劉洪剛，劉春萌，楊 帥，井云環(huán)

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司研發(fā)中心，寧夏 銀川 750411）

神華寧煤煤化工基地粉煤灰的資源化利用

劉洪剛，劉春萌，楊 帥，井云環(huán)

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司研發(fā)中心，寧夏 銀川 750411）

簡(jiǎn)述了煤化工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉煤灰來(lái)源，通過(guò)XRD、SEM、FT-IR等手段對(duì)氣化爐粉煤灰和鍋爐粉煤灰的性質(zhì)迚行檢測(cè)，根據(jù)分析檢測(cè)結(jié)果，提出了煤化工粉煤灰資源化綜合利用的建議。選用適宜的粉煤灰處理技術(shù)，創(chuàng)建煤化工基地粉煤灰綜合處理示范項(xiàng)目，對(duì)基地粉煤灰利用乃至全國(guó)煤化工行業(yè)粉煤灰能源化利用都有重要的意義和積極的推動(dòng)作用。

粉煤灰；利用；煤化工

寧東是國(guó)家批準(zhǔn)建設(shè)的13個(gè)億噸級(jí)大型煤炭基地之一，并列為國(guó)家觃劃建設(shè)的 6個(gè)大型煤電基地和 7個(gè)煤化工基地。神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)結(jié)合企業(yè)自身實(shí)際，在寧東能源化工基地（A區(qū)）觃劃建設(shè)了一批煤化工項(xiàng)目。僅現(xiàn)已建成投產(chǎn)的85萬(wàn)t/a甲醇、50萬(wàn)t/a煤基烯烴項(xiàng)目和6萬(wàn)t/a聚甲醛項(xiàng)目每年共產(chǎn)生粉煤灰約200萬(wàn)t；目前在建項(xiàng)目主要有50萬(wàn)t/a甲醇制烯烴、400萬(wàn)t/a煤炭間接液化項(xiàng)目，后期還將開(kāi)工建設(shè)40億m3/a煤制天然氣項(xiàng)目，這些煤化工項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)后還將產(chǎn)生更大量的粉煤灰。

我公司煤化工項(xiàng)目粉煤灰排放主要來(lái)源有三個(gè)：一部分為氣化爐粉煤灰；另一部分為動(dòng)力鍋爐粉煤灰；再一部分為氣化灰水處理工段壓濾機(jī)濾餅。由于煤在氣化爐和鍋爐中燃燒的氣氛不同，因此燃燒后的灰渣性質(zhì)差異較大。

通過(guò)XRD、SEM、FT-IR等分析手段對(duì)氣化爐粉煤灰和鍋爐粉煤灰的特性迚行比較分析，并且根據(jù)檢測(cè)分析結(jié)果，提出了粉煤灰資源化綜合利用的建議。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品及預(yù)處理

分別取不同氣化爐及鍋爐產(chǎn)生的粉煤灰樣品。將樣品編號(hào)后，在鼓風(fēng)干燥箱中110 ℃烘6 h去掉樣品的水分，最后粉磨至300目待測(cè)。樣品與其對(duì)應(yīng)編號(hào)見(jiàn)表1。

表1 渣樣編號(hào)Table 1 The sample number

1.2 表征

1.2.1 X射線(xiàn)粉末衍射分析（XRD）

用于鑒定樣品的物相組成。X射線(xiàn)粉末衍射儀為日本理學(xué)D/max－2000型，銅靶（Cu Kα），掃描范圍2.5°～45°（2θ），掃描速率：2°/min，步寬0.02°，管電壓40 kv，管電流34 mA，石墨單色器，連續(xù)掃描。

1.2.2 掃描電鏡分析（SEM）

用于觀(guān)察試樣的晶體形貌和大小。Hitachi S－

4800型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，工作距離8.8～8.9 mm，電壓5 kV。

1.2.3 傅立葉轉(zhuǎn)變紅外光譜（FT-IR）

采用KBr壓片法。Nicolet Nexus－6700型傅立葉轉(zhuǎn)變紅外光譜儀表征其紅外吸收特征，掃描范圍400～4 000 cm-1。

1.2.4 X射線(xiàn)熒光光譜分析（XRF）

用于鑒定樣品化學(xué)成分含量。樣品經(jīng)850 ℃煅燒3 h除掉燒失量后迚行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)組成

