淺談粉煤灰的資源化利用現(xiàn)狀

張玉勝,楊蓓莎

(包頭市環(huán)境監(jiān)測站,內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭 014030)

淺談粉煤灰的資源化利用現(xiàn)狀

張玉勝,楊蓓莎

(包頭市環(huán)境監(jiān)測站,內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭 014030)

粉煤灰是電力行業(yè)排放的主要固體廢棄物,對其的資源化利用已成為環(huán)保的首要任務(wù)。對粉煤灰進行高附加值的資源化回收利用,是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。介紹了大唐國際成功開發(fā)研制的從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁技術(shù),開辟了粉煤灰綜合利用的新途徑。

粉煤灰;氧化鋁;堿石灰燒結(jié)法

1 概況

我國粉煤灰的綜合利用工作,長期以來一直受到高度重視,隨著西部開發(fā)的步伐,國家把資源綜合利用已作為經(jīng)濟建設(shè)的重要議事日程[1]。粉煤灰綜合利用項目符合國家資源綜合利用政策,技術(shù)成熟、可靠、投資少、見效快,有巨大的潛在經(jīng)濟效益和社會效益,并有廣闊的推廣前景,是切實可行的資源綜合利用項目。對于內(nèi)蒙地區(qū)而言,由于粉煤灰的含高鋁特性,從粉煤灰中提煉氧化鋁等稀有金屬將成為一種趨勢。該技術(shù)利用電廠廢物粉煤灰為主要原料,不僅實現(xiàn)粉煤灰的深度開發(fā)和資源化利用,減少環(huán)境污染,而且可以緩解我國鋁土礦資源短缺,應(yīng)用前景十分廣闊。

鄂爾多斯盆地煤炭資源蘊藏量位居全國各盆地之首,將為我國未來相當長一段時期內(nèi)提供重要的能源支撐。這些煤種燃燒后形成的粉煤灰中氧化鋁含量高達 45-50%[2],相當于我國中級品位鋁土礦中氧化鋁的含量,是非常寶貴的再生含鋁礦物資源。大唐國際托克托發(fā)電公司位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市,是我國“西電東送”北通道的重要電源基地,8×600MW機組已于 2006年底全部投產(chǎn)。因燃用鄂爾多斯盆地準格爾煤田含鋁煤種,每年產(chǎn)生高鋁粉煤灰近 300萬 t。為保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,2004年起,大唐國際與清華大學(xué)和清華同方合作,經(jīng)過近 5年來的科技攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化試驗,其中最關(guān)鍵的預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法提取氧化鋁的工藝路線于 2008-10-25取得了重大突破[3],標志著我國已經(jīng)擁有利用非鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁聯(lián)產(chǎn)硅產(chǎn)品的自主核心技術(shù),鑒于我國天然鋁土礦資源日益短缺的狀況,該成果不僅為西部地區(qū)發(fā)展煤循環(huán)經(jīng)濟奠定了堅實的基礎(chǔ),也為有色金屬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開辟了一條全新的節(jié)能環(huán)保型的工藝技術(shù)路線。

2 利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)鋁硅鈦合金

根據(jù)高鋁粉煤灰富含氧化鋁、氧化硅和氧化鈦的特性,確定綜合利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)鋁硅鈦合金的產(chǎn)業(yè)方向。其傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝是將純的鋁、硅和鈦三種金屬融兌生產(chǎn),存在能耗高、資源消耗高、生態(tài)代價高、工藝流程長、投資與生產(chǎn)成本高等問題。而以高鋁粉煤灰為主要原料,采用自主開發(fā)的預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法和電熱法等工藝路線生產(chǎn)鋁硅鈦合金[4],具有節(jié)能、節(jié)約資源、減少環(huán)境污染、投資少、經(jīng)濟與社會效益顯著等特點。

2.1 試驗研究

將粉煤灰和石灰、碳酸鈉經(jīng)高溫?zé)Y(jié),Al2O3與碳酸鈉燒結(jié)成可溶性的鋁酸鈉,S iO2與石灰燒結(jié)成不溶性的 2CaO·S iO2[6]。熟料經(jīng)破碎、浸出、分離、脫硅、碳酸分解等工序得到 Al(OH)3,最后煅燒得Al2O3產(chǎn)品。試驗過程中堿液回收,殘渣用做硅酸鹽水泥原料。用堿石灰燒結(jié)法從粉煤灰中提取氧化鋁在技術(shù)上是可行的,燒結(jié)是堿石灰燒結(jié)法最重要的工序。燒結(jié)反應(yīng)極為復(fù)雜,需找出最有利于主反應(yīng)而最不利于副反應(yīng)的各種燒結(jié)條件。試驗中熟料破碎消耗大量的電能,要求粉煤灰中 Al2O3質(zhì)量分數(shù)應(yīng)不小于 30%[7],鋁的浸出率不高。

2.2 堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程

堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的工藝過程主要有以下幾個步驟[9-10]:

(1)原料準備。制取必要組分比例的細磨料漿所必須的各工序。鋁土礦生料組成包括:鋁土礦、石灰石 (或石灰)、新純堿 (用以補充流程中的堿損失)、循環(huán)母液和其它循環(huán)物料;

(2)熟料燒結(jié)。生料的高溫煅燒,制取主要含鋁酸鈉,鐵酸鈉和硅酸二鈣的熟料;

