化学法处理燃煤炉渣制备化工原料

化学法处理燃煤炉渣制备化工原料

陈娜  王凯  刘耀飞

青岛熙泽盛环境工程有限公司 山东青岛 266555

燃煤炉渣是燃煤锅炉在燃烧过程中产生的燃烧完全的灰烬与燃烧不完全的煤块组成的混合物。我国能源资源的基本特点为富煤、贫油、少气，而且我国是世界上最大的煤炭生产与消费国，煤炭在我国能源消耗中占很大比例，超过67%。燃煤炉渣如果不加利用就需占地堆放，堆积量会越来越大，它不但能造成土壤污染还能造成水和大气污染。另一方面，燃煤炉渣富含Si、A1、Fe、C等多种元素，若能有效加以利用，减少燃煤炉渣堆积量不仅可以保护环境，还可以变废为宝产生经济效益，具有十分重要的现实意义和深远的历史意义。

关键词：燃煤炉渣； 两酸法； 分解； 氢氧化铝； 白炭黑

1.1 燃煤炉渣的产生

燃煤炉渣是电厂锅炉、各种工业及民用锅炉，炉窑在燃烧煤炭过程中产生的固体废弃物，主要是有燃烧完全的灰烬与不完全燃烧的煤炭组成的混合物。一般来说，每燃烧1t煤，就能产出0.25~0.3t的燃煤炉渣。

大量的燃煤炉渣若不能得到及时、合理的利用，就需要浪费大量的土地和人力、财力来对它进行堆放和处置[7]。预计至2010年底，堆放和处置将占用土地5062.5万亩，需要综合处理费30～60亿元，所以燃煤炉渣的精细化利用就显得尤为迫切。

1.2 燃煤炉渣的组成

我国多数大中型火力发电厂(30万千瓦机组以上)以煤粉炉为主，该炉型燃用细度低于100μm的高热值煤，炉温高达1400~1500℃，燃料燃烧充分，除少量石英外，几乎全部熔融，形成具有火山灰效应的玻璃微珠，含碳量低，化学成分稳定，但是不同地区、不同种类的燃煤炉渣中的矿物相差异较大，所以，根据燃煤炉渣中的矿物组成来确定燃煤炉渣的品质比燃煤炉渣的化学成分的组成更为确切。

我国燃煤炉渣的矿物组成范围 （%）

The mineral composition of coal slag (%)

1.3 燃煤炉渣的危害

我国是煤炭大国，煤炭利用在我国能源消耗中占有很大比例，超过60%以上。一般每燃烧1t煤就能产生约0.2t的燃煤炉渣，化肥行业，电力行业等需要消耗大量煤炭，每年产生数量巨大的燃煤炉渣。2005年全国光燃煤电厂和低热值煤电厂产生的燃煤炉渣高达3.3亿t以上，占全国固体废弃物的40%。随着能源需求量的逐步增大，进一步刺激了煤炭资源的开发和利用，与之相应的火力发电业逐年增加[8]。伴随的燃煤炉渣所带来的环境问题也愈加的突出。

2.1  酸浸燃煤炉渣条件试验

2.1.1 操作规程

将燃煤炉渣粉碎至0.125mm，过筛，首先取一定量燃煤炉渣和盐酸加入到50 mL的小烧杯中，于100～110 ℃反应1 h，之后自然降温至60 ℃左右快速过滤，得到滤液和滤渣1。把滤渣放入电热恒温鼓风干燥箱中于105 ℃烘干；滤液通过滴加1∶1的饱和氢氧化钙溶液将pH调至4，过滤水洗，将沉淀放入电热恒温鼓风干燥箱于105 ℃烘2 h，得到氢氧化铁；再向pH调至4后的滤液中滴加1∶1饱和氢氧化钠溶液，将pH调至7，过滤水洗，将沉淀放入电热恒温鼓风干燥箱于105 ℃烘2 h，得到氢氧化铝。

综合考虑到此反应的影响因素和技术要求，本实验项目选取了以下几个较大的因素作为操作参数进行条件试验，它们是：酸浸浓度试验，酸用量试验，酸浸温度试验，分别找出它们的最佳反应条件，及对燃煤炉渣中铁、铝的分解程度，以求盐酸对其的分解率。

