煤气化灰渣资源化利用策略研究

煤气化灰渣资源化利用策略研究
摘要：煤炭是我国社会经济发展重要的产业，为国民经济发展提供物质基础。

煤化工行业作为其中重要的一个环节，为国计民生提供甲醇、合成氨、天然气、
乙二醇等化工原材料。

煤炭具有成分复杂、生产工艺繁琐、原料提纯困难等特点，因此煤化工也是高能耗、高污染的行业。

随着人们对环保、绿色、健康理念的重视，我国煤化工行业面临巨大的机遇与挑战，能否解决好行业发展中的环境污染
问题成为制约煤化工加速发展的重要影响因素。

基于此，本文就煤气化灰渣资源
化利用策略进行简要阐述。

关键词：煤气化；资源化；利用
近年来，国家提出了科学可持续发展煤化工的理念。

而煤气化灰渣占煤化工
固废很大比例，对其进行综合利用是整个煤化工实现绿色可持续发展的重要因素。

对煤气化灰渣进行高效合理利用，既可以消除灰渣引带来的环境危害，又可以实
现“化害为利、变废为宝”，节约资源。

因此，研究煤气化灰渣资源化途径、开发
灰渣综合利用策略，有益于提高我国自主供应水平，对我国今后合理开发利用资源、保护生态环境、建设资源节约型、环境友好型社会具有重要的意义。

1 煤气化灰渣的特性
随着现代煤化工的发展，气流床气化技术逐渐成为煤气化技术的主流，主要
包括干煤粉加压气化技术和水煤浆加压气化技术两种。

气流床气化技术根据煤质
的灰熔点不同，气化操作温度高达1400℃-1600℃，高温合成气夹带着灰渣经过
水浴激冷至220℃左右。

灰渣分为细灰和粗渣两种，它们随着气化炉运行条件的
不同而呈现不同的外观形态。

细灰为不完全反应的细颗粒，含有20%-40%残碳成分，颜色成灰黑色，比表面积15m3/g，空隙发达。

粗渣的残碳含量比较低，一般在1%以下，颜色呈现棕色、灰色、黄褐色的颗粒物质。

灰渣成分与气化原料煤
灰分含量、组成以及生产工艺相关，主要取决于煤中的无机矿物质、有机物成分。

灰渣成分复杂，主要成分为二氧化硅，大约占39.67%；三氧化二铝大约占
26.77%；四氧化三铁大约占12.80%；氧化钙大约占9.96%；氧化镁大约占2.43%；还要一些残余碳等大约占8.37%。

灰渣的化学元素除含有大量的硅、铁、铝、钙、镁、碳外，还含有少量铜、铅、汞、砷、铬、镍、锰、钡、锶等以及微量的有害
元素。

另外，煤气化灰渣中还含有少量的放射性元素，比如：铀、钍等。

2 煤气化灰渣的资源化途径
灰渣的利用可以分为多种形式，包括回填结构、填筑路基等低值化形式；制
造水泥等中值化形式和土壤改良、分选化合物等高值化形式，具体形式如下：
2.1 热利用
气化细灰中含有20%-40%残碳，热值较高。

在国内有很多工厂尝试将气化细
灰掺烧到锅炉中再次燃烧，但是效果不理想，主要原因为气化细灰的空隙发达，
经过普通脱水处理后，水分仍然高达50%，很难实现气化细灰的输送。

宁夏神耀
科技有限责任公司开发的气化细灰脱水干化一体化成套技术是将脱水和干化过程
有机结合，可将气化细灰脱水至20%以下，既提高了细灰的热值，又可解决气化
细灰的输送问题，为气化细灰的燃烧再利用提供技术保证。

气化细灰经过再次燃
烧脱碳后，碳含量可降至1%左右，为气化细灰的进一步资源化利用打开了通道。

2.2 回收多种金属
目前，欧美等国家已经成功的采用磁选和筛分等技术从煤气化灰渣中提取出
金属。

还有一些工厂采用涡电流成功的分离出有色金属。

2.3 制造生态水泥
水泥是我们生产生活中常用的一种水硬性胶凝材料。

制造生态水泥是灰渣的
一种最常见的资源化途径。

煤气化灰渣主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化
钙等，与目前常用的煤炭灰、高炉矿渣等辅助性胶凝材料接近。

灰渣的颗粒比较小，具有大的比表面积，这使灰渣容易与其它成分发生反应形成新的物相，使其
在广泛的应用于制造水泥。

2.4 制造新型砖
以煤气化灰渣为原料，再和粘土混合，可以烧结煤灰砖。

这种新型材料，对
灰渣中硫的含量没有太高的要求；以80%左右煤气化灰渣为原料，加入石灰和少
量的石膏，可以制成煤灰水浸砖；以煤气化灰渣为主要成分，再加水泥、石灰等
为胶结料制备粉煤灰砖等。