不同礦煤燃燒后產(chǎn)生的粉煤灰中礦物組成含量會(huì)有一定的差異，經(jīng)X射線(xiàn)熒光分析得到各樣品的主要化學(xué)成分含量，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

由表 2數(shù)據(jù)分析可知：1#樣品的燒失量高達(dá)27%，說(shuō)明其中含有大量的余炭；各樣品中化學(xué)成分含量最高的均為SiO2，除1#樣品外其他樣品均超過(guò)了40%；Al2O3含量在13.24%～19.18%之間；Fe2O3含量除1#樣品外，其他樣品均在12.5% 以上；CaO含量在6.44%～12.39%之間；SO3除了4#樣品含量偏高以外，其它含量較低。

2.2 物相分析

經(jīng) X射線(xiàn)粉末衍射分析得到各樣品的物相組成，各樣品的XRD圖譜如圖1-圖4所示。

由圖1-圖4分析可知：1#樣品的XRD譜圖中主要為“饅頭狀”衍射峰，說(shuō)明玻璃相含量較高；此外，還含有極小的石英衍射峰，說(shuō)明其中還含有極少量石英。2#、4#樣品主要為“饅頭狀”衍射峰，說(shuō)明其玻璃相含量較高，出現(xiàn)的石英衍射峰比1#高而且尖銳，說(shuō)明其石英晶相較1#樣品多。3#樣品的X射線(xiàn)衍射峰高而且尖銳，主晶相為石英、石膏和赤鐵礦，此外，還含有極少部分玻璃相物質(zhì)。

表2 各樣品主要化學(xué)成分含量Table 2 The main chemical components of the samples %

圖1 1#樣品XRD分析譜圖Fig.1 The XRD spectrum diagram of 1#sample

圖2 2#樣品XRD分析譜圖Fig.2 The XRD spectrum diagram of 2#sample

圖3 3#樣品XRD分析譜圖Fig.3 The XRD spectrum diagram of 3#sample

圖4 4#樣品XRD分析譜圖Fig.4 The XRD spectrum diagram of 4#sample

2.3 顆粒形貌

經(jīng)掃描電鏡分析得到各樣品的顆粒形貌狀態(tài)，各樣品的SEM圖譜如圖5-圖8所示。

圖5 1#渣樣放大3 000倍SEM圖Fig.5 The SEM diagram of 1#slag sample 3 000 times magnification

圖6 2#渣樣放大5 000倍SEM圖Fig.6 The SEM diagram of 2#slag sample 5 000 times magnification

圖7 3#渣樣放大1 500倍SEM圖Fig.7 The SEM diagram of 3#slag sample 1 500 times magnification

圖8 4#渣樣放大1 500倍SEM圖Fig.8 The SEM diagram of 4#slag sample 1500 times magnification

從圖5-圖8中可以看出：1#渣樣中含有大量的余炭、球形微珠和不觃則的玻璃體，渣樣中余炭的表面疏松有很多孔隙，周?chē)街S多細(xì)小球微珠和絮狀物；2#渣樣中也含有疏松多孔的余炭、球形微珠和不觃則的塊狀，但球狀顆粒較大，球狀顆粒表面附著許多疏松多孔的絮狀玻璃體；3#渣樣中含有許多不觃則的塊狀顆粒和少量疏松多孔的余炭，許多細(xì)小的不觃則塊狀顆粒粘結(jié)在一起，形成疏松的大顆粒；4#渣樣中含有許多粒徑大小不一的球形微珠和疏松多孔的余炭和不觃則塊狀的玻璃體，球狀顆粒表面疏松多孔，附著疏松多孔的絮狀玻璃體。

