CN113333436B

CN113333436B - 一种煤气化细渣的全组分综合利用方法

Info

Publication number: CN113333436B
Application number: CN202110555238.0A
Authority: CN
Inventors: 田全志; 张海军; 姚蒴; 陈长帅; 潘海银
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2041-05-21
Also published as: CN113333436A

Abstract

本发明涉及固废综合利用技术领域，尤其涉及一种煤气化细渣的全组分综合利用方法。该方法以煤气化细渣制备地质聚合物干粉，包括利用磨矿和浮选对煤气化细渣进行炭灰分离，炭灰分别进行废水吸附利用和进行碱熔处理以及利用处理后炭灰混合磨矿制备地质聚合物干粉的步骤。本发明得到的地质聚合物干粉，可以直接加水使用，并能快速的在常温下凝固，抗应强度高，显著提高了煤气化细渣在地质聚合物利用领域的可行性。

Description

一种煤气化细渣的全组分综合利用方法

技术领域

本发明涉及固废综合利用技术领域，尤其涉及一种煤气化细渣的全组分综合利用的方法。

背景技术

煤炭在我国国民经济和社会发展中具有重要的战略地位。现代煤化工是煤炭清洁高效利用的重要途径，而煤气化是现代煤化工技术的龙头。当前，煤气化过程中产生的大量气化渣，特别是气化细渣正面临诸多资源化利用难题，已严重影响生态环境，正成为制约现代煤化工行业高质量发展的突出瓶颈。

基于其特殊的气化工艺，煤气化细渣具有粒度细、孔隙率高、水分大的特点，残炭含量基本在20％以上，由于含炭量较高，不能按照粉煤灰资源化利用技术直接做到有效利用，也不宜直接用于生产建筑材料、回填或作肥料。目前，煤气化细渣主要的处理方式仍是堆存和填埋，但露天堆放会释放出大量有害气体并产生扬尘，同时堆存和填埋都会分解产生大量的酸性和碱性污染物，并溶解出其中的金属元素，造成土壤、地表水和地下水的严重污染。在环保政策日趋严格的影响下，气化细渣填埋、堆存的成本也在快速增加。

专利CN201910421953.8公开了一种煤气化细渣浮选分离脱水系统及方法，可以将细渣中炭、灰有效分离与脱水，但并没有涉及后续炭、灰的材料化利用方法。专利CN201710154400.1公开了一种利用煤气化细渣制备吸附材料的方法，其利用重力旋流分离，得到富炭料浆，经过一系列处理得到吸附材料，充分的利用了气化细渣中的炭组分，但过程繁琐，处理成本较高。

如何对气化细渣进行全组分综合高效无害化利用，是全国煤化工企业正面临和亟待解决的突出问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种煤气化细渣的全组分综合利用的方法，该方法以煤气化细渣制备地质聚合物干粉，使煤气化细渣得到高效且无害化的利用。

本发明采用了以下技术方案：

一种煤气化细渣的全组分综合利用方法，该方法以煤气化细渣制备地质聚合物干粉，包括以下步骤：

S1.炭、灰分离：将煤气化细渣进行磨矿处理，再对磨矿处理后的煤气化细渣进行炭灰分离处理；

S2.炭、灰综合利用：收集炭灰分离得到的气化残炭，投入煤气化废水中，充分搅拌后再进行回收；炭灰分离得到的脱炭尾灰脱水干燥后按比例分为两份，对其中一份进行碱熔处理，另一份不做处理；回收的气化残炭燃烧用于碱熔的热量供应；

