水煤浆废渣凝固成型研究

李梁　郭宪英　张延起　徐亚芹

【摘 要】本文通过对水煤浆废渣的成分、烧结温度进行分析，并与高炉矿渣对比，发现可以利用水煤浆废渣制备建筑用砖等材料，并且具有制备无机发泡保温材料的应用前景，从而使得水煤浆废渣作为固体废弃物可以得到充分的利用，减少对环境的污染，实现资源的循环利用。

【关键词】凝固成型；废渣；烧结温度

0 引言

水煤浆气化工艺是指以纯氧和水煤浆为主要原料，采用气流床反应器，在加压非催化条件下进行部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为有效成分的粗煤气，可以用作氨、甲醇以及天然气合成的合成气[1]。具有环保性能好、热效率高等诸多优点，是缓解我国石油供需矛盾、保障能源安全的重要战略举措[2]。但是在气化过程中会不可避免的产生副产物—水煤浆废渣，对水煤浆废渣的处理一直是多数企业难以解决的问题，大量的水煤浆废渣露天堆积不仅侵占土地，而且对环境造成严重污染。

由于气化工艺、气化条件以及气化用煤的差异导致水煤浆废渣的组成和结构复杂，为其利用带来困难。除了用于铺路、用作生产水泥的掺和料之外，很少见报道这种废渣的高附加值功能化利用[3]。

高爐矿渣即高炉炼铁过程中排出的废物，是常见的大宗工业固体废弃物。高炉矿渣可应用于制备微晶石材、发泡材料等领域[4-5]。本文通过与高炉矿渣样成分及差热曲线进行对比，进而对水煤浆废渣的凝固成型原理进行初步探究，并为后续利用水煤浆废渣制备发泡保温材料奠定了基础。利用水煤浆废渣制备建筑用材，不仅具有可观的经济效益，而且对实现水煤浆废渣的循环利用具有重要的意义[6-7]。

1 实验内容

1.1 实验原料成分对比

实验采用山东某水煤浆气化公司提供的水煤浆废渣样，干燥后过筛细度小于180目，通过X—射线荧光分析测定水煤浆废渣的化学组成，并与山东某焦化厂提供的高炉矿渣样成分比较，结果见表1。

通过对比我们可以发现，两种渣样的成分基本相同，都含有大量的Al2O3、SiO2，但是水煤浆废渣样的Fe2O3含量明显多于高炉矿渣样，而CaO的含量却远少于高炉矿渣样。

1.2 原料差热曲线对比

通过综合热分析仪，测定水煤浆废渣的失重曲线及差热曲线，并与高炉矿渣样的的差热曲线比较。

通过对比可以发现，两种样品的差热曲线具有相似性，其中水煤浆废渣样在614.9℃、1213.4℃有放热峰和吸热峰出现，分别对应着水煤浆废渣残余碳燃烧放热过程和熔融吸热过程。高炉矿渣样升温过程中，在980.6℃、1390.1℃处有放热峰和吸热峰出现，分别对应着高炉矿渣残余碳燃烧放热过程和熔融吸热过程。因此，可以初步设定水煤浆废渣的烧成温度分别为1220℃。

1.3 基础样配方对比

由于水煤浆废渣在成分、差热曲线上与高炉渣样具有相似性，因此在参照高炉矿渣生产微晶石材配方的基础上，进行多次试验，在保证尽可能多使用水煤浆废渣样的基础上，得出最佳配方。其中，水煤浆废渣样及高炉渣样基础样配方对比见表2。

按上述配方将水煤浆废渣、硅砂加入50ml陶瓷坩埚中，均匀混合后放入纤维陶瓷马弗炉中进行加热，设定初始温度为20℃，升温速率为10K/min，最高温度恒温时间为10min，之后自然冷却至室温，即可制得所需试样，经初步测定，可适用于建筑用砖等领域。

2 结论

1）水煤浆废渣与高炉矿渣，在主要成分、差热曲线上具有相似性。

2）水煤浆废渣的烧结温度为1220℃，通过参考高炉矿渣制备微晶石材配方，制定的水煤浆废渣基础样具备一定的强度，可应用于建筑用砖。

3）目前关于水煤浆废渣凝固成型机理的研究还很基础，未来水煤浆废渣还有应用于生产无机发泡材料的前景。

【参考文献】

[1]高志刚，李志祥.煤气化工艺过程中三废排放的分析探讨[J].天然气化工，2015，40（4）：103-106.

[2]尹洪峰，汤云，任耘，等.Texaco气化炉炉渣基本特性与应用研究[J].煤炭转化，2009，32（4）：30-33.

[3]刘子梁，孙英杰，李卫华，等.煤间接液化工艺中气化炉渣综合利用研究进展[J].洁净煤技术，2016，22（1）：118-122.

[4]郝洪顺，徐立华，张作顺，等.高炉矿渣二次资源合成绿色无机材料的研究进展[J].材料导报：综述篇，2013，24（11）：97-101.（下转第99页）

（上接第111页）

[5]张升晓，岳钦艳，于慧，等.高炉渣制备微晶玻璃的研究[J].山东大学学报，2006，41（5）：129-131.

[6]Radoslaw Pomykala.The mechanical properties of coal gasification slag as a component of concrete and binding mixtures[J].Environment，2014，23（4）：1404-1406.

[7]章丽萍，温晓东，等.煤间接液化残渣制备免烧砖研究[J].煤炭工程，2014，46（4）：103-105.

[责任编辑：田吉捷]