韓 鵬

（內(nèi)蒙古匯能煤化工有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017200）

隨著煤化工企業(yè)的不斷發(fā)展，煤化工氣化爐渣的產(chǎn)生量也逐年提升，已經(jīng)成了制約我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。相關(guān)部門應(yīng)該全面了解化工項(xiàng)目的固體廢棄物主要分類、氣化爐渣排放分析和基本性能，掌握煤化工氣化爐渣發(fā)展趨勢和資源化利用的有效途徑，仔細(xì)做好煤渣處理工作，給人們打造一個適宜居住的生態(tài)環(huán)境。

1 煤化工氣化爐渣概述

1.1 化工項(xiàng)目的固體廢棄物主要分類

化工項(xiàng)目的固體廢棄物主要包括來自吸附劑和催化劑的危險物以及石膏、脫硫劑、灰渣等固體廢物。相關(guān)研究顯示，汽化爐渣的主要組成部分包括SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3以及殘?zhí)嫉?，組分的含量和煤種、氣化工藝條件以及進(jìn)料方式存在密切的關(guān)系。汽化爐渣的顯微結(jié)構(gòu)主要為多孔結(jié)構(gòu)，殘?zhí)贾饕獮楹＞d狀的多孔結(jié)構(gòu)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)廢物中占比最大的廢物為煤氣化工企業(yè)的殘?jiān)鼜U物，如果想要實(shí)現(xiàn)煤化工產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目建設(shè)的循環(huán)可持續(xù)發(fā)展，需要對灰渣進(jìn)行資源化利用。細(xì)渣和粗渣是煤氣化灰渣的主要類型，細(xì)渣中存在氧化硅和殘余氧化碳等成分，體積較大。而粗渣和其他鍋爐中的灰渣成分大致相同，它們可以被綜合利用，在土地回填工程、澆筑建材等行業(yè)中作為摻雜預(yù)混物的原料，達(dá)到重復(fù)利用的目的[1]。

1.2 氣化爐渣排放分析

煤氣化化工技術(shù)是我國煤氣化的重要技術(shù)基礎(chǔ)之一，煤化工工業(yè)項(xiàng)目開展過程中也不可避免產(chǎn)生很多廢渣，其主要成分為雜鹽、催化劑、污水廠三級淤泥、灰渣等成分。其中，氣化灰渣占據(jù)了廢渣產(chǎn)生量的九成以上，是煤氣化化工項(xiàng)目的主要廢渣成分。

此外，煤氣化后的殘留物是一種有機(jī)產(chǎn)物，它是控制煤中的主要礦物質(zhì)成分在一定的條件下發(fā)生有機(jī)分解化合反應(yīng)后形成的。原煤氣化工藝、硫含量以及灰分等也是影響氣化煤爐渣成分的關(guān)鍵因素。

目前，煤化工企業(yè)在管理和利用固體廢物方面的重視程度不足，與工業(yè)廢水廢氣的處理相比，煤化工企業(yè)固體廢物的利用管理相對落后。隨著固體爐渣排放總量的不斷增加，且煤化工氣化爐渣的應(yīng)用領(lǐng)域較窄，難以有效處理廢棄物。因此，如何應(yīng)用煤化工氣化爐渣的資源化利用技術(shù)成了亟待解決的問題。如果沒有有效的技術(shù)作為支撐，那么廢棄物運(yùn)輸成本和礦區(qū)土地侵占問題將會越來越明顯，影響人們的生產(chǎn)生活。

1.3 氣化爐渣的基本性能

通過深入分析煤礦爐渣和砂巖爐渣的成分結(jié)構(gòu)和地質(zhì)巖性，發(fā)現(xiàn)白色玻璃相合不定型礦物質(zhì)巖相是爐渣和煤礦爐渣的主要巖相表現(xiàn)。一般而言，有機(jī)氧化物是氣化爐中爐渣的主要化學(xué)成分，例如鋁、鈣、氧化硅等都會存在于氣化爐的爐渣中，且含量最高的成分為殘余氧化碳[3]。進(jìn)一步深入觀察爐渣的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，煤炭氣化后的爐渣以夾層結(jié)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)類型，而殘余碳的主要結(jié)構(gòu)則為白色?？s狀多層單孔夾層結(jié)構(gòu)。

2 氣化細(xì)渣的資源化利用

與氣化粗渣相比，氣化細(xì)渣在爐內(nèi)停留的時間更短，具有較高的殘?zhí)己?，并且殘?zhí)己枯^高會導(dǎo)致燒失量較大。燒失量是目前評估細(xì)渣是否能夠應(yīng)用于水泥和混凝土等建筑材料的一項(xiàng)主要指標(biāo)。

