“煤基固废资源化利用研究”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“煤基固废资源化利用研究”专题

来源：洁净煤技术

煤炭是我国的基础能源，在“碳中和、碳达峰”的时代背景下，我国以煤为主的能源资源禀赋短期内难以改变。煤炭生产和使用过程中会产生诸如煤研石和粉煤灰等大宗固体废物，严重污染水、空气和土壤，是亟需治理的重大污染源。因此，创新煤基固废资源化利用技术是解决其环境污染问题的治本之策。

煤基固废是煤炭开采、加工、燃烧和转化等过程的附属产物，主要包括煤矸石、粉煤灰、锅炉、脱硫石膏、煤气化灰渣和煤液化残渣等。其中煤矸石年排放量7.5亿t、粉煤灰年排放量5.8亿t、脱硫石膏年排放量7550万t，3项总和近15亿t，产生量相当大。随着煤化工技术的快速发展，煤气化灰渣年排放量巨大。特别是山西、内蒙古、新疆、陕西、宁夏等煤炭集中产区和煤电大省，由于产量基数大、当地市场容量有限、缺乏大规模及高值化利用的关键共性技术，煤基固废的处置和资源化仍存在很多问题，为降污减碳带来巨大压力。

国家相继出台和实施的《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》《“十二五”资源综合利用指导意见》《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》《关于构建现代环境治理体系的指导意见》等，都明确指出要大力发展工业固废的处理和利用研究，对工业固废相关源头管理和治理效率提出了新的目标和规划，对煤基固废的综合利用率提出了更高的要求，因此需要重点关注煤基固废的资源化和高值化利用，拓宽大宗固废的利用途径，降低产品成本，达到“变废为宝”的效果。

由于煤基固废产生的条件不同，资源化利用途径需要根据固废性质进行调整。对于高含碳量的煤研石、气化灰渣等煤基固废可用于发电，回收固废中的有效热值，利用途径以循环流化床锅炉发电为主，近年来也开始研发针对超低挥发分、高灰分、高度石墨化煤基固废的新型高效燃烧技术：对于低含碳量的粉煤灰等煤基固废，在产品质量符合国家或行业标准的基础上，可用于生产砖、水泥混合料、混凝土骨料和其他建材制品等;针对煤基固废中的矿物质，研究重点为Al、Si、Ca元素的高效分离、关键矿相分质利用与精细化性能调控等，更加关注As、Cr等毒害组分的脱除固化，开辟煤基固废伴生无机组分综合高值化利用新途径。

本专题从征稿、审稿到发表历时近半年，收录了来自清华大学、中国科学院、西安交通大学、华北电力大学、太原理工大学、山西大学等高校和科研院所的14篇文章，包括5篇综述论文和9篇研究论文，对煤基固废相关的前沿研究和关键技术进行报道。值此专题正式出版之际，我谨代表《洁净煤技术》编辑部感谢众多学者的踊跃投稿，特别感谢同行专家们对稿件认真细致的评阅，同时也感谢编辑部全体编辑的大力协作。相信通过本专题，可以展示我国煤基固废资源化利用领域阶段性的新成果、新技术，进一步促进高等院校、科研院所与企业之间的交流合作，并为促进煤基固废资源化利用、推动相关原创性技术研发提供源源不断的动力!

行业视野: 煤化工
类别; 61个
关键词; 63位
专家; 14篇
论文; 8935IP
点击量; 7395次
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粉煤灰活化及其制备多孔催化材料的研究进展

