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2023-07-08   　 來源：桂林鴻程礦山設(shè)備制造有限責(zé)任公司  　>>進(jìn)入該公司展臺(tái)　

礦渣磨粉設(shè)備廠家桂林鴻程致力研發(fā)生產(chǎn)各類渣類磨粉設(shè)備，如礦渣立磨，鋼渣立磨，水渣立磨，爐渣立磨，鋰渣磨粉設(shè)備，煤渣磨粉機(jī)，氣化渣磨粉機(jī)，建筑廢渣磨粉機(jī)等磨粉設(shè)備。目前煤氣化渣資源化利用主要在水泥和混凝土填料、碳材料開發(fā)利用、工業(yè)材料等方面，本文主要從煤氣化渣來源危害、理化特性、工藝影響、現(xiàn)狀潛力等角度進(jìn)行系統(tǒng)剖析，并提出了煤氣化渣在制備水泥和混凝土、制磚、吸附、農(nóng)業(yè)等方面的后續(xù)研究與應(yīng)用展望，以期為煤氣化渣資源化利用提供參考，希望對(duì)朋友們有所幫助。

1.在鍋爐摻燒方面的應(yīng)用

煤氣化細(xì)渣較粗渣含碳量高，熱值一般在8.37 MJ/kg，但低于現(xiàn)在工廠大多配套的循環(huán)流化床鍋爐的入料***熱值14.64 MJ/kg，目前主要與燃料煤按一定比例在鍋爐摻燒，與鍋爐運(yùn)行狀態(tài)和氣化細(xì)渣含碳量、水分有關(guān)[36]。

徐文靜[37]將煤氣化細(xì)渣與煤摻混進(jìn)行熱重分析，發(fā)現(xiàn)氣化細(xì)渣和煤摻燒存在著一定協(xié)同效應(yīng)，摻混煤的比例越高，其可燃性和綜合燃燒特性越好。DAI等[38]采用熱重分析了煤氣化細(xì)渣燃燒和煤氣化細(xì)渣與煤混合燃燒特性，分別測(cè)試其在煤粉爐和流化床爐中的可燃性，結(jié)果表明，煤氣化細(xì)渣的碳含量大于40%，熱值大于16 MJ/kg，此外，煤氣化細(xì)渣的燃燒性質(zhì)比***煤差，接近于高灰煤，且有一定的選擇性，共燃具有協(xié)同效應(yīng)；在煤粉爐中燃燒溫度大于900 ℃，氧氣體積分?jǐn)?shù)大于10%時(shí)，煤氣化細(xì)渣可以充分燃燒，比在流化床爐中燃燒***。

綜上，煤氣化渣應(yīng)用于鍋爐摻燒方面技術(shù)上具有可行性，但實(shí)際應(yīng)用于鍋爐摻燒，還要考慮經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)鍋爐燃燒效率和長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)摻燒對(duì)鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響等。鍋爐摻燒是就地解決煤氣化渣的有效途徑，可減少化工廠運(yùn)輸***，利用煤氣化渣的熱值，實(shí)現(xiàn)煤氣化渣的減量化，減少環(huán)境污染。

2. 在水泥和混凝土填料方面的應(yīng)用

煤氣化渣在建筑材料方面的應(yīng)用主要包括制備水泥、混凝土填料、陶粒、墻體材料以及磚材等，其中制備水泥、混凝土是煤氣化渣規(guī)模化消納的重要途徑。因?yàn)槊簹饣邪罅康幕钚許iO2和Al2O3，因此可作為水泥和混凝土的骨料和摻合料，但使用時(shí)其燒失量要求低于10%(GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》)。

