煤化工气化炉渣资源化技术的应用

韩 鹏

（内蒙古汇能煤化工有限公司，内蒙古鄂尔多斯 017200）

随着煤化工企业的不断发展，煤化工气化炉渣的产生量也逐年提升，已经成了制约我国经济可持续发展的重要因素。相关部门应该全面了解化工项目的固体废弃物主要分类、气化炉渣排放分析和基本性能，掌握煤化工气化炉渣发展趋势和资源化利用的有效途径，仔细做好煤渣处理工作，给人们打造一个适宜居住的生态环境。

1 煤化工气化炉渣概述

1.1 化工项目的固体废弃物主要分类

化工项目的固体废弃物主要包括来自吸附剂和催化剂的危险物以及石膏、脱硫剂、灰渣等固体废物。相关研究显示，汽化炉渣的主要组成部分包括SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3以及残碳等，组分的含量和煤种、气化工艺条件以及进料方式存在密切的关系。汽化炉渣的显微结构主要为多孔结构，残碳主要为海绵状的多孔结构。经统计，工业废物中占比最大的废物为煤气化工企业的残渣废物，如果想要实现煤化工产业项目建设的循环可持续发展，需要对灰渣进行资源化利用。细渣和粗渣是煤气化灰渣的主要类型，细渣中存在氧化硅和残余氧化碳等成分，体积较大。而粗渣和其他锅炉中的灰渣成分大致相同，它们可以被综合利用，在土地回填工程、浇筑建材等行业中作为掺杂预混物的原料，达到重复利用的目的[1]。

1.2 气化炉渣排放分析

煤气化化工技术是我国煤气化的重要技术基础之一，煤化工工业项目开展过程中也不可避免产生很多废渣，其主要成分为杂盐、催化剂、污水厂三级淤泥、灰渣等成分。其中，气化灰渣占据了废渣产生量的九成以上，是煤气化化工项目的主要废渣成分。

此外，煤气化后的残留物是一种有机产物，它是控制煤中的主要矿物质成分在一定的条件下发生有机分解化合反应后形成的。原煤气化工艺、硫含量以及灰分等也是影响气化煤炉渣成分的关键因素。

目前，煤化工企业在管理和利用固体废物方面的重视程度不足，与工业废水废气的处理相比，煤化工企业固体废物的利用管理相对落后。随着固体炉渣排放总量的不断增加，且煤化工气化炉渣的应用领域较窄，难以有效处理废弃物。因此，如何应用煤化工气化炉渣的资源化利用技术成了亟待解决的问题。如果没有有效的技术作为支撑，那么废弃物运输成本和矿区土地侵占问题将会越来越明显，影响人们的生产生活。

1.3 气化炉渣的基本性能

通过深入分析煤矿炉渣和砂岩炉渣的成分结构和地质岩性，发现白色玻璃相合不定型矿物质岩相是炉渣和煤矿炉渣的主要岩相表现。一般而言，有机氧化物是气化炉中炉渣的主要化学成分，例如铝、钙、氧化硅等都会存在于气化炉的炉渣中，且含量最高的成分为残余氧化碳[3]。进一步深入观察炉渣的结构可以发现，煤炭气化后的炉渣以夹层结构为主要结构类型，而残余碳的主要结构则为白色海缩状多层单孔夹层结构。

2 气化细渣的资源化利用

与气化粗渣相比，气化细渣在炉内停留的时间更短，具有较高的残碳含量，并且残碳含量较高会导致烧失量较大。烧失量是目前评估细渣是否能够应用于水泥和混凝土等建筑材料的一项主要指标。

残碳主要为多孔惰性物质，如果存在残碳将会导致新拌混凝土的需水量增加，导致混凝土的强度和耐久度下降，同时能够在颗粒的表面形成一层憎水膜，对水化物胶凝体和结晶体的生长进行抑制，进而导致混凝土内部结构受到破坏，使其性能明显下降，尤其是体现在抗冻性的弱化。

目前，使用细渣的主要方法是将细渣掺入燃料煤中，将其放入循环流化床锅炉燃烧，得到的炉渣和锅炉炉渣共同应用，得到的飞灰并入至锅炉粉煤灰的资源化利用过程中。

3 气化粗渣的资源化利用

目前对气化粗渣的优化处理程度较低，多通过堆放或者填埋方法进行处理，土地占用面积较大，同时会对周围环境造成污染。首先，可以用于建材原料。因为气化粗渣和水泥、混凝土等材料的成分与特性相似，并且用于建材原料的经济性较好，所以可作为建材的原料。例如将其作为水泥原料，普通水泥通过石灰石、黏土、铁矿粉按照相应的比例磨细混合，之后在相应温度进行煅烧得到熟料，将熟料和石膏共同磨细，根据相应的比例混合制成水泥。其次，可以用于吸附材料处理废水。气化炉渣结构具有疏松多孔的特点，残碳的存在使炉渣具有与活性炭相似的性质，所以气化炉渣具有较强的吸附作用。通过炉渣处理煤气废水具有较高的去除率，效果理想。另外对气化炉渣进行酸性、碱性改性，能够增加其比表面积，促进水中胶体形成，进而强化炉渣的吸附性能。

