放者。因此我国政府十分重视燃煤电厂烟气脱硫的环保措施,从2003年起,国家发改委审批的新建燃煤电厂,如果燃煤含硫量大0.7%以上,就必须安装烟气脱硫装置;已建成的燃煤电厂也必须要逐步安装烟气脱硫装置。因此,到2007年底,我国已有2.7亿kw的燃煤发电机组安装了烟气脱硫系统。根据我国电煤的含硫量,2010年之后,每年将要排放近亿吨副产品——脱硫石膏。另外,我国年产磷肥1 100万t,每年还要排放与脱硫石膏同属滑雪石膏的磷石膏4 000万t,并且磷石膏多年的蓄积已达数亿吨。2007年我国天然石膏的产量为5 000多t(其中3 500万t用于水泥缓凝剂、其它则转化为半水石膏粉或纸面石膏板、石膏砌块等);即使全部用化学石膏取代天然石膏,仍可能有几千万吨的脱硫石膏和磷石膏无法利用。因此,如果不对化学石膏的处理技术加以创新、开拓新的用途,进行全面的综合利用,必定会造成二次污染。

对于脱硫石膏的综合利用主要有以下途径。

4.1 生产石膏砌块

脱硫石膏砌块是以脱硫石膏为主的一种新型墙体材料,石膏砌块具有自重轻、强度高、外型整齐、表面光滑、防火、隔热、隔声并可吸收空气中的超时介质等优点,并具有可锯、可钉、可钻、可刨等易加工特性,可以实现施工的干法作业,是一种新型的绿色环保建材。2006年我国新型墙体材料产销量为5.75亿m3,假如其中5%(约3 000万m3)由石膏砌块取代,每年可转化2 000万t脱硫石膏。

4.2 石膏砂浆

新型石膏砂浆与传统的水泥石灰类砂浆相比,具有轻质、高强、节能等特点,且粘结性能较好,不易起壳和开裂。由于石膏本身具有很好的和易性、可塑性,同时导热系数小,具有一定的保温性能,因此可以有效解决各类墙体的保温问题。目前,北京的石膏砂浆市场已成熟,每年销售量达15万t左右,价格为每吨500元(未掺砂);另外,天津、山西、河北、辽宁、吉林、黑龙江、上海等地区的大中城市应用也很广泛。

4.3 纸面板石膏

近10年来,在纸面石膏板的引导下,石膏深加工产品市场得到了飞速发展,其产品原料的比例已从10年前仅占我国石膏矿产量的10%左右提高到2007年的30%;1997年我国大陆年产纸面石膏板8 200万m2,而到2007年的年产量已达到约9亿m2,年产量的平均增长幅度达到了30%,从而成为当前建筑石膏最主要的用途,但规模较大的一些纸面石膏板生产厂家都是自己生产建筑石膏,形成制粉、制板一条龙生产线。因此,筹建大型建筑石膏生产企业,首先要考虑是否有大的用户。现在我国纸面石膏板已进入市场成熟期,纯利润仅有5%左右;整个市场“北新建材”占据半壁江山,生产厂遍布全国;几家外国跨国公司瓜分市场的15%,不到35%的市场由400多家的中小企业竞争,从而使这些中小企业举步维艰,濒临破产;因此,一般企业已很难再进入纸面石膏板的市场。

4.4 用于制作路渣和高附加值的脱硫石膏等

自流平石膏是自流平地面找平石膏的简称,能在混凝土楼板上自动流平,即在自身重力作用下形成平滑表面,成为较理想的建筑物地面找平层,是铺设地毯、木地板和各种地面装饰材料的基层找平材料。在浇灌24 h后,即可在上面行走,48 h后可以在上面进行作业。干燥后,一般不需进行修整,其平整度即能达到要求,既减少了楼地面重量,又节省了大量粘合剂。自流平石膏在日本和西欧国家应用比较普遍,我国大概每年有1 000万t市场需求。

4.5 用作水泥缓凝剂

牡丹江中远实业集团责任公司投资1 600多万元的脱硫石膏综合利用项目已完成生产设备选型工作,建成投产后,可年产4.8万t脱硫石膏,其初级产品水泥缓凝剂可以作为120万t水泥生产的辅助材料[4]。