劉開平等[39]探討煤氣化渣應(yīng)用于水泥混凝土的可行性，比較了摻加氣化粗渣混凝土與普通混凝土的性能，發(fā)現(xiàn)摻加研磨后粗渣的混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于基準(zhǔn)混凝土，原因是大量非晶態(tài)活性物質(zhì)在水化過程中生成了硅酸鈣凝膠，增加了混凝土的強(qiáng)度，同時(shí)摻加氣化渣可以減小混凝土干縮率，研磨前后粗渣混凝土較基準(zhǔn)混凝土***終干縮率分別降低了13.0%、3.5%。盛燕萍等[40]***摻加20%的煤氣化渣的水泥穩(wěn)定碎石干密度為2.46 g/cm3，含水量為6%，煤氣化渣可取代水泥中的部分礦物成分用于道路基層材料，且有利于水化產(chǎn)物后期強(qiáng)度的增加。同時(shí)發(fā)現(xiàn)煤氣化渣水泥基層材料劈裂強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度與PC32.5水泥基層材料相比雖略低，但滿足道路基層的使用要求，而加入氣化渣的水泥膠凝材料抗裂性能卻優(yōu)于PC32.5水泥膠凝材料。傅博等[41]研究表明在水泥漿體中摻入10%氣化渣能起到成核作用，對(duì)水泥水化反應(yīng)有利，增加水泥漿體中水化產(chǎn)物數(shù)量，與純水泥相比，其初凝時(shí)間和終凝時(shí)間分別降低了2.7%和2.6%，在1、7和28 d齡期抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)了7.1%、6.9%和5.4%，提高了水泥漿體的抗壓強(qiáng)度。LUO等[42]對(duì)600 ℃煅燒脫碳后煤氣化粗渣和細(xì)渣作為水泥基材料的可行性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)摻入脫碳煤氣化粗渣較細(xì)渣更有利于水泥砂漿的流動(dòng)性，而抗壓強(qiáng)度較低，由于脫碳煤氣化粗渣和細(xì)渣的強(qiáng)度活性指數(shù)分別為100.9%和82.7%，根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2者均可作為水泥基材料的活性添加劑，SEM結(jié)果表明，在水合后期，脫碳煤氣化粗渣和細(xì)渣的原始形態(tài)受到嚴(yán)重破壞，2種脫碳煤氣化渣協(xié)同使用可能對(duì)水泥基材料的流動(dòng)性和強(qiáng)度有更好的作用，此外在脫碳過程中需消耗能量和產(chǎn)生CO2。YOSHITAKA[43]對(duì)IGCC煤氣化渣進(jìn)行研磨和洗滌改性，進(jìn)行了混凝土試驗(yàn)和骨料試驗(yàn)，研究其作為混凝土細(xì)骨料使用的可能性。結(jié)果表明，由該渣作為混凝土細(xì)骨料的抗壓強(qiáng)度與使用天然砂的混凝土的抗壓強(qiáng)度幾乎相同。此外，IGCC煤氣化渣混凝土的干燥收縮率和抗凍融性與使用天然砂制成的混凝土沒有較大差異，該煤氣化渣具有作為結(jié)構(gòu)混凝土的可能性。可見，煤氣化渣作為混凝土原料部分替代品改變了混凝土部分特性，如可以改變混凝土的強(qiáng)度、干縮率、抗裂性能、凝結(jié)時(shí)間等特性。

煤氣化渣燒失量較高且已超過國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，殘?zhí)繉儆诙栊晕镔|(zhì)，較高的殘?zhí)亢恳种屏嗣簹饣c水泥或石灰之間的膠凝反應(yīng)，阻礙水化物的膠凝體和結(jié)晶體的生長(zhǎng)互相連接，降低混凝土的抗凍性和強(qiáng)度；此外，煤氣化渣中SO3不得高于3%(GB/T 1596—2017)，過多的SO3可能導(dǎo)致水泥混凝土中生成硫鋁酸鈣，體積膨脹，引起混凝土膨脹開裂[14,39]。這些對(duì)煤氣化渣在建筑方面大量使用提出了挑戰(zhàn)，對(duì)煤氣化渣進(jìn)行改性或提質(zhì)后用于建筑方面是一條規(guī)模化消納煤氣化渣的路徑。

3.在制磚方面的應(yīng)用

制磚是煤氣化渣在建筑材料方面的消納途徑，由于煤氣化渣與工業(yè)磚的化學(xué)成分相似，將煤氣化渣、粉煤灰和煤矸石等作為主要原料，混合料中的SiO2、Al2O3、Fe2O3經(jīng)水化形成的硅鋁型玻璃體與水化后的CaO反應(yīng)后形成水化硅(鋁)酸鈣膠狀玻璃體，再經(jīng)特殊工藝可制備出可以滿足***的工業(yè)用磚，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保并具有發(fā)展前景。