作者(Author)：陆强, 吴亚昌, 徐明新, 刘子树, 张平新, 欧阳昊东

摘要：粉煤灰是煤燃烧过程产生的重要固体废弃物，产量巨大，其排放不仅占用了大量土地资源，还引发了一系列环境问题。目前，粉煤灰的资源化利用方式主要为建筑材料，附加值较低。粉煤灰中Sio2 、Al2O3总量超过80％，以粉煤灰制备多孔催化材料可实现粉煤灰的高附加值资源化利用。但由于原始粉煤灰的热稳定性高、成型性差，需要对其进行改性处理。介绍了粉煤灰的基本理化特性，包括粉煤灰的化学组成、晶相结构、粒径分布等。并对目前粉煤灰的改性方式进行分析，包括粉煤灰直接做载体和分子筛，其中酸改性、碱改性和等离子体改性是常用的粉煤灰直接做载体的改性方式；一步水热法、两步水热法、碱熔融-水热法和微波辅助法是常用的粉煤灰基分子筛合成方法。此外，对粉煤灰基催化剂的应用领域进行了概述，包括有机降解、有机合成和无机污染物脱除等，其中有机降解主要包含光催化反应和非光催化反应，有机合成主要包括缩聚反应和酯化反应，无机污染物脱除主要包括氮氧化物处理和汞催化氧化。目前粉煤灰做多孔催化材料有较大发展潜力，但常规改性方式各有利弊，技术还不够成熟，需进一步完善；不同反应体系对粉煤灰载体性质要求不一，改性方式应贴合催化反应需求。最后对目前粉煤灰制备多孔催化材料的发展做出展望，可对后续粉煤灰高值化利用以及粉煤灰基催化剂的相关研究提供支撑。

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洁净煤技术

2021年第03期

785

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电石渣特性及综合利用研究进展

作者(Author)：赵立文, 朱干宇, 李少鹏, 孟子衡, 牟秀娟, 张建波, 李会泉, 谢克强

摘要：随着氯碱行业的持续发展，电石渣的排放及堆存量日益增长，造成了严重的环境污染、土地与钙资源浪费。针对电石渣的资源化利用难题，在分析电石渣组成、结构特点的基础上，对其在建材、化工材料和环保治理方面的研究进行综述，重点讨论了资源综合利用的问题及研究趋势。分析表明，电石渣粒径细、反应活性高，传统大规模消纳主要用于替代石灰石制备水泥等建工建材，但受到了国内市场趋于饱和、地理位置集中等限制；电石渣主要成分是氢氧化钙，可用于制备氧化钙、碳酸钙等化工产品，但受电石渣中杂质影响导致处理过程成本高、易造成二次污染；电石渣呈强碱性、消融性较好，在酸性废水和烟气脱硫等环境治理过程中性能优异，替代钙基吸收剂用于烟气脱硫，将成为电石渣综合利用的发展方向之一。综上，电石渣资源化利用具有显著的经济效益和环境效益，电石渣中的有害组分和杂质是限制电石渣利用的主要因素，同时应结合其地域特点，因地制宜综合考虑不同地区的利用方式，从而实现以废治废的循环理念。

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洁净煤技术

2021年第03期

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高含氯脱硫石膏制备石膏砂浆研究进展

作者(Author)：赵莉, 刘子树, 徐明新, 王涵啸, 吴亚昌, 陆强

摘要：湿法脱硫是燃煤烟气脱硫的主流技术，该过程会产生大量脱硫石膏，制备砂浆等绿色建材产品是其资源化利用的重要途径。但由于脱硫系统工艺水循环使用，加之脱硫废水零排放要求，使脱硫石膏中氯离子含量较高，严重影响石膏砂浆性能。因此，对高含氯脱硫石膏中氯离子进行控制，以抑制其对石膏砂浆制品性能的不利影响，已成为当前研究热点。介绍了氯离子对石膏砂浆的作用机理，包括对石膏水化过程、吸水性能的影响等。对目前氯离子的控制技术做出系统梳理，包括物理层面吸附氯离子及堵塞氯离子迁移孔道，以及化学层面转化成氯铝酸盐。此外，对高含氯石膏砂浆的制备条件进行了总结，其中，脱硫石膏在150～180℃下煅烧1.5～2.5h，得到的脱硫建筑石膏具有较高的致密度以及较低的孔隙率，可阻碍氯离子迁移；缓凝剂能延长凝结时间，但不利于氯离子迁移的控制；保水剂能够提高石膏砂浆保水性，但会加快氯离子迁移；减水剂可降低水灰比，抑制氯离子迁移；防水剂改善了孔隙结构，抑制了砂浆表面氯化钙的生成。并对未来采用高氯脱硫石膏制备石膏砂浆的发展趋势进行了展望。

