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粉煤灰资源化技术开发与利用研究进展

发布日期:2020-09-09   来源:矿道网   投稿者:王丽萍   浏览次数:1582

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       中国是以煤炭为主要能源的国家,2017 年中国煤炭 产 量 和 消 耗 量 分 别 占 全 球 的 47. 7% 和50. 0%[1]; 其中,76% 煤炭用于火力发电,粉煤灰总堆存量已超过 10 亿 t,而且还在以每年 0. 8 亿 ~ 1亿 t 的速度增加[2]; 预计到 2020 年我国粉煤灰的累积堆积量将达 30 亿 t[3 - 4]。粉煤灰长期自然堆积不仅占用大量耕地,还会造成严重的环境污染; 而且粉煤灰的有害微量元素可通过雨水淋洗发生内部扩散和表面迁移,对周围水体、土壤环境造成严重威胁;粉煤灰扬尘更是大气污染物的重要来源。

我国对粉煤灰综合利用重视程度日益提高,煤灰利用领域不断拓宽。为规范和引导粉煤灰综合利用方式和促进粉煤灰综合利用健康发展,由国家发改委联合科技部、工信部、财政部等 10 部门对《粉煤灰综合利用管理办法》进行了修订并予以发布,自 2013 年 3 月 1 日起施行。原《管理办法》发实施以来,在国家产业政策引导和相关优惠政策及科技创新资金的扶持下,极大推动了我国粉煤灰综合利用事业的发展。“十一五”期间《管理办法》中更加强调了对于粉煤灰高附加值和大掺杂量的利用,并将高铝粉煤灰制氧化铝技术列入“国家‘十一五’科技支撑计划”; “十二五”期间对《管理办法》再次修订,明确提出了粉煤灰利用技术重点; 新建和扩建燃煤电厂项目必须包含粉煤灰综合利用方案,并对新建电厂中粉煤灰的综合利用能力进行限制; 此外,新《管理办法》明确提出支持发展高铝粉煤灰提取氧化铝及相关产品; 支持发展技术成熟的大掺量粉煤灰新型墙体材料; 鼓励利用粉煤灰作为水泥混合材并在生料中替代黏土进行配料和鼓励利用粉煤灰作商品混凝土掺合料等。

目前,粉煤灰在混凝土、砂浆的掺合料使用、粉煤灰砖、墙板、陶粒、路基材料等领域有成熟的技术应用; 并随着国外粉煤灰先进开发利用技术的引进、消化、吸收与自我创新,使得我国在生产建材产品领域达到国际先进水平。高铝粉煤灰比普通的粉煤灰中氧化铝含量近高一倍,接近于传统铝土矿( 一般在 55% ~ 65% ) 的量,是一种十分重要的非传统铝资源[5]。目前,高铝粉煤灰提取氧化铝产业化示范工程已经取得积极进展; 在高附加值利用方面,我国在粉煤灰提取矿物等高附加值利用率较低,不足 5% ; 在大掺杂量利用上面,我国粉煤灰利率达到 70% ; 与欧、美国家粉灰综合利用率相比仍存在差距: 如荷兰达到 100% ,意大利达到 92% ,丹麦为 90% ,比利时为 73% ,美国也接近 70%[1]。将综合论述国内外粉煤灰资源化利用现状及技术开发最新进展,探索粉煤灰资源化利用的前景与存在问题,为我国粉煤灰在精细化工领域的高附加值资源一体化技术开发与应用提供重要的理论支持和技术指导。

目前,粉煤灰的工业化应用主要体现在大掺杂量的应用,而粉煤灰在高附加值产品的开发方面虽研究报道较多,但大部分处于实验室研究阶段,仅少量的实现了工业化应用。普遍存在粉煤灰资源利用率低和粉煤灰资源化一体化开发利用体系仍不完备的问题,因此未来粉煤灰在综合开发利用方面需要注重以下几点:

( 1) 粉煤灰产业之间的协同发展,如在火力发电厂直接开战深度分离工艺,高效分离出空心微珠、铁磁珠和未燃炭,用于后续高附加值产品的制备。

( 2) 粉煤灰中氧化铝的提取,经过深度分离的粉煤灰进行铝元素提取工艺: 总体上分为酸法和碱法两种工艺。酸法工艺具有减量化、再利用、零排放的特点,但是对设备材质要求较高; 碱法技术成熟、工艺简单,但存在排渣量大、难消化的特点,限制了它的推广应用。

( 3) 从循环经济发展层面来看,粉煤灰酸法提取有价元素更具有推广应用前景; 这就要求我们对粉煤灰中的元素存在形态,对粉煤灰中有价元素溶出规律进行深入研究,并掌握元素的走向,进而开发适合于酸法体系下的有价元素提取技术来提高粉煤灰高附加值利用效率。

( 4) 针对酸法体系下粉煤灰提取有价元素尾渣的组成、存在形态及特点; 我们可开发高附加值的分筛、晶体硅等产品; 在制备过程中,可有效分离重金属,完成对重金属回收和利用; 在低附加值产品方面,可直接加工成为橡胶填料、塑料填料; 制备硅铝酸盐玻璃和地质聚合物等产品。总体上来看,粉煤灰资源化一体化技术开发与应用将是未来研究重点,这符合循环经济发展理念,符合国家倡导的可持续发展理念,更符合粉煤灰资源精细化、高端化和高附加值化的应用的市场需求。

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