章麗萍等[44]通過預(yù)攪拌、陳化、二次攪拌、成型、蒸汽養(yǎng)護(hù)等工序，以煤氣化渣和鍋爐渣為主材料，石膏為激發(fā)劑，生石灰、除塵灰、水泥為輔料，按氣化渣、鍋爐渣、石膏、生石灰、除塵灰、水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為35.6%、32.4%、4.0%、6.0%、8.0%、14.0%，在100 ℃蒸汽養(yǎng)護(hù)18 h條件下可制備出免燒磚，其吸水率為14%，抗壓強(qiáng)度和凍融后抗壓強(qiáng)度分別為22.25 MPa和22.13 MPa，凍融質(zhì)量損失率為0.7%，符合JC/T 422—2007《非燒結(jié)磚垃圾尾礦磚》和JC/T 239—2014《蒸壓灰砂磚》標(biāo)準(zhǔn)。尹洪峰等[17]以氣化爐渣、黏土為原料，將氣化粗渣和細(xì)渣按氣化爐排出比例混合磨至0.08 mm與黏土按質(zhì)量比7∶3混合，加入10%紙漿廢液作為結(jié)合劑，采用半干法壓制成型，制備出符合MU7.5等級(jí)以上建筑用磚，與一般黏土磚相比，具有密度低、氣孔***等優(yōu)點(diǎn)。張宏生等[45]以煤氣化渣為主要原料，采用“捏合練泥—擠出成型—烘干—燒結(jié)”工藝制造多孔燒結(jié)磚，所制磚燒結(jié)均勻，缺陷少。何桂玉和包宗義[46]以煤氣化渣、水泥、土體穩(wěn)定劑表面活性劑和助劑等為原料制造免燒磚，煤氣化渣的用量可達(dá)95%，且制造的免燒磚無需燒制、陳化和蒸汽養(yǎng)護(hù)，自然養(yǎng)護(hù)即可，但是應(yīng)考慮氣化渣中殘?zhí)康南拗岛脱趸}含量的影響。張成和裴超[47]以工業(yè)固體廢棄物煤氣化渣為主要原料，配以水泥、粉煤灰，當(dāng)氣化渣、水泥、粉煤灰比例為6∶3∶1時(shí)，經(jīng)過混合、消化、壓制成型和蒸壓養(yǎng)護(hù)制成符合JC/T 239—2014《蒸壓粉煤灰磚》要求的蒸壓磚。可見，以煤氣化渣為原料可以制出免燒磚、黏土磚、蒸壓磚、燒結(jié)磚等，且制出的磚符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

煤氣化渣的多孔性以及殘?zhí)繒?huì)改變磚的特性(密度、吸水率、線性干燥收縮等)，適量應(yīng)用可以滿足相關(guān)要求。煤氣化渣制磚開發(fā)配方科學(xué)合理、制備過程簡(jiǎn)單、能量消耗較低、產(chǎn)品質(zhì)量易合格，是煤氣化渣應(yīng)用的重要方式。

4.在吸附方面的應(yīng)用

煤氣化渣含有一定的殘?zhí)浚Y(jié)構(gòu)疏松多孔，具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)和較大比表面積，多作為吸附劑處理工業(yè)廢水和其他污染物。

胡俊陽等[48]以煤油為捕收劑，2號(hào)油為起泡劑，通過浮選機(jī)浮選煤氣化渣得到精炭，并將精炭用于甲基橙模擬染色廢水吸附處理試驗(yàn)中，***在吸附劑添加量為0.2%、模擬廢水初始質(zhì)量濃度為60 mg/L、處理時(shí)間為60 min的條件下，該精炭對(duì)廢水中甲基橙的去除率為97.90%。朱仁帥等[49]通過水煤漿氣化飛灰與煤焦油混合均勻，經(jīng)壓塊成型、干燥、炭化、水蒸氣活化后制備成活性炭，將氣化飛灰與NaOH按一定比例混合經(jīng)熔融活化后，再經(jīng)陳化、水熱、過濾等制備出復(fù)合吸附材料，并發(fā)現(xiàn)制備的活性炭碘吸附值隨著炭化時(shí)間與活化時(shí)間的增加而增加，吸附量達(dá)582.19 mg/g，復(fù)合吸附材料的銅離子脫除率為40.63%。凌琪等[50]在動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器(DMBR)中投入氣化渣處理造紙污水，降低了反應(yīng)器Zeta電位值，有利于減緩膜污染，發(fā)現(xiàn)其可提高污染物去除率，反應(yīng)器對(duì)COD、NH3-N、色度的平均去除率分別提高至96.74%、90.86%、94.30%。DUAN等[51]用煤氣化渣吸附含低濃度汞的廢水，發(fā)現(xiàn)其是一個(gè)快速***過程，吸附平衡僅需10～40 min(圖4，其中DPGFS、DPGCS、CWSGS、AC分別為干粉氣化細(xì)渣和粗渣、水煤漿氣化渣、活性炭)，且吸附過程符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)速率方程。雖煤氣化渣的吸附容量略低于活性炭，但對(duì)汞離子表現(xiàn)出良好的選擇性，且低濃度的Cr3+和Cu2+對(duì)汞的吸附無影響。可見，煤氣化渣的吸附能力與殘?zhí)亢坑嘘P(guān)，殘?zhí)拷?jīng)一定處理具有活性炭的性質(zhì)。煤氣化渣雖沒有活性炭對(duì)某些物質(zhì)的吸附能力強(qiáng)，但具有***和環(huán)境效益，作為吸附劑有很好的應(yīng)用前景。