(3)熟料溶出。使熟料中鋁酸鈉轉(zhuǎn)入溶液,分離和洗滌不溶性殘渣 (赤泥);

(4)脫硅。使進入溶液的氧化硅生成不溶性化合物分離,制取高硅量指數(shù)的鋁酸鈉精液;

(5)碳酸化分解。用 CO2分解鋁酸鈉溶液。析出的氫氧化鋁與碳酸鈉母液分離,并洗滌氫氧化鋁;一部分溶液進種子分解,以得到某些工藝條件所要求的部分苛性堿溶液;

(6)焙燒。將氫氧化鋁焙燒成氧化鋁;

(7)分解母液蒸發(fā)。從過程中排除過量的水,蒸發(fā)的循環(huán)純堿溶液用以配制生料漿。

堿石灰燒結(jié)法熟料的主要成分是鋁酸鈉、鐵酸鈉、硅酸二鈣、鈦酸鈣和少量 Na2SO4、Na2S、CaS、FeS等產(chǎn)物,以及其它少量不溶性中間產(chǎn)物[11]。石灰石燒結(jié)法既可以避免酸法的腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境、產(chǎn)品質(zhì)量不合格等缺點,又不像堿石灰燒結(jié)法那樣只適合于處理高品位鋁土礦,且在燒結(jié)時也無需加入碳酸鈉,石灰石燒結(jié)法是處理粉煤灰最有效方法之一。

目前,在托克托工業(yè)園區(qū)規(guī)劃的《綜合利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)鋁硅鈦合金一期示范項目》已進入全面建設(shè)階段,2009年建成投產(chǎn)后,年產(chǎn)鋁硅鈦合金14萬 t,年消化處理高鋁粉煤灰 70萬 t,排污循環(huán)水500萬 t,電石渣 30萬 t。與傳統(tǒng)工藝相比,每年節(jié)約標煤 21萬 t,節(jié)約鋁土礦 60萬 t;每年可減排CO25.9萬 t,減排 SO2等有害氣體 1.5萬 t。在示范項目的基礎(chǔ)上,進一步擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模,預(yù)期將形成我國獨具特色的循環(huán)經(jīng)濟型有色金屬生產(chǎn)基地。

3 結(jié)語

粉煤灰的精利用具有巨大的社會、環(huán)境、經(jīng)濟效益,而石灰石燒結(jié)法正是粉煤灰精利用方式中的一種。我國是目前粉煤灰排放量最大的國家,應(yīng)加強對粉煤灰特性的研究,建立粉煤灰的科學(xué)分類體系,為粉煤灰的深度開發(fā)利用及污染防治提供科學(xué)依據(jù),提取其中的有用物質(zhì) Al2O3、SiO2、鐵、鈦及釩等,進一步擴大粉煤灰利用率,最大限度地減少灰渣堆存占用土地面積,實現(xiàn)粉煤灰資源再利用。

[1]黃世鮮.粉煤灰再生資源綜合利用淺談[J].資源·產(chǎn)業(yè),2005,6(7):65-66.

[2]賀忠偉.火電廠廢棄物綜合利用研究[D].北京:華北電力大學(xué),2007.

[3]Snigdha Sushil,Vidya SBatra.Analysisof fly ash heavymetal content and disposal in three thermal power plants in India[J].Fuel,2006,(85):2676-2679.

[4]楊國清,劉康懷.固體廢物處理工程科學(xué)出版社[M].北京:化學(xué)工業(yè)出飯社,2000.

[5]劉中凡.世界鋁土礦資源綜述[J].輕金屬,2001,(5):7-12.

[6]Stanislav V Vassilev,Christina G Vassileva.A new approach for the classification of coal fly ashes based on their origin,composition,properties and behaviour[J].Fuel,2007,(86):1490-1512.

[7]宋子言,劉秉鉞,王 井,等.利用粉煤灰處理污水的研究和進展[J].遼寧化工,2007,36(5):343-346.

[8]畢詩文,于海燕.氧化鋁生產(chǎn)工藝 (第一版)[M].北京:冶金出版社,2005.

[9]Chen Jianjun,Li Yuncong.Coal fly ash as an amendment to container substrate for spathiphyllum production[J].Bioresource Technology,2006,(97):1920-1926.

[10]黃曉軍.粉煤灰的環(huán)境危害與新技術(shù)利用[J].廣東化工,2007,34(5):77-79.

[11]趙 宏,陸 勝,解曉斌.用粉煤灰制備高純超細氧化鋁粉的研究[J].粉煤灰綜合利用,2002,(6):8-10.

[12]邊炳鑫,解 強,趙由才.煤系固體廢物資源化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[13]李玉霞,韓芙蓮,崔金鳳.粉煤灰資源化綜合利用探討[J].山西建筑,2008,34(7):197-198.

Discussion on fly ash utilization

Fly ash is m ain solid waste of power industry.Its utilization has becom e a top p r io rity to environmental protect ion.High-value fly ash resource recycling is the only way to achieve sustainable development.The successful deve lopmentofDatang Internationalwas developed to extract alum ina from the alum ina fly ash technology,which is new way of comp rehensive utilizat ion of fly ash.

pulverized fuel ash;alum ina;soda sintering p rocess

X773

B

1674-8069(2010)06-055-02

2010-07-12;

2010-10-21

張玉勝 (1979-),男,山西省山陰縣人,工程師,主要從事環(huán)境監(jiān)測及粉煤灰的綜合利用工作。E-mail:btzysepi@126.com