4 煤化工气化炉渣发展趋势

4.1 煤化工气化炉渣的显热回收

随着我国煤化工企业的不断发展，气化煤和炉渣的产量越来越多，如果不及时处理将会影响人们赖以生存的生态环境，并造成大量的资源和自然热能浪费现象。目前，显热炉渣回收利用是我国铁合金材料炉渣显热综合利用的重要发展方向[4]。

4.2 制备高附加值产品，符合可持续发展要求

煤化工气化炉渣还可以用来生产高附加值的产品。例如，在对煤气化锅炉废水进行生化处理时，气化炉渣凭借其氧化性能，能够有效去除废水中的苯多酚和毒素，符合持续发展的要求，也节约了企业处理煤气化过滤废水所需要的成本，减轻了煤气废水工艺处理的难度。与此同时，经过处理的炉渣中有机物大部分被吸附掉，因此其还能够作为节能循环的主要原料，是资源再利用的有效途径。

5 煤化工气化炉渣资源化利用技术

5.1 铝再生

铝再生技术是煤化工气化炉渣资源利用技术的重要方向。目前，我国的氧化铝土石精矿原石资源量有限，但是这些资源在国内的消耗量较大，因此，我国不得不进口氧化铝土石等资源。有研究人员统计，近几年来我国氧化铝土石的进口数量已经达到了5 000万t，说明了我国对氧化铝土石进口的依赖性较强。因此，铝再生技术的应用是缓解资源紧缺的重要途径，同时也能减少水体污染情况的出现，避免气化炉渣大量占用土地的情况出现，从而从根本上加快铝合金工业的发展和效益的创收[5]。

针对大型铝矿的再生技术，一般应用铝合金含量浓度超过30%的煤质炉渣型煤作为再生的原材料，例如山西、陕北、内蒙古中西部的煤质符合铝合金含量浓度的要求，可以被用在铝再生技术中，具有较大的开发价值。近年来，经过人们的不断努力，应用新型高铝粉煤灰工艺进行氧化铝灰石再生，生产工艺技术有了较大技术突破。目前，浓硫酸溶法和硫酸烧结法是氧化铝灰石再生生产工艺中发展比较成熟的两种方法。烧结法的生产流程主要分为石灰烧结、浸泡取出、脱硅和碳化这四个流程。烧结法主要应用在大规模工业生产中，具有介质综合利用率高的特点。但是不容忽视的是，烧结法使用时会消耗大量的能量，成本高，排渣量大，需要相关人员不断研究和创新，改善铝再生技术应用的不足之处。

5.2 用作建筑回填

建筑工程开展过程中会用到散状固体颗粒型的回填材料，且回填材料的结构和颗粒体积的大小对建筑工程使用特性具有一定的影响。据分析，回填材料的大小分布均匀性较好时，颗粒会倾向于形成松散的整体结构。这种结构并不利于在建筑收到动和静载荷时会出现孔隙度降低的问题，如果建筑受到严重压实时甚至会出现建筑表面严重沉陷的现象，给建筑工程的顺利开展带来了阻碍[6]。而当回填材料的颗粒粒度大小分布分布混杂时，粗粒度所形成的孔隙被细小的颗粒直接充填，易倾向于形成紧密型结构。这种结构与松散型结构相比具有较大优势，在没有动静载荷作用时，建筑工程的质量会相对稳定。煤气化灰的残渣之所以能够用在建筑物回填过程中，主要是因为该种残渣孔隙较少并且为非均粒性，能够保障回填后结构的坚固程度，应用效果良好。

5.3 用于农业

煤化工气化炉渣还可以应用在农业中，实现资源循环可持续的利用。煤化工气化炉渣在改善土壤、造田和覆盖沙土等方面的应用效果较好，是优化土地生态环境、提升农作物种植产量、促进当地农业和经济发展的重要手段。

煤化工气化炉渣能够改良土壤的酸碱性。在有机脱硫剂较高的土壤中使用流化床或循环床的灰渣时，在一定的条件下，灰渣中的自由水和自由氧会发生反应而形成氧化钙，此时的有机灰渣废料灰呈现出弱碱性的特性。将这种特性的有机灰渣废料用于农业中，可以在一定程度上恢复南方酸性土壤矿山用地的正常使用潜力，中和工业有机废料，具有较大的应用价值。石灰岩煤渣的碱性也较强，因此可以直接在南方土壤上施用，具有良好的保水作用[7]。

煤化工气化炉渣还能够促进植物土壤中的各种有机质的分解，促进植物生长。灰渣中含有钙离子的量较多，且灰渣是碱性的，在分解耕地土壤中的有机质分解方面有重要意义。并且，灰渣的使用还能够促进磷肥的利用能力，促进植物增长。

煤化工气化炉渣还能够有效提升土壤温度。循环床、流化床和石化的煤渣等大型气化灰渣料都属于热性建筑材料。这些材料在接触雨水后就会释放热量，能够提升土壤温度。

6 结束语

煤化工气化炉渣资源化利用技术的应用，是减少煤化工气化煤渣对环境和资源不良影响的重要途径。如果不积极处理煤化工气化炉渣，则会占用大量的土地资源，并对生态环境带来破坏。煤化工气化炉渣可以作为铝再生技术的材料、用于建筑工程回填施工、用于农业，改善土壤的性能。我国应该积极支持煤化工气化炉渣综合利用技术的应用和研究，不断提升其价值。