此外,脱硫石膏还可以制作路渣和高附加值脱硫石膏等。

5 秸秆的综合利用和产业化程度

我国既是粮食生产大国,也是秸秆生产大国。每年生产5亿t粮食,生产7亿t秸秆。在传统农业条件下,有5亿t秸秆白白腐烂和烧掉。这就等于浪费了生产5亿t秸秆的耕地、淡水和其他农业投入品等资源。

我国在引进消化吸收国外先进技术的基础上,通过自主创新,在秸秆机械化收获、粉碎、打捆、转移等秸秆田间机械化处理技术领域取得了一大批成果,开发了一系列具有自主知识产权并适合我国国情的各种类型、不同规格的秸秆还田粉碎机和打捆机、压块机、青贮机等,相关机具的技术和制造水平均接近国际先进水平。

秸秆的综合利用有以下几种途径。

5.1 秸秆肥料

秸秆还田技术主要包括秸秆机械粉碎还田、保护性耕作、快速腐熟还田、堆沤还田以及生物反应堆等方式。

粉碎后还田主要是将收获后的农作物秸秆粉碎后翻埋或覆盖还田。将秸秆机械化粉碎还田能够节省劳力,增加土壤有机质,改善土壤结构,具有便捷、快速提高土壤保水保肥性能,适用于玉米、小麦产区。耕作具有保护性,具有防治农田扬尘和水土流失、蓄水保墒、培肥地力、节本增效等作用。快速腐熟还田主要利用微生物菌剂对农作物秸秆进行发酵腐熟直接还田。南方地区适宜推广稻田秸秆腐熟还田技术、墒沟埋草耕作培肥技术,北方地区适宜推广秸秆粉碎腐熟还田技术、秸秆沟埋腐熟还田技术。堆沤还田则适用于秸秆产量丰富的粮食产区和环境容量有限的地区进行推广,尤其是环境问题比较突出的城乡结合部。秸秆生物反应堆主要是将农作物秸秆加入一定比例的水和微生物菌种、催化剂等原料,发酵分解产生二氧化碳。该技术方便简单,运行成本低廉,增产增收效果明显,适用于从事温室大棚瓜果、蔬菜等经济作物生产的农户应用。

5.2 秸秆饲料

秸秆饲料利用主要指通过利用青贮、微贮、揉搓丝化、压块等处理方式,把秸秆转化为优质饲料。青贮、微贮是指利用贮藏窖等,对秸秆进行密封贮藏,经过一定的物理、化学或生物方法处理制成饲料,饲喂牛、马、羊等大牲畜,并将其粪便还田,即过腹还田。对提高秸秆饲料的营养成分等作用显著,具有简单易行、省工省时,便于长期保存,全年均衡供应饲喂等特点。

5.3 秸秆能源

秸秆能源化利用技术主要包括秸秆沼气、秸秆固化成型燃料、秸秆热解气化、直燃发电等方式。

秸秆沼气是指以秸秆为主要原料,经微生物发酵作用生产沼气和有机肥料的技术。该技术充分利用稻草、玉米等秸秆原料,有效解决了沼气推广过程中原料不足的问题,使不养猪的农户也能使用清洁能源。

秸秆固化成型燃料是指在一定温度和压力作用下,将农作物秸秆压缩为棒状、块状或颗粒状等成型燃料,从而提高运输和贮存能力,改善秸秆燃烧性能,提高利用效率,扩大应用范围。秸秆成型后,体积缩小6~8倍,密度为1.1~1.4 t/m3,能源密度相当于中质烟煤,使用时火力持久,炉膛温度高,燃烧特性明显得到改善,可以代替木材、煤炭为农村居民提高炊事或取暖用能,也可以在城市作为锅炉燃料,替代天然气、燃油。

秸秆热解气化是以农作物秸秆、稻壳、木屑、树枝及农村有机废弃物等为原料,在气化炉中缺氧的情况下进行燃烧,通过控制燃烧过程,使之产生含一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体作为农户的生活用能。该技术主要适用于以自然村为单位进行建设。