2.5 替代骨料
目前，发达国家已经成功的把煤气化灰渣用作石油沥青铺面的混合物。

煤气
化灰渣经过筛分、磁选等方式除掉灰渣中的有色金属，得到合适的粒径后，可与
其它骨料相混合，用作石油沥青铺面的混合物。

例如：美国新罕布什尔州沥青工
程中应用了小于3/4英寸的替代骨料。

2.6 覆盖材料和建筑填料
煤气化灰渣可以不经过筛分、磁选、分配粒径等工艺处理，直接用作填埋场
覆盖材料。

所以灰渣在环境和技术上都是覆盖材料的最佳选择。

煤气化灰渣具有
高稳定性、低密度、低毒性等优点，与天然骨料具有相似的性质，成为一种适宜
路基的建筑填料。

2.7 陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷
灰渣的主要成分决定了其可以用于陶瓷等的生产。

由于灰渣具有颗粒较小的
特点，所以可以直接加入陶瓷的生产原料中，不需要复杂的前处理。

研究表明，
加入一定量的灰渣可以提高陶瓷的性能。

Young Jun Park等采用灰渣为原料，再加入适量的二氧化硅、二氧化钛制造玻璃。

这种新型的玻璃可以进一步转变为玻璃
陶瓷品。

2.8 农业中的应用
灰渣可以通过改善土壤状态等手段，实现灰渣在农业中的有效利用。

灰渣的
加入可以提高农作物的产量，还可以达到优化生态环境。

①土壤酸碱得到改善：因为灰渣一般含有氧化钙，氧化钙与水反应生成氢氧
化钙，呈碱性。

所以，灰渣可用于酸性农田土壤的改善等方面；石煤渣是一种p
H值在10以上的强碱性物质，可以把石煤渣加入土壤中提高土壤的碱度，特别适合用于南方酸性土壤的改良。

②使有机质的加快分解：灰渣中含有钙、镁等离子，由于碱性强，能够促进有机质的快速分解，起到改善土壤供肥和保肥能力。

③土壤温度得到提高：气化灰渣大多数是热性材料，遇水后放水大量的热，从而可以
使土壤的温度得到提高。

④丰富土壤中的营养元素：灰渣中含有很多微量元素，这些也是植物生长必须的元素。

2.9 用于处理气化废水
灰渣大多数具有类似活性炭的性质，可以用于废水的处理。

有效利用灰渣可
以减轻废水生化处理的负担，有利于建设环境友好型社会。

3 展望
3.1 硅肥
硅肥是一种中量元素肥料，是由日本山梨大学小林均教授发明。

其中主要指
标是有效硅的含量，我国硅肥标准中要求二氧化硅含量大于等于20%。

李宝霞等进行了该方面的研究。

灰渣中的碱性物质碳酸钠和氧化钠与二氧化硅和三氧化二铝发生化学反应生成硅酸盐。

该化合物难溶于水，不显碱性，从而达到脱碱的效果，但是该化合物可以溶于根系分泌的有机酸，从而可以作为硅肥，实现了灰渣高值化利用的目的。

3.2 分选化学品
煤炭中含有一些微量稀有金属，比如：镓、铀等，虽然含量比较低，但是这些元素在形成的灰渣中得到了富集，可以采用化学提取分离技术把这些金属提取分离出来加以利用，可以产生经济社会效益。

目前，已有专利报道了回收灰渣中碱金属催化剂、金属镓和提取铁、铝、钙等的方法。

另外也有专利报道了提取分离纯度比较高的白炭黑和三氧化二铝的方法。

该方法采用有机酸转化分离方法进行分离得到纯度比较高的三氧化二铝，该方法具有耗能低、污染小的特点，有利于实现煤化工行业绿色可持续发展，能够解决煤化工污染问题。

另外，该方法还可用于生产结晶三氧化二铝，进而生产固体聚合物氯化铝。

该聚合物具有优越的净水能力，是一种高科技的有效净水剂，可以得到广泛的应用，取代传统的铝盐净水剂。

3.3 其它用途
煤气化灰渣还可能用于肥料和人工沸石的生产，但是可能存在有色金属污染的问题，所以，在此之前要进行有色金属的分离，研究需要更进一步深入。

灰渣还可以用作石油稳定性的增强剂。

贾嘉等进行了该方面的研究，实验中把15%的灰渣添加到水焦浆中，使最终浓度在71%左右。

该物质具有流动性好和稳定性高的优点。

另外，煤气化灰渣一般大部分都是颗粒比较细的细沙，可以用于工程中代替天然砂。

参考文献：
[1]杨帅，石立军.煤气化细渣组分分析及其综合利用探讨[J].煤化工，2018，41（04）：29-31.
作者信息：王思言身份证号码3203231966****3812；田克乐身份证号码3708821981****5211；陶志新身份证号码3207031981****1012。