目前，煤氣化渣用于吸附及水處理工藝的技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室研究中取得一定效果，但用于實(shí)際工程領(lǐng)域可能會(huì)存在水體二次污染、生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜和投資風(fēng)險(xiǎn)較高等問題，目前仍需結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)及試驗(yàn)。

5.在工業(yè)材料方面的應(yīng)用

由于煤氣化渣具有比表面積大、孔隙發(fā)達(dá)、碳硅鋁含量高等特征，用于高值化利用主要包括制備催化劑載體、橡塑填料、碳硅復(fù)合材料、聚合氯化鋁絮凝劑、陶瓷材料等工業(yè)材料領(lǐng)域，但大都處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化利用仍需一定條件。

高艷春等[52]采用等體積浸漬法將1%的釩負(fù)載于煤氣化渣表面上，制成V/CGS催化劑，***在煅燒和預(yù)氧化溫度分別為500、250 ℃時(shí)催化劑低溫脫硝活性，且低濃度的SO2促進(jìn)了V/CGS催化劑脫硝活性。徐怡婷和柴曉利[53]將煤氣化渣與KOH粉末混合制備出高比表面積的活性炭，將Fe3+負(fù)載于煤氣化渣基活性炭上，并應(yīng)用于降解染料廢水中的甲基橙，在條件下甲基橙降解率可以達(dá)到97%以上。

艾偉東[54]以煤氣化細(xì)渣為原料制備了橡塑填料，制備的低密度聚乙烯/煤氣化渣復(fù)合材料、煤氣化渣硅鋁質(zhì)玻璃微珠、聚丙烯/煤氣化細(xì)渣玻璃微珠、丁苯橡膠/煤氣化細(xì)渣復(fù)合材料可替代5.5 μm重鈣粉分別應(yīng)用于聚乙烯、ABS樹脂、聚丙烯、丁苯橡膠中，且其補(bǔ)***果較好。

顧彧彥和喬秀臣[55]以煤氣化細(xì)渣為原料制備了高比表面積碳硅復(fù)合材料，并利用過硫酸銨對(duì)其進(jìn)行表面改性，用于吸附100.0 mg/L PbCl2溶液中Pb2+，去除率可達(dá)98.2%。劉碩[56]用煤氣化細(xì)渣，采用酸浸法制備出介孔二氧化硅微珠MGS1，以及碳硅復(fù)合介孔材料CSM1，并用其對(duì)亞甲基藍(lán)廢水吸附，吸附量超過了大多亞甲基藍(lán)吸附劑，甚至可以達(dá)到一些通過模板法所制備的介孔材料的吸附量，制備***遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于模板法。

WU等[57]利用煤氣化細(xì)渣在溫和條件下分級(jí)合成高度有序的MCM-41及碳/沸石復(fù)合材料，合成的MCM-41分子篩具有大的比表面積和窄的孔徑分布，合成的碳/沸石復(fù)合材料具有在碳襯底上形成花狀P型沸石的形貌特征，并將合成的2種材料用于有機(jī)廢水中具有良好效果。

胡文豪等[58]以煤氣化渣酸浸液制備聚合氯化鋁絮凝劑，研究酸浸過程不同因素對(duì)氧化鋁浸出率的影響規(guī)律，并以循環(huán)富鋁酸液為聚合氯化鋁原料，考察了聚合溫度、時(shí)間及鋁酸鈣粉的添加量對(duì)聚合過程氧化鋁含量、鹽基度的影響。在條件下，聚合氯化鋁產(chǎn)品中氧化鋁含量為10%～11%，鹽基度為44%～50%，鉛、鉻、砷等重金屬元素含量均符合工業(yè)廢水處理采用的聚合氯化鋁產(chǎn)品指標(biāo)。