S3.制备地质聚合物干粉：将碱熔处理后的脱炭尾灰与未做处理的脱炭尾灰和设定质量的添加剂混合均匀，经二次磨矿后得到地质聚合物干粉。

优选的，所述步骤S1中，磨矿处理使用球磨机或棒磨机，磨后的煤气化细渣粒度小于74μm。

优选的，所述步骤S2中，炭灰分离处理为浮选，所述浮选使用油类捕收剂，使用杂醇为起泡剂；其中气化残炭为浮选所产生的精矿，所述脱炭尾灰为浮选所产生的尾矿。

优选的，所述步骤S2中，回收的气化残炭先进行压滤处理得到炭饼后，再对炭饼进行燃烧，当所述气化残炭燃烧的热量不足以提供全部碱熔所需时，增加热源。

优选的，所述步骤S2中，脱炭尾灰按比例分为两份，其分离比为：满足经碱熔处理后的脱炭尾灰剩余质量与未经处理的脱炭尾灰质量之间的比值为(5-8)：(9-15)。

优选的，所述步骤S2中，碱熔使用药剂为氢氧化钠或碳酸钠，药剂与进行碱熔处理的所述脱炭尾灰比例为质量比(0.8-1.5):1。

优选的，所述碱熔温度为500-850℃，时间为1.5-6h。

优选的，所述步骤S3中，添加剂为烧失量小于5％的粉煤灰和/或煤矸石，所述设定质量的添加剂为添加剂质量占制备的总地质聚合物干粉质量的5％-15％。

优选的，所述步骤S3中，二次磨矿后的物料细度在40μm以下。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的一种煤气化细渣全组分利用方法，利用磨矿工艺提高煤气化细渣中炭、灰的解离程度，将煤气化细渣中炭灰充分解离后再进行浮选分离。该磨浮联合工艺可有效地分离气化细渣中的炭、灰成分，工艺简单，为后续气化残炭和脱炭尾灰的高值化利用奠定基础。

2.浮选后气化残炭具有比表面积大、孔隙发达的特点，可以作为煤气化废水吸附剂，降低废水的COD，降低废水处理的成本；且吸附污染物后的气化残炭仍可以作为燃料二次使用，在与废水分离回收后，进行燃烧制热，为碱熔过程提供部分或全部所需热量，降低制备成本，节约资源。

3.碱熔法是将不溶性物质与氢氧化钠或碳酸钠共热熔融,使其中的某些组分变为可溶性物质的一种方法。煤气化细渣的脱炭尾灰主要成分为以硅铝组成的无定形物质，在氢氧化钠或碳酸钠共热熔融作用下，其中的硅铝组分变为易溶的硅铝酸钠。将碱熔后的物料作为激发剂，再与未碱熔的脱炭尾灰按照一定比例混合，可为地质聚合反应的进行提供强碱性的环境，经研磨后即得到地质聚合物干粉。碱熔后原料的使用可减少固体碱包括氢氧化钠或碳酸钠在总物料量中的消耗量。

4.本发明得到的地质聚合物干粉，可以克服传统地质聚合物合成中硅酸钠溶液所带来的高昂的制备成本及运输与储存的不便利性，同时可以有效克服当利用煤气化渣作为硅铝原料时需要高温养护的弊端。利用本方法制得的煤气化渣基地质聚合物干粉可以直接加水使用，并能快速的在常温下凝固，抗应强度高，显著提高了煤气化细渣在地质聚合物利用领域的可行性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做出更为具体的说明。

实施例1

以宁夏煤业集团公司所生产的煤制油气化细渣为本实施例1中全组分利用的原材料，该煤气化细渣成分为SiO₂：53.43％，Al₂O₃：18.72％，Fe₂O₃：10.65％，CaO：7.97％，MgO：2.95％，烧失量为21.83％。

步骤如下：

S1.将上述样品采用球磨机磨至粒度小于74μm后，采用烃类复配药剂作为捕收剂、仲辛醇作为起泡剂进行浮选。收集浮选的精矿即气化残炭，收集浮选的尾矿即脱炭尾灰备用，其中，浮选产率为42.98％，烧失量为46.28％，浮选尾矿产率57.02％，烧失量为3.4％。

S2.收集到的气化残炭用作吸附剂，投入煤气化废水进行充分搅拌，浓度控制在200g/L，搅拌后待废水沉静并进行固液分离，回收气化残炭。本实施例中，使用的废水原化学需氧量COD为29000-31000mg/L，氨氮含量为1900-2400mg/L，挥发酚含量为4000-5000mg/L；经气化残炭吸附处理后，最终出水COD<15000mg/L，氨氮含量<1000mg/L,挥发酚含量<2000mg/L。

S3.将100g脱炭尾灰按照质量比1:3分为两部分，将较小部分脱炭尾灰和氢氧化钠按1:1质量比混合均匀，混合物置于马弗炉中进行碱熔，在550℃下煅烧1.5h。碱熔完成后待其自然冷却，称得碱熔后脱炭尾灰剩余质量40g，将碱熔后的物料40g、未处理脱炭尾灰75g与粉煤灰10g混合磨矿至粒度低于40μm后，得地质聚合物干粉。

本实施例1制备的地质聚合物干粉，按照液固比0.4的比例加水搅拌，然后将搅拌得到的浆体转移至20×20×20mm的矩形模具中，12小时内即完成凝结，室温下养护28天，测得样品抗应强度达到28.7MPa。

上述原料以传统地质聚合物制备方法制备，将模数为1.2的硅酸钠溶液与脱炭尾灰按照液固比0.4的比例混合，均匀搅拌后将浆体转移至20×20×20mm的模具中，凝固时间为4天，养护28天后，样品抗压强度为21Mpa。

