硅鈣渣的利用現(xiàn)狀

1、.硅鈣渣的綜合利用現(xiàn)狀摘 要：硅鈣渣通常指粉煤灰中加入堿和石灰石燒結(jié)，再通過濕法提取氧化鋁，回收堿后剩余的固體殘留物，因其主要含有硅鈣兩種元素，被稱為硅鈣渣。目前的利用范圍非常局限。其中的一部分被用于建材領(lǐng)域，一部分用于環(huán)保領(lǐng)域的研究，其余大部分則是通過填埋的方式進行處理。實現(xiàn)這種固體廢棄物的合理利用是十分必要的。關(guān)鍵字：粉煤灰 硅鈣渣 生化改性我國是一個以煤炭為主要能源的國家，供暖，發(fā)電，冶煉以及許多其他行業(yè)和生活中都要用到煤炭，煤炭在我國的開采量消費量呈現(xiàn)日益增長的趨勢。在利用煤炭的過程中，燃燒是其中一種主要的方式。雖然煤燃燒滿足了生活、經(jīng)濟和社會的許多需求，但卻帶來了許多環(huán)境問題。大氣污

2、染，資源耗竭，生態(tài)破壞以及固體廢物的產(chǎn)生等都與煤燃燒有很大的關(guān)系。因此，解決好煤炭生產(chǎn)、利用與環(huán)境的關(guān)系，化害為利，已經(jīng)成為社會可持續(xù)發(fā)展中的一項重大課題。煤炭生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的煤基固廢，例如粉煤灰，而全國火電廠每年粉煤灰的排放量達到數(shù)億噸1。目前，這些廢物的治理秉承資源化的原則，利用途徑十分廣泛，主要集中于建筑材料、煙氣脫硫、廢水