神华宁煤煤化工基地粉煤灰的资源化利用

刘洪刚，刘春萌，杨 帅，井云环

（神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司研发中心，宁夏 银川 750411）

神华宁煤煤化工基地粉煤灰的资源化利用

刘洪刚，刘春萌，杨 帅，井云环

（神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司研发中心，宁夏 银川 750411）

简述了煤化工生产过程中产生的粉煤灰来源，通过XRD、SEM、FT-IR等手段对气化炉粉煤灰和锅炉粉煤灰的性质迚行检测，根据分析检测结果，提出了煤化工粉煤灰资源化综合利用的建议。选用适宜的粉煤灰处理技术，创建煤化工基地粉煤灰综合处理示范项目，对基地粉煤灰利用乃至全国煤化工行业粉煤灰能源化利用都有重要的意义和积极的推动作用。

粉煤灰；利用；煤化工

宁东是国家批准建设的13个亿吨级大型煤炭基地之一，并列为国家觃划建设的 6个大型煤电基地和 7个煤化工基地。神华宁夏煤业集团结合企业自身实际，在宁东能源化工基地（A区）觃划建设了一批煤化工项目。仅现已建成投产的85万t/a甲醇、50万t/a煤基烯烃项目和6万t/a聚甲醛项目每年共产生粉煤灰约200万t；目前在建项目主要有50万t/a甲醇制烯烃、400万t/a煤炭间接液化项目，后期还将开工建设40亿m3/a煤制天然气项目，这些煤化工项目陆续投产后还将产生更大量的粉煤灰。

我公司煤化工项目粉煤灰排放主要来源有三个：一部分为气化炉粉煤灰；另一部分为动力锅炉粉煤灰；再一部分为气化灰水处理工段压滤机滤饼。由于煤在气化炉和锅炉中燃烧的气氛不同，因此燃烧后的灰渣性质差异较大。

通过XRD、SEM、FT-IR等分析手段对气化炉粉煤灰和锅炉粉煤灰的特性迚行比较分析，并且根据检测分析结果，提出了粉煤灰资源化综合利用的建议。

1 实验部分

1.1 实验样品及预处理

分别取不同气化炉及锅炉产生的粉煤灰样品。将样品编号后，在鼓风干燥箱中110 ℃烘6 h去掉样品的水分，最后粉磨至300目待测。样品与其对应编号见表1。

表1 渣样编号Table 1 The sample number

1.2 表征

1.2.1 X射线粉末衍射分析（XRD）

用于鉴定样品的物相组成。X射线粉末衍射仪为日本理学D/max－2000型，铜靶（Cu Kα），扫描范围2.5°～45°（2θ），扫描速率：2°/min，步宽0.02°，管电压40 kv，管电流34 mA，石墨单色器，连续扫描。

1.2.2 扫描电镜分析（SEM）

用于观察试样的晶体形貌和大小。Hitachi S－

4800型场发射扫描电镜，工作距离8.8～8.9 mm，电压5 kV。

1.2.3 傅立叶转变红外光谱（FT-IR）

采用KBr压片法。Nicolet Nexus－6700型傅立叶转变红外光谱仪表征其红外吸收特征，扫描范围400～4 000 cm-1。

1.2.4 X射线荧光光谱分析（XRF）

用于鉴定样品化学成分含量。样品经850 ℃煅烧3 h除掉烧失量后迚行测试。

2 结果与讨论

2.1 化学组成

不同矿煤燃烧后产生的粉煤灰中矿物组成含量会有一定的差异，经X射线荧光分析得到各样品的主要化学成分含量，具体数据见表2。

由表 2数据分析可知：1#样品的烧失量高达27%，说明其中含有大量的余炭；各样品中化学成分含量最高的均为SiO2，除1#样品外其他样品均超过了40%；Al2O3含量在13.24%～19.18%之间；Fe2O3含量除1#样品外，其他样品均在12.5% 以上；CaO含量在6.44%～12.39%之间；SO3除了4#样品含量偏高以外，其它含量较低。

2.2 物相分析

经 X射线粉末衍射分析得到各样品的物相组成，各样品的XRD图谱如图1-图4所示。

由图1-图4分析可知：1#样品的XRD谱图中主要为“馒头状”衍射峰，说明玻璃相含量较高；此外，还含有极小的石英衍射峰，说明其中还含有极少量石英。2#、4#样品主要为“馒头状”衍射峰，说明其玻璃相含量较高，出现的石英衍射峰比1#高而且尖锐，说明其石英晶相较1#样品多。3#样品的X射线衍射峰高而且尖锐，主晶相为石英、石膏和赤铁矿，此外，还含有极少部分玻璃相物质。