可见，与传统方法制备的地质聚合物相比，本发明所述方法具有显著的优势。

实施例2：

以兖矿鲁南煤气化所产生的气化细渣为本实施例2中全组分利用的原材料，该煤气化细渣成分为SiO₂：51.04％，Al₂O₃：11.83％，Fe₂O₃：13.49％，CaO：12.54％，MgO：1.28％，烧失量为22.93％。

步骤如下：

S1.将上述样品采用球磨机磨至粒度小于74μm后，采用烃类复配药剂作为捕收剂、仲辛醇作为起泡剂进行浮选。收集浮选的精矿即气化残炭，收集浮选的尾矿即脱炭尾灰备用，其中浮选产率为38.91％，烧失量为46.10％，浮选尾矿产率61.09％，烧失量为3.2％。

S2.收集到的气化残炭用作吸附剂，投入煤气化废水进行充分搅拌，浓度为150g/L，搅拌后待废水沉静并进行固液分离，回收气化残炭。本实施例中，使用的废水原化学需氧量COD为27500-29600mg/L，氨氮含量为1700-2300mg/L，挥发酚含量为3000-4000mg/L；经气化残炭吸附处理后，最终出水COD<13000mg/L，氨氮含量<1000mg/L,挥发酚含量<2000mg/L。

S3.将100g脱炭尾灰按照质量比2:8分为两部分，将较小部分脱炭尾灰和碳酸钠按照1:1.5质量比混合均匀，混合物置于马弗炉中进行碱熔，在850℃下煅烧3h。碱熔完成后待其自然冷却，称得碱熔后脱炭尾灰剩余质量45g，将碱熔后的物料45g、未处理脱炭尾灰80g与煤矸石15g混合磨矿至粒度低于40μm后，得地质聚合物干粉。

本实施例2制备的地质聚合物干粉，按照液固比0.5的比例加水搅拌，然后将搅拌得到的浆体转移至直径30mm、高60mm的圆柱状模具中，15小时内即完成凝结，室温下养护28天，测得样品抗应强度达到最大为25.7MPa。

上述原料以传统地质聚合物制备方法制备，凝固时间达4天，28天抗压强度仅为17MPa。可见，与传统方法相比，本发明中所述方法具有明显的优势。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而并非对本发明的限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种煤气化细渣的全组分综合利用方法，其特征在于，该方法以煤气化细渣制备地质聚合物干粉，包括以下步骤：

S1.炭、灰分离：将煤气化细渣进行磨矿处理，再对磨矿处理后的煤气化细渣进行炭灰分离处理，炭灰分离处理采用烃类复配药剂作为捕收剂、仲辛醇作为起泡剂进行浮选；

S2.炭、灰综合利用：收集炭灰分离得到的气化残炭，投入煤气化废水中，充分搅拌后再进行回收；炭灰分离得到的脱炭尾灰经脱水干燥后按比例分为两份，对其中一份进行碱熔处理，碱熔使用的药剂为氢氧化钠或碳酸钠，另一份不做处理；回收的气化残炭燃烧用于碱熔的热量供应；

S3.制备地质聚合物干粉：将碱熔处理后的脱炭尾灰与未做处理的脱炭尾灰和设定质量的添加剂混合均匀，添加剂为粉煤灰或煤矸石，经二次磨矿后即得到地质聚合物干粉。

2.如权利要求1所述的一种煤气化细渣的全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤S1中，磨矿处理使用球磨机或棒磨机，磨后的煤气化细渣粒度小于74μm。

3.如权利要求2所述的一种煤气化细渣的全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤S2中，气化残炭为浮选所产生的精矿，脱炭尾灰为浮选所产生的尾矿。

4.如权利要求1所述的一种煤气化细渣的全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤S2中，回收的气化残炭先进行压滤处理得到炭饼后，再对炭饼进行燃烧，当所述气化残炭燃烧的热量不足以提供全部碱熔所需时，增加热源。

5.如权利要求1所述的一种煤气化细渣的全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤S2中，脱炭尾灰按比例分为两份，其分离比为：满足经碱熔处理后的脱炭尾灰剩余质量与未经处理的脱炭尾灰质量之间的比值为(5-8):(9-15)。

6.如权利要求1或5所述的一种煤气化细渣的全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述药剂与用于碱熔处理的脱炭尾灰比例为质量比(0.8-1.5):1。

7.如权利要求6所述的一种煤气化细渣的全组分综合利用方法，其特征在于，所述碱熔温度为500-850℃，时间为1.5-6h。

8.如权利要求1所述的一种煤气化细渣的全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述添加剂的烧失量小于5％，所述设定质量的添加剂为添加剂质量占制备的总地质聚合物干粉质量的5％-15％。

9.如权利要求1所述的一种煤气化细渣的全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤S3中，二次磨矿后的物料细度在40μm以下。