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洁净煤技术

2021年第03期

644

355
综合利用粉煤灰制备莫来石系列材料研究进展及展望

作者(Author)：高建明, 杜宗沅, 郭彦霞, 程芳琴

摘要：粉煤灰是燃煤发电过程产生的固体废弃物，其大量堆积不仅会侵占土地资源，而且会造成严重的环境污染，甚至危及人体健康。但粉煤灰中富含氧化硅和氧化铝等资源，尤其在内蒙西部和山西北部产生的高铝粉煤灰中氧化铝和氧化硅含量达80％～85％，极具资源化利用的前景。莫来石材料因其优异的理化性质被广泛应用于冶金、催化、水处理和航空等领域，利用天然铝硅酸盐矿物或高纯试剂制备莫来石不仅会消耗大量矿产资源，而且存在生产成本高的问题，而以粉煤灰为原料制备莫来石系列材料可有效减少天然矿物的消耗、降低生产成本和缓解环境污染。因此，利用粉煤灰制备莫来石系列材料成为了粉煤灰高值与资源化利用的重要途径之一。在总结和概括莫来石的组成、性质、合成方法与应用的基础上，从成分、矿相调控制备粉煤灰基莫来石及其性能与应用出发，综述了综合利用粉煤灰制备莫来石系列材料的研究进展，系统总结了当前粉煤灰制备莫来石系列材料的类型及其技术方法，分析了粉煤灰铝硅比调控、杂质控制以及莫来石生成机理机制，阐述了不同粉煤灰基莫来石材料的性能及其性能影响因素，以期实现粉煤灰基莫来石系列材料结构和性能的调控、推动粉煤灰高值与资源化利用。

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2021年第03期

703

632
粉煤灰基沸石分子筛的合成及应用进展

作者(Author)：何光耀, 王兵, 史鹏程, 鲍卫仁, 常丽萍, 黄张根, 王建成, 韩丽娜

摘要：煤炭在燃烧利用过程中产生大量的粉煤灰。我国粉煤灰产量高居世界第1位，由于综合利用率只有70%，仍有大量粉煤灰露天堆存，造成严重的环境污染和资源浪费。消除粉煤灰的环境污染、提高其资源化利用率对我国循环经济的发展具有重要的现实意义。我国粉煤灰的利用由早期的粗放型规模化利用逐渐向精细型高值化利用转变。由于粉煤灰中富含硅铝元素，以粉煤灰为原料合成沸石分子筛是近年来粉煤灰高值化利用的研究热点。从4个方面对粉煤灰基沸石分子筛的合成及应用展开论述。首先，介绍了粉煤灰的形成、物化性质及其危害和治理利用现状。粉煤灰是一些矿物组成不同、形态不同的颗粒的机械混合物，其性质与原煤的成分、产地和燃烧方式有关。而粉煤灰的特性是决定其综合利用方式的关键。其次，论述了粉煤灰的3种主要活化方式，包括机械活化、水热活化和碱（盐）融活化。粉煤灰中的硅铝元素主要以非晶矿物玻璃体形式存在，其表面是致密的玻璃质外壳，粉煤灰合成沸石分子筛的关键问题是如何使硅和铝被充分活化，并得到有效利用。相比于机械研磨活化和碱（盐）熔融活化，水热活化有更高的活化效率和较低的能耗。第3部分论述了粉煤灰基沸石分子筛放入水热合成方法，重点介绍了直接水热合成法、碱融-水热合成法、微波/超声波-水热合成法、晶种法和转晶法。粉煤灰合成沸石分子筛一般均基于水热合成过程，多步水热处理可提高产物纯度，辅以超声、微波、碱熔融和添加晶种等方法可提高产率、晶化速率和结晶度。转晶法可极大拓展粉煤灰基沸石的骨架类型和酸性位，是更有利的粉煤灰基沸石分子筛的制备技术。最后，概述了粉煤灰基沸石分子筛的应用。粉煤灰基沸石分子筛的应用尚处于探索阶段，主要用于环境治理领域，包括工业废水中重金属离子的吸附脱除、大气污染物的吸附脱除以及温室气体CO2吸附。