秸秆直接燃烧发电技术是指秸秆在锅炉中直接燃烧,释放出来的热量通常用来产生高压蒸汽,蒸汽在汽轮中膨胀做功,转化为机械能驱动发电机发电。该技术基本成熟,已经进入商业化应用阶段,适用于农场以及我国北方的平原地区等粮食生产区,便于原料的大规模收集。

河南商丘三利新能源有限公司利用“热解炭化综合利用技术”,让收购价300元1 t的秸秆转化成300 kg生物质炭、850 m3生物质燃气、30 kg生物质焦油、250 kg木醋酸原液,综合效益达到1 400多元。并且利用这些产品,深加工出了工业炭、炭基复合肥、液体肥料、沥青、柴油、电、生物质杀虫剂和杀菌剂、污水处理剂等,综合效益又提高到3 200多元。与现有的秸秆气化、秸秆发电、秸秆乙醇等秸秆利用方式相比,三利公司的秸秆热解技术,在建设投资、热能利用率、清洁环保、技术实用性、成本效益等方面,具有明显优势。

5.4 食用菌基料

食用菌是真菌中能够形成大型子实体并能供人们食用的一种真菌,食用菌以其鲜美的味道、柔软的质地、丰富的营养和药用价值备受人们青睐。由于秸秆中含有丰富的碳、氮、矿物质及激素等营养成分,且资源丰富,成本低廉,因此很适合做多种食用菌的培养料,通常由碎木屑、棉籽壳、稻草和麦麸等构成。目前,利用秸秆栽培食用菌品种较多,有平菇、姬菇、草菇、鸡腿菇、猫木耳等十几个品种,而有些品种的废弃菌帮(袋)料可以作为另一种食用菌的栽培基料,提高了生物转化率,延长了利用链条,减少了对环境的污染。

5.5 秸秆活性炭

秸秆的炭、活化技术是指利用秸秆为原料生产活性炭技术,因秸秆的软、硬不同,可分为两种生产加工方法。软秸秆如稻草、麦麸、稻壳等,可采用高温气体活化法,即把软秸秆粉碎后在高压条件下制成棒状固体物,然后进行炭化,破碎成颗粒,通过转炉与900℃左右水蒸气进行活化造孔,再经过漂洗、干燥、磨粉等工艺制成活性炭。硬度较高的秸秆,如棉柴、麻杆等,可采用化学法。即把硬质秸秆粉碎成细小颗粒状,筛分后烘干,水份控制在25%左右。经过氯化锌、磷酸、盐酸等,配置成适合的波美度和p H值溶液浸泡4~8 h,进行低温炭化(250~350℃)和高温活化(360~450℃),再经回收(把消耗的原料析出再经过煮、漂洗、烘干、筛分、磨粉等工艺)制成活性炭。

5.6 秸秆纤维

秸秆纤维作为一种天然纤维素纤维,生物降解性好,可以作为工业原料,如纸浆原料、保温原料、包装材料、各类轻质板材的原料,可用做包装缓冲材料、编制用品等,或从中提取淀粉、木糖醇、糖醛等。其中用于造纸纤维原料的秸秆为禾草类,包括稻草、麦秆、高粱杆、玉米杆等。其中,麦秸是造纸重要的木纤维资源,其他秸秆尚未大量使用。造纸用麦秸占总量的30%以上,主要集中在麦秸主产区的河南、安徽、山东、河北等省。

资料显示,2010年咸阳市共投入400多万元用于小麦秸秆捡拾打捆机具购置补贴,新增小麦秸秆捡拾打捆机80台,全市总共达到256台。新型农业机具的推广,使得农民自己捡拾或焚烧秸秆的热情已不复存在,昔日关中农民用来烧锅点炕的麦秆秆已变成带有高附加值的金蛋蛋。