2.4 FT-IR分析

經(jīng)傅立葉轉(zhuǎn)變紅外光譜分析得到各樣品的FT-IR譜圖，如圖9-圖12所示。

圖9 1#樣品FT-IR譜圖Fig.9 The FT-IR spectrum diagram of 1#sample

圖10 2#樣品FT-IR譜圖Fig.10 The FT-IR spectrum diagram of 2#sample

圖11 3#樣品FT-IR譜圖Fig.11 The FT-IR spectrum diagram of 3#sample

圖12 4#樣品FT-IR譜圖Fig.12 The FT-IR spectrum diagram of 4#sample

由圖9-圖12分析可知：4個(gè)樣品在3 445 cm-1附近有很強(qiáng)的吸收峰，屬于水分子的伸縮振動(dòng)帶；1 630 cm-1處的吸收峰存在有水分子的彎曲振動(dòng)帶；在1 030, 740, 470 cm-1附近的吸收峰分別代表反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)、對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)吸收峰。另外，圖11和圖12中的1 420 cm-1附近的吸收峰為硬石膏中的SO4-2非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)。

3 粉煤灰處理建議

結(jié)合上述分析結(jié)論，建議采取如下綜合處理方法：首先對(duì)殘?zhí)枯^高的氣化爐粉煤灰采用選碳工藝技術(shù)，分選出中熱值的碳粉，作為鍋爐燃料摻用；接著將分選碳粉后剩余的粉煤灰與鍋爐粉煤灰一起，采用磁選法，從粉煤灰中獲得鐵精礦粉[1]；最后將磁選鐵后剩余的粉煤灰通過(guò)磨制分選成不同級(jí)別的成品灰，分別用于筑路、建材原料[2]、制磚[3]、制陶粒[4]、改良土壤[5]等。處理流程如圖13所示。

圖13 粉煤灰處理流程示意圖Fig.13 The flow chart of fly ash treatment

4 結(jié)束語(yǔ)

選用適宜的粉煤灰處理技術(shù)，將煤化工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉煤灰迚行有效處理，變廢為寶，創(chuàng)建煤化工基地粉煤灰綜合處理示范項(xiàng)目，對(duì)基地粉煤灰利用乃至全國(guó)煤化工行業(yè)粉煤灰能源化利用都有重要的意義和積極的推動(dòng)作用。

［1］李少輝，趙瀾，包先成，等． 粉煤灰的特性及其資源化綜合利用[J].混凝土，2010(4)：76-78．

［2］李順凱，屠柳青，張國(guó)志．粉煤灰混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用[J].粉煤灰綜合利用，2006(5)：44-45

［3］王宏偉．用恩德?tīng)t和循環(huán)流化床鍋爐粉煤灰制燒結(jié)磚試驗(yàn)[J].中氮肥，2010(4)：58-60．

［4］范錦忠．利用粉煤灰生產(chǎn)超輕陶粒的可行性分析[J].粉煤灰，2010(3)：36-40.

［5］許玉國(guó)，劉玉言．深度開(kāi)發(fā)粉煤灰綜合利用淺探[J].煤炭科技，2010(2)：21-22．

Resource Utilization of Fly Ash From Ningdong Coal-Chemical Industrial Base of SNCG Coal Chemical Industry Company

LIU Hong-gang，LIU Chun-meng，YANG Shuai，JING Yun-huan
（R&D Center of SNCG Coal Chemical Industry Company, Ningxia Yincuan 750411,China）

The source of fly ash from the process of coal chemical production was introduced, the characteristics of gasification furnace ash and boiler fly ash were detected by XRD, SEM, FT-IR and other means. According to the test results, some suggestions on comprehensive utilization fly ash in coal chemical industry were put forward. Selecting appropriate fly ash treatment technology to create a demonstration project of comprehensive fly ash treatment has important significance and positive role for energy utilization of fly ash not only in the base but also in the coal chemical industry.

Fly ash; Utilization; Coal chemical industry

TQ 530

A

1671-0460（2014）10-1955-04

2014-03-31

劉洪剛（1982-），男，遼寧朝陽(yáng)人，工程師，碩士，2009年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)工藝專(zhuān)業(yè)，研究方向：從事煤質(zhì)與氣化技術(shù)研究工作。E-mail：liuhonggang01@nxmy.com。