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洁净煤技术

2021年第03期

602

549
基于粒度分级的煤气化细渣特性分析及利用研究

作者(Author)：王学斌, 于伟, 张韬, 白永辉, 刘莉君, 史兆臣, 殷瑞, 谭厚章

摘要：煤气化过程中产生大量含碳量较高的气化细渣，目前主要以填埋方式处理，不仅占用大量土地，污染土壤和水体，同时造成能源浪费，对气化细渣进行高效环保的资源化利用是目前的研究热点。气化细渣中的残碳与灰组分分离是实现其高值化、减量化、无害化利用的关键，煤气化细渣粒度特性分析表明，各粒级产品灰分基本随粒级减小呈增大趋势，通过分级工艺可实现碳灰的分离与富集。榆林煤气化细渣固定碳含量随粒级减小均呈下降趋势，各粒级产品中均含有较多的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，微观形貌主要由多孔基体、不规则颗粒、黏附小颗粒及圆球颗粒组成。煤气化细渣孔隙结构发达，比表面积丰富，>75μm粒级产品可直接作为优质的吸附材料；与气化燃料煤相比，气化细渣各粒级产品燃烧的特征温度均显著提高，从着火温度看，除<45 um颗粒外，着火特征温度都高于作为参照的无烟煤；由于气化细渣中丰富孔隙率的存在，增大了颗粒与氧气的接触面积，使燃烧中后阶段燃烧峰值温度低于无烟煤，且燃尽温度明显低于无烟煤。

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洁净煤技术

2021年第03期

1053

916
气化细粉灰预热无焰燃烧煤氮转化与NOx排放特性

作者(Author)：丁鸿亮, 欧阳子区

摘要：为实现煤化工固废——气化细粉灰的清洁高效利用，采用先进的煤粉自预热燃烧技术，在30 kW固体碳基燃料预热无焰燃烧试验平台上，针对不同预热温度、不同预热燃烧器当量比下的烟煤经循环流化床气化后，细粉灰中氮的转化及NOx排放特性进行试验研究。结果表明，气化细粉灰能在该试验系统上实现稳定的无焰燃烧。预热可明显改善气化细粉灰的燃烧特性改善具有重要作用。几乎全部挥发分氮在预热燃烧器内的强还原性气氛下提前脱除，主要向N2、NH3与HCN三种含氮物质转化，焦炭氮为后续燃烧中NOx的主要来源。预热温度对预热过程中煤氮向N2的转化率影响显著，预热燃烧器空气当量比直接关系煤氮向N2和NH3的转化率，且与焦炭氮析出情况密切相关。预热温度和预热燃烧器空气当量比对NOx排放浓度及燃料氮向NOx转化率的影响效果差别明显。在预热温度为902 ℃、预热燃烧器空气当量比为0.45的条件下，NOx排放浓度和燃料氮向NOx转化率最低，分别为83.02 mg/m3（6% O2）和5.94%。

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洁净煤技术

2021年第03期

619

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煤气化细渣浮选脱碳试验研究

作者(Author)：于伟, 王学斌, 白永辉, 刘莉君, 史兆臣, 赵宇轩, 谭厚章

摘要：煤气化细渣是煤炭气化过程中产生的固体废弃物，目前主要通过填埋方式处理，但由于其含碳量较高，仍具有一定的利用价值，碳灰分离是实现其减量化、资源化利用的关键。以榆林地区煤气化细渣为研究对象，采用浮选方法进行脱碳试验，在基本特性分析的基础上，研究不同浮选条件及工艺对分选效果的影响，当柴油用量14kg/t、仲辛醇用量14kg/t时，经一次分选，精矿产品灰分为37.88%，尾矿产品灰分为51.65%，可燃体回收51.99%；采用一粗一精一扫浮选工艺流程，粗选柴油用量14kg/t、扫选柴油用量7kg/t时，可得精矿灰分18.87%、产率20.30%的产品，最终计算精矿产率为41.76%，灰分27.92%，可燃体回收55.08%。通过一粗一精一扫浮选工艺流程，该煤气化细渣中的碳灰得到较好的分选分离，但整体浮选药剂消耗过高，且粗选过程细粒物料更易上浮成为精矿产品，扫选过程继续添加药剂后才能使粗颗粒物料有效上浮，导致出现扫选精矿比精选精矿灰分更低的现象。对该煤气化细渣样品进行表面形貌、孔隙结构、表面官能团分析以及小浮沉试验，表明样品比表面积大、孔隙结构发达，易吸附大量药剂，导致浮选药剂消耗过大，经济性差。

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