趙永彬等[59]以煤氣化渣為原料，經(jīng)過干燥、研磨、過篩與助劑混合，球磨后加入黏結(jié)劑陳化，采用半干法模壓成型工藝，在1 000～1 200 ℃燒結(jié)制備煤氣化渣基多孔陶瓷材料，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度為1 100 ℃時(shí)，煤氣化渣基多孔陶瓷性能***，平均孔徑為5.96 μm，孔隙率為49.2%，在0.01 MPa壓力下平均N2通量可達(dá)2 452.6 m3/(m2·h)，抗彎強(qiáng)度可達(dá)8.96 MPa。王守飛[60]以煤氣化灰渣為原料，摻入5% SiC為發(fā)泡劑，在1 180 ℃時(shí)燒結(jié)，升溫速率為3 ℃/min、保溫時(shí)間為20 min制備出一種多孔泡沫陶瓷材料，其密度為0.81 g/cm3，抗壓強(qiáng)度為8.68 MPa，孔隙率為39.23%，吸水率為6.23%。湯云[61]以Texaco煤氣化渣為原料，在1 500 ℃碳熱還原氮化合成出Ca-α-Sialon-SiC復(fù)相粉體，再以復(fù)相粉體為原料在25 MPa壓力下進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)制備出Ca-α-Sialon-SiC復(fù)相陶瓷。

當(dāng)前在工業(yè)生產(chǎn)方面利用煤氣化渣用于制備合成材料的技術(shù)方案較少，鑒于不同煤氣化渣理化性質(zhì)差異較大的特點(diǎn)可按照原料來源穩(wěn)定、工藝科學(xué)可行、產(chǎn)品附加值較高的思路適度開發(fā)制備催化劑載體、橡塑填料、碳硅復(fù)合材料、鋁的提取、合成沸石等具有可行性的工業(yè)路線，進(jìn)一步拓展煤氣化渣高值資源化利用方式。

6.在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

煤氣化渣有機(jī)質(zhì)含量高，可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，還可減輕使用化肥所造成的土壤板結(jié)情況，含有豐富的N、P、K和作物所需微量元素，可以提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[62]。此外煤氣化渣疏松透氣的結(jié)構(gòu)有利于保持水分和養(yǎng)分，提高土壤的透氣性，煤氣化渣與生物炭類似的物理性質(zhì)可以促進(jìn)有機(jī)物分解，因此在農(nóng)業(yè)上作為有機(jī)肥輔料具有天然***，但用于該領(lǐng)域可能存在一定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)重金屬含量的影響進(jìn)行深入研究。

ZHU等[63]將煤氣化細(xì)渣用于改良?jí)A性沙地土壤，***施用20%煤氣化渣降低了土壤容重和pH、增加了陽離子交換和持水量，同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)煤氣化細(xì)渣***提高了玉米和小麥的發(fā)芽率(圖5)。相玉琳等[64]通過溫室試驗(yàn)研究了可溶性有機(jī)質(zhì)改性氣化渣對(duì)黑沙蒿生長(zhǎng)的影響，改性氣化渣對(duì)黑沙蒿的生長(zhǎng)具有積極作用并可以降低Pb、Ni、Co的生物有效性。LIU等[65]將煤氣化細(xì)渣作為豬糞堆肥添加劑，通過添加不同含量的煤氣化細(xì)渣于豬糞中發(fā)現(xiàn)其不僅減少了溫室氣體的排放、NH3和VFAs的積累，還可以改善堆肥，縮短堆肥的成熟期和質(zhì)量，提高肥料的價(jià)值。煤氣化渣含有較為豐富的微量元素，并且孔隙發(fā)達(dá)，為氣化渣在荒漠化***中的應(yīng)用提供了條件。***等[66]***氣化渣-沙土復(fù)配有助于沙地苜蓿的生長(zhǎng)，采用復(fù)配土相比單獨(dú)使用沙土種植苜蓿的株高和地上生物量分別增加49.5%和24.7%，土壤垂直剖面上重金屬存在向下淋溶的現(xiàn)象，隨著種植時(shí)間變化，苜蓿的生物富集系數(shù)呈增加的趨勢(shì)。

煤氣化渣用于沙土改良、堆肥添加劑、重金屬降解等方面研究較多，但煤氣化渣中的重金屬成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)注點(diǎn)，對(duì)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)仍需深入研究。