殘?zhí)贾饕獮槎嗫锥栊晕镔|(zhì)，如果存在殘?zhí)紝?dǎo)致新拌混凝土的需水量增加，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度和耐久度下降，同時能夠在顆粒的表面形成一層憎水膜，對水化物膠凝體和結(jié)晶體的生長進(jìn)行抑制，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，使其性能明顯下降，尤其是體現(xiàn)在抗凍性的弱化。

目前，使用細(xì)渣的主要方法是將細(xì)渣摻入燃料煤中，將其放入循環(huán)流化床鍋爐燃燒，得到的爐渣和鍋爐爐渣共同應(yīng)用，得到的飛灰并入至鍋爐粉煤灰的資源化利用過程中。

3 氣化粗渣的資源化利用

目前對氣化粗渣的優(yōu)化處理程度較低，多通過堆放或者填埋方法進(jìn)行處理，土地占用面積較大，同時會對周圍環(huán)境造成污染。首先，可以用于建材原料。因?yàn)闅饣衷退唷⒒炷恋炔牧系某煞峙c特性相似，并且用于建材原料的經(jīng)濟(jì)性較好，所以可作為建材的原料。例如將其作為水泥原料，普通水泥通過石灰石、黏土、鐵礦粉按照相應(yīng)的比例磨細(xì)混合，之后在相應(yīng)溫度進(jìn)行煅燒得到熟料，將熟料和石膏共同磨細(xì)，根據(jù)相應(yīng)的比例混合制成水泥。其次，可以用于吸附材料處理廢水。氣化爐渣結(jié)構(gòu)具有疏松多孔的特點(diǎn)，殘?zhí)嫉拇嬖谑範(fàn)t渣具有與活性炭相似的性質(zhì)，所以氣化爐渣具有較強(qiáng)的吸附作用。通過爐渣處理煤氣廢水具有較高的去除率，效果理想。另外對氣化爐渣進(jìn)行酸性、堿性改性，能夠增加其比表面積，促進(jìn)水中膠體形成，進(jìn)而強(qiáng)化爐渣的吸附性能。

4 煤化工氣化爐渣發(fā)展趨勢

4.1 煤化工氣化爐渣的顯熱回收

隨著我國煤化工企業(yè)的不斷發(fā)展，氣化煤和爐渣的產(chǎn)量越來越多，如果不及時處理將會影響人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境，并造成大量的資源和自然熱能浪費(fèi)現(xiàn)象。目前，顯熱爐渣回收利用是我國鐵合金材料爐渣顯熱綜合利用的重要發(fā)展方向[4]。

4.2 制備高附加值產(chǎn)品，符合可持續(xù)發(fā)展要求

煤化工氣化爐渣還可以用來生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。例如，在對煤氣化鍋爐廢水進(jìn)行生化處理時，氣化爐渣憑借其氧化性能，能夠有效去除廢水中的苯多酚和毒素，符合持續(xù)發(fā)展的要求，也節(jié)約了企業(yè)處理煤氣化過濾廢水所需要的成本，減輕了煤氣廢水工藝處理的難度。與此同時，經(jīng)過處理的爐渣中有機(jī)物大部分被吸附掉，因此其還能夠作為節(jié)能循環(huán)的主要原料，是資源再利用的有效途徑。

5 煤化工氣化爐渣資源化利用技術(shù)

5.1 鋁再生

鋁再生技術(shù)是煤化工氣化爐渣資源利用技術(shù)的重要方向。目前，我國的氧化鋁土石精礦原石資源量有限，但是這些資源在國內(nèi)的消耗量較大，因此，我國不得不進(jìn)口氧化鋁土石等資源。有研究人員統(tǒng)計(jì)，近幾年來我國氧化鋁土石的進(jìn)口數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了5 000萬t，說明了我國對氧化鋁土石進(jìn)口的依賴性較強(qiáng)。因此，鋁再生技術(shù)的應(yīng)用是緩解資源緊缺的重要途徑，同時也能減少水體污染情況的出現(xiàn)，避免氣化爐渣大量占用土地的情況出現(xiàn)，從而從根本上加快鋁合金工業(yè)的發(fā)展和效益的創(chuàng)收[5]。