表2 各样品主要化学成分含量Table 2 The main chemical components of the samples %

图1 1#样品XRD分析谱图Fig.1 The XRD spectrum diagram of 1#sample

图2 2#样品XRD分析谱图Fig.2 The XRD spectrum diagram of 2#sample

图3 3#样品XRD分析谱图Fig.3 The XRD spectrum diagram of 3#sample

图4 4#样品XRD分析谱图Fig.4 The XRD spectrum diagram of 4#sample

2.3 颗粒形貌

经扫描电镜分析得到各样品的颗粒形貌状态，各样品的SEM图谱如图5-图8所示。

图5 1#渣样放大3 000倍SEM图Fig.5 The SEM diagram of 1#slag sample 3 000 times magnification

图6 2#渣样放大5 000倍SEM图Fig.6 The SEM diagram of 2#slag sample 5 000 times magnification

图7 3#渣样放大1 500倍SEM图Fig.7 The SEM diagram of 3#slag sample 1 500 times magnification

图8 4#渣样放大1 500倍SEM图Fig.8 The SEM diagram of 4#slag sample 1500 times magnification

从图5-图8中可以看出：1#渣样中含有大量的余炭、球形微珠和不觃则的玻璃体，渣样中余炭的表面疏松有很多孔隙，周围附着许多细小球微珠和絮状物；2#渣样中也含有疏松多孔的余炭、球形微珠和不觃则的块状，但球状颗粒较大，球状颗粒表面附着许多疏松多孔的絮状玻璃体；3#渣样中含有许多不觃则的块状颗粒和少量疏松多孔的余炭，许多细小的不觃则块状颗粒粘结在一起，形成疏松的大颗粒；4#渣样中含有许多粒径大小不一的球形微珠和疏松多孔的余炭和不觃则块状的玻璃体，球状颗粒表面疏松多孔，附着疏松多孔的絮状玻璃体。

2.4 FT-IR分析

经傅立叶转变红外光谱分析得到各样品的FT-IR谱图，如图9-图12所示。

图9 1#样品FT-IR谱图Fig.9 The FT-IR spectrum diagram of 1#sample

图10 2#样品FT-IR谱图Fig.10 The FT-IR spectrum diagram of 2#sample

图11 3#样品FT-IR谱图Fig.11 The FT-IR spectrum diagram of 3#sample

图12 4#样品FT-IR谱图Fig.12 The FT-IR spectrum diagram of 4#sample

由图9-图12分析可知：4个样品在3 445 cm-1附近有很强的吸收峰，属于水分子的伸缩振动带；1 630 cm-1处的吸收峰存在有水分子的弯曲振动带；在1 030, 740, 470 cm-1附近的吸收峰分别代表反对称伸缩振动、对称伸缩振动和弯曲振动吸收峰。另外，图11和图12中的1 420 cm-1附近的吸收峰为硬石膏中的SO4-2非对称伸缩振动。

3 粉煤灰处理建议

结合上述分析结论，建议采取如下综合处理方法：首先对残炭较高的气化炉粉煤灰采用选碳工艺技术，分选出中热值的碳粉，作为锅炉燃料掺用；接着将分选碳粉后剩余的粉煤灰与锅炉粉煤灰一起，采用磁选法，从粉煤灰中获得铁精矿粉[1]；最后将磁选铁后剩余的粉煤灰通过磨制分选成不同级别的成品灰，分别用于筑路、建材原料[2]、制砖[3]、制陶粒[4]、改良土壤[5]等。处理流程如图13所示。

图13 粉煤灰处理流程示意图Fig.13 The flow chart of fly ash treatment

4 结束语

选用适宜的粉煤灰处理技术，将煤化工生产过程中产生的粉煤灰迚行有效处理，变废为宝，创建煤化工基地粉煤灰综合处理示范项目，对基地粉煤灰利用乃至全国煤化工行业粉煤灰能源化利用都有重要的意义和积极的推动作用。

［1］李少辉，赵澜，包先成，等． 粉煤灰的特性及其资源化综合利用[J].混凝土，2010(4)：76-78．

［2］李顺凯，屠柳青，张国志．粉煤灰混凝土在桥梁工程中的应用[J].粉煤灰综合利用，2006(5)：44-45

［3］王宏伟．用恩德炉和循环流化床锅炉粉煤灰制烧结砖试验[J].中氮肥，2010(4)：58-60．

［4］范锦忠．利用粉煤灰生产超轻陶粒的可行性分析[J].粉煤灰，2010(3)：36-40.

［5］许玉国，刘玉言．深度开发粉煤灰综合利用浅探[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

刘洪刚（1982-），男，辽宁朝阳人，工程师，硕士，2009年毕业于辽宁石油化工大学化学工艺专业，研究方向：从事煤质与气化技术研究工作。E-mail：liuhonggang01@nxmy.com。