全部条件试验所选基本反应条件是：酸浸浓度是2mol/L；酸用量是2g渣；15mL酸；反应温度是煮沸；反应时间是1h；酸浸粒度是0.125mm。

2.1.2 条件试验

1 酸浸浓度对燃煤炉渣分解率的影响

具体步骤为：取一定量燃煤炉渣放于研钵，研磨至0.15mm，加不同浓度的盐酸，根据所需盐酸的物质的量（即摩尔数），分别算出所取盐酸的体积数，分别放入小烧杯中1、2、3、4、中混合后加热100-110℃1h，不断搅拌；自然降温至60℃左右快速过滤，得到滤液和滤渣，把滤渣放入电热恒温鼓风干燥箱，105℃烘干，称重，记录数据，计算分解率。

(1) 所选酸浓度为：0.5mol/L， 1mol/L，2mol/L， 3mol/L，6 mol/L。

(2) 试验所得数据见下表：

酸浓度对分解率的影响

the influence of concentration of acid leaching rate

(3) 通过上面表格和图表可知，随着盐酸浓度的增加，燃煤炉渣的分解率也随之提高，但是在盐酸浓度为时2mol/L，燃煤炉渣的分解率已变化不大。为节省药品，决定选择盐酸浓度为2mol/L作为本工艺的最佳操作条件。

2 酸浸盐酸用量对燃煤炉渣分解率的影响

具体步骤为：取一定量燃煤炉渣放于研钵，研磨至0.15mm，加一定量2mol/L的盐酸，分别放入小烧杯中，加热100~110℃反应1h，不断搅拌；自然降温至60℃左右快速过滤，得到滤液和滤渣，把滤渣放入电热恒温鼓风干燥箱，105℃烘干，称重，记录数据，计算分解率。

（1）所取盐酸用量为：12mL，14mL，16mL，18mL。

（2）试验所得数据见下表：

酸用量对分解率的影响

The influence of the amount of acid leaching rate

(3) 从上图可以看出，盐酸的用量为12～16mL时（即在燃煤炉渣与渣酸用量之比为1∶8～1∶6时，燃煤炉渣分解率增加幅度较大，用量为16 mL时分解率达到最大，之后略有下降。由此可见，盐酸的用量为16 mL时燃煤炉渣的酸浸效果最好。

3 酸浸温度对燃煤炉渣分解率的影响

具体步骤为：取研磨至0.15mm的燃煤炉渣各2g，再取2mol/L的盐酸15ml分别放入小烧杯中混合后，分别在不同温度下加热1h，不断搅拌；自然降温至60℃左右快速过滤，得到滤液和滤渣，把滤渣放入电热恒温鼓风干燥箱，105℃烘干，称重，记录数据，计算分解率。

（1）所取酸浸温度为：20℃，60℃，100℃。

（2）试验所得数据见下表：

酸浸温度对分解率的影响

The influence of the temperature of acid leaching rate

(3) 通过上面表格和图表可知，在酸浸温度分别取20、60、100℃时分解率呈直线增长，明显可以看出100℃时分解率最高，反应的效果最好。所以酸浸温度选100℃为宜。

本论文采用一种环保高效的燃煤炉渣分解利用新技术，本工艺投产后，可以综合利用现存的大量燃煤炉渣，不仅解决了燃煤炉渣的堆放占地问题，使厂区的环境卫生状况得到显著改善，还可以避免燃煤炉渣中有毒有害物质和放射性物质对周围土壤、水体、大气、动植物及人类的危害。

本工艺“变废为宝”，将燃煤炉渣经过处理生产出了白炭黑，氢氧化铝，氢氧化铁等工业产品，达到了资源的有效利用，降低了成本，响应了国家环保政策和可持续发展的号召，将会得到国家的大力支持和资助，产生巨大的经济效益、环境效益和社会效益。

参考文献

1. 张世红, 陆继东, 林志杰, 等. 燃煤发电技术的进步与环境保护[J]. 环境污染与防治, 1996, 18（1）：23-25

2. 薛彦辉，陈娜，孙中国. 两酸法处理燃煤炉渣生产化工原料的研究[J]. 环境污染与防治 2011, (2)

3. 程迅. 燃煤炉渣的回收利用[J]. 中国矿业大学学报 1992, 21, (1): 65-68

4. 薛福连. 炉渣制砖变废为宝[J]. 四川建材 2005, (2): 21-22

5. 朱永亮, 焦学军, 崔海兵. 循环硫化床锅炉灰渣在水泥生产中的应用[J]. 四川水泥, 2008, (6): 40-42