針對大型鋁礦的再生技術(shù)，一般應(yīng)用鋁合金含量濃度超過30%的煤質(zhì)爐渣型煤作為再生的原材料，例如山西、陜北、內(nèi)蒙古中西部的煤質(zhì)符合鋁合金含量濃度的要求，可以被用在鋁再生技術(shù)中，具有較大的開發(fā)價值。近年來，經(jīng)過人們的不斷努力，應(yīng)用新型高鋁粉煤灰工藝進(jìn)行氧化鋁灰石再生，生產(chǎn)工藝技術(shù)有了較大技術(shù)突破。目前，濃硫酸溶法和硫酸燒結(jié)法是氧化鋁灰石再生生產(chǎn)工藝中發(fā)展比較成熟的兩種方法。燒結(jié)法的生產(chǎn)流程主要分為石灰燒結(jié)、浸泡取出、脫硅和碳化這四個流程。燒結(jié)法主要應(yīng)用在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，具有介質(zhì)綜合利用率高的特點(diǎn)。但是不容忽視的是，燒結(jié)法使用時會消耗大量的能量，成本高，排渣量大，需要相關(guān)人員不斷研究和創(chuàng)新，改善鋁再生技術(shù)應(yīng)用的不足之處。

5.2 用作建筑回填

建筑工程開展過程中會用到散狀固體顆粒型的回填材料，且回填材料的結(jié)構(gòu)和顆粒體積的大小對建筑工程使用特性具有一定的影響。據(jù)分析，回填材料的大小分布均勻性較好時，顆粒會傾向于形成松散的整體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)并不利于在建筑收到動和靜載荷時會出現(xiàn)孔隙度降低的問題，如果建筑受到嚴(yán)重壓實(shí)時甚至?xí)霈F(xiàn)建筑表面嚴(yán)重沉陷的現(xiàn)象，給建筑工程的順利開展帶來了阻礙[6]。而當(dāng)回填材料的顆粒粒度大小分布分布混雜時，粗粒度所形成的孔隙被細(xì)小的顆粒直接充填，易傾向于形成緊密型結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)與松散型結(jié)構(gòu)相比具有較大優(yōu)勢，在沒有動靜載荷作用時，建筑工程的質(zhì)量會相對穩(wěn)定。煤氣化灰的殘?jiān)阅軌蛴迷诮ㄖ锘靥钸^程中，主要是因?yàn)樵摲N殘?jiān)紫遁^少并且為非均粒性，能夠保障回填后結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固程度，應(yīng)用效果良好。

5.3 用于農(nóng)業(yè)

煤化工氣化爐渣還可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)可持續(xù)的利用。煤化工氣化爐渣在改善土壤、造田和覆蓋沙土等方面的應(yīng)用效果較好，是優(yōu)化土地生態(tài)環(huán)境、提升農(nóng)作物種植產(chǎn)量、促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段。

煤化工氣化爐渣能夠改良土壤的酸堿性。在有機(jī)脫硫劑較高的土壤中使用流化床或循環(huán)床的灰渣時，在一定的條件下，灰渣中的自由水和自由氧會發(fā)生反應(yīng)而形成氧化鈣，此時的有機(jī)灰渣廢料灰呈現(xiàn)出弱堿性的特性。將這種特性的有機(jī)灰渣廢料用于農(nóng)業(yè)中，可以在一定程度上恢復(fù)南方酸性土壤礦山用地的正常使用潛力，中和工業(yè)有機(jī)廢料，具有較大的應(yīng)用價值。石灰?guī)r煤渣的堿性也較強(qiáng)，因此可以直接在南方土壤上施用，具有良好的保水作用[7]。

煤化工氣化爐渣還能夠促進(jìn)植物土壤中的各種有機(jī)質(zhì)的分解，促進(jìn)植物生長?；以泻锈}離子的量較多，且灰渣是堿性的，在分解耕地土壤中的有機(jī)質(zhì)分解方面有重要意義。并且，灰渣的使用還能夠促進(jìn)磷肥的利用能力，促進(jìn)植物增長。

煤化工氣化爐渣還能夠有效提升土壤溫度。循環(huán)床、流化床和石化的煤渣等大型氣化灰渣料都屬于熱性建筑材料。這些材料在接觸雨水后就會釋放熱量，能夠提升土壤溫度。

6 結(jié)束語

煤化工氣化爐渣資源化利用技術(shù)的應(yīng)用，是減少煤化工氣化煤渣對環(huán)境和資源不良影響的重要途徑。如果不積極處理煤化工氣化爐渣，則會占用大量的土地資源，并對生態(tài)環(huán)境帶來破壞。煤化工氣化爐渣可以作為鋁再生技術(shù)的材料、用于建筑工程回填施工、用于農(nóng)業(yè)，改善土壤的性能。我國應(yīng)該積極支持煤化工氣化爐渣綜合利用技術(shù)的應(yīng)用和研究，不斷提升其價值。