浅谈粉煤灰的资源化利用现状

张玉胜,杨蓓莎

(包头市环境监测站,内蒙古自治区包头 014030)

浅谈粉煤灰的资源化利用现状

张玉胜,杨蓓莎

(包头市环境监测站,内蒙古自治区包头 014030)

粉煤灰是电力行业排放的主要固体废弃物,对其的资源化利用已成为环保的首要任务。对粉煤灰进行高附加值的资源化回收利用,是实现可持续发展的必经之路。介绍了大唐国际成功开发研制的从高铝粉煤灰中提取氧化铝技术,开辟了粉煤灰综合利用的新途径。

粉煤灰;氧化铝;碱石灰烧结法

1 概况

我国粉煤灰的综合利用工作,长期以来一直受到高度重视,随着西部开发的步伐,国家把资源综合利用已作为经济建设的重要议事日程[1]。粉煤灰综合利用项目符合国家资源综合利用政策,技术成熟、可靠、投资少、见效快,有巨大的潜在经济效益和社会效益,并有广阔的推广前景,是切实可行的资源综合利用项目。对于内蒙地区而言,由于粉煤灰的含高铝特性,从粉煤灰中提炼氧化铝等稀有金属将成为一种趋势。该技术利用电厂废物粉煤灰为主要原料,不仅实现粉煤灰的深度开发和资源化利用,减少环境污染,而且可以缓解我国铝土矿资源短缺,应用前景十分广阔。

鄂尔多斯盆地煤炭资源蕴藏量位居全国各盆地之首,将为我国未来相当长一段时期内提供重要的能源支撑。这些煤种燃烧后形成的粉煤灰中氧化铝含量高达 45-50%[2],相当于我国中级品位铝土矿中氧化铝的含量,是非常宝贵的再生含铝矿物资源。大唐国际托克托发电公司位于内蒙古自治区呼和浩特市,是我国“西电东送”北通道的重要电源基地,8×600MW机组已于 2006年底全部投产。因燃用鄂尔多斯盆地准格尔煤田含铝煤种,每年产生高铝粉煤灰近 300万 t。为保护当地生态环境,2004年起,大唐国际与清华大学和清华同方合作,经过近 5年来的科技攻关和产业化试验,其中最关键的预脱硅—碱石灰烧结法提取氧化铝的工艺路线于 2008-10-25取得了重大突破[3],标志着我国已经拥有利用非铝土矿生产氧化铝联产硅产品的自主核心技术,鉴于我国天然铝土矿资源日益短缺的状况,该成果不仅为西部地区发展煤循环经济奠定了坚实的基础,也为有色金属产业的发展开辟了一条全新的节能环保型的工艺技术路线。

2 利用高铝粉煤灰生产铝硅钛合金

根据高铝粉煤灰富含氧化铝、氧化硅和氧化钛的特性,确定综合利用高铝粉煤灰生产铝硅钛合金的产业方向。其传统的生产工艺是将纯的铝、硅和钛三种金属融兑生产,存在能耗高、资源消耗高、生态代价高、工艺流程长、投资与生产成本高等问题。而以高铝粉煤灰为主要原料,采用自主开发的预脱硅—碱石灰烧结法和电热法等工艺路线生产铝硅钛合金[4],具有节能、节约资源、减少环境污染、投资少、经济与社会效益显著等特点。

2.1 试验研究

将粉煤灰和石灰、碳酸钠经高温烧结,Al2O3与碳酸钠烧结成可溶性的铝酸钠,S iO2与石灰烧结成不溶性的 2CaO·S iO2[6]。熟料经破碎、浸出、分离、脱硅、碳酸分解等工序得到 Al(OH)3,最后煅烧得Al2O3产品。试验过程中碱液回收,残渣用做硅酸盐水泥原料。用碱石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝在技术上是可行的,烧结是碱石灰烧结法最重要的工序。烧结反应极为复杂,需找出最有利于主反应而最不利于副反应的各种烧结条件。试验中熟料破碎消耗大量的电能,要求粉煤灰中 Al2O3质量分数应不小于 30%[7],铝的浸出率不高。

2.2 碱石灰烧结法生产氧化铝工艺流程

碱石灰烧结法生产氧化铝的工艺过程主要有以下几个步骤[9-10]:

(1)原料准备。制取必要组分比例的细磨料浆所必须的各工序。铝土矿生料组成包括:铝土矿、石灰石 (或石灰)、新纯碱 (用以补充流程中的碱损失)、循环母液和其它循环物料;

(2)熟料烧结。生料的高温煅烧,制取主要含铝酸钠,铁酸钠和硅酸二钙的熟料;

(3)熟料溶出。使熟料中铝酸钠转入溶液,分离和洗涤不溶性残渣 (赤泥);

(4)脱硅。使进入溶液的氧化硅生成不溶性化合物分离,制取高硅量指数的铝酸钠精液;

(5)碳酸化分解。用 CO2分解铝酸钠溶液。析出的氢氧化铝与碳酸钠母液分离,并洗涤氢氧化铝;一部分溶液进种子分解,以得到某些工艺条件所要求的部分苛性碱溶液;

(6)焙烧。将氢氧化铝焙烧成氧化铝;

(7)分解母液蒸发。从过程中排除过量的水,蒸发的循环纯碱溶液用以配制生料浆。

碱石灰烧结法熟料的主要成分是铝酸钠、铁酸钠、硅酸二钙、钛酸钙和少量 Na2SO4、Na2S、CaS、FeS等产物,以及其它少量不溶性中间产物[11]。石灰石烧结法既可以避免酸法的腐蚀设备、污染环境、产品质量不合格等缺点,又不像碱石灰烧结法那样只适合于处理高品位铝土矿,且在烧结时也无需加入碳酸钠,石灰石烧结法是处理粉煤灰最有效方法之一。

目前,在托克托工业园区规划的《综合利用高铝粉煤灰生产铝硅钛合金一期示范项目》已进入全面建设阶段,2009年建成投产后,年产铝硅钛合金14万 t,年消化处理高铝粉煤灰 70万 t,排污循环水500万 t,电石渣 30万 t。与传统工艺相比,每年节约标煤 21万 t,节约铝土矿 60万 t;每年可减排CO25.9万 t,减排 SO2等有害气体 1.5万 t。在示范项目的基础上,进一步扩大产业规模,预期将形成我国独具特色的循环经济型有色金属生产基地。

3 结语

粉煤灰的精利用具有巨大的社会、环境、经济效益,而石灰石烧结法正是粉煤灰精利用方式中的一种。我国是目前粉煤灰排放量最大的国家,应加强对粉煤灰特性的研究,建立粉煤灰的科学分类体系,为粉煤灰的深度开发利用及污染防治提供科学依据,提取其中的有用物质 Al2O3、SiO2、铁、钛及钒等,进一步扩大粉煤灰利用率,最大限度地减少灰渣堆存占用土地面积,实现粉煤灰资源再利用。

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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

张玉胜 (1979-),男,山西省山阴县人,工程师,主要从事环境监测及粉煤灰的综合利用工作。E-mail:btzysepi@126.com