江苏省江阴市2009年共生产稻麦油秸秆19.63万t,其中可收集秸秆资源量16.12万t。江阴市根据本地实际情况通过6种途径对秸秆进行综合利用:一是秸秆机械化还田。利用全市农业机械化程度较高的优势,实施秸秆机械化全量或半量还田。全市完成稻麦油秸秆机械化还田23.13万亩,利用秸秆7.7891万t,占农作物秸秆总量的48.3%;二是覆草利用。全市实施秸秆异地覆盖2.25万亩,共利用秸秆1.1 868万t,占农作物秸秆总量的7.4%;三是稻麦双套利用。全市共推广应用稻麦双套4.25万亩,利用秸秆1.3 255万t,占农作物秸秆总量的8.2%;四是秸秆作为饲料和食用菌基料。利用秸秆2 503 t,约占秸秆总量的1.6%;五是秸秆发酵生产商品有机肥料。利用秸秆2 831 t,占农作物秸秆总量的1.8%;六是秸秆能源化利用。依托秸秆、垃圾混合焚烧发电项目,已建成秸秆集中收集点4个,共收集水稻秸秆1.135万t,占农作物秸秆总量的7%。秸秆气化及秸秆固化成型项目收集所在村周边农户的水稻秸秆4 500 t,占农作物秸秆总量的2.8%。农村农民日常生活燃料使用农作物秸秆总量3.6 936 k W·h,占农作物秸秆总量的22.9%。

我国每年秸秆产量近7亿t,秸秆数量大、种类多、分布广。近年来,在国家有关部门和地方政府积极推动和支持下,秸秆综合利用取得了显著成果,在一定程度上减少了秸秆焚烧现象。但是,秸秆综合利用仍然存在利用率低、产业链短和产业布局不合理等问题。

6 政策建议

对固体废弃物进行综合利用,在减少污染的同时,也节约了能源,对于我国循环经济的推进和可持续发展起到了非常重要的推动作用。如果要强力推广废弃物综合利用的新技术,必须从根本上转变观念,由被动变为主动,另一方面也需要国家在政策扶持和法律法规上给予大力度的完善和保障。

6.1 改变观念应从政府做起

政府应该制定鼓励固体废弃物处理产业化发展的产业扶植政策和产业调整政策,出台财政、税收、融资、生产、流通、销售等相关配套政策,从而形成有利于固体废弃物处理产业化发展的产业政策环境,推进产业化发展进程。把固体废弃物处理由社会公益事业性质的政府行为,转变为企业的社会服务性质的经济行为。

6.2 抓住市场和企业这两个主体

促进资源综合利用技术产业化,有赖于政府的大力支持,同时也离不开企业这个主体的参与。企业在参与的过程中,可利用制度经济学原理,将“外部性内部化”,使生产过程中产生的废弃物的处理,比如排污与再利用,对环境的保护与破坏形成有边界、可核算的成本与效益,刺激企业注重资源的回收利用,达到零排放的同时,变废为宝。

6.3 金融机构提供相应的信贷创新

金融机构对国家、省级循环经济示范试点园区、企业,应积极给予包括信用贷款在内的多元化信贷支持。应尽快开发出与循环经济有关的信贷创新产品,拓宽抵押担保范围,创新担保方式,研究推动应收账款、收费权质押以及包括专有知识技术、许可专利及版权在内的无形资产质押等贷款业务。

6.4 建立法治保障体系

对于已经制定的《固体废物污染环境防治法》,应增加对资源综合利用产业化方面细化分类,加强指导力度;应抓紧制定《可再生能源法》与《节约能源法》(已制定)配套规范性文件,要适时开展一些环境和资源领域法律的修改工作,比如《环境保护法》、《矿产资源法》、《大气污染防治法》、《煤炭法》、《电力法》等,促进资源综合利用专业化的发展,节能减排,使我国的经济发展尽快步入“资源消耗低、环境污染少、资源优势得到充分利用”的新型工业化道路。让我们的国家在实现富强的同时,我们的家园也能够山更清、水更秀、天更蓝。

参考文献

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[2]刘永光,王晓雷.铁尾矿资源化综合利用发展[J].现代矿业,2010,(2).

[3]袁玲,孟扬,左玉明.黄金矿山尾矿资源回收和综合利用[J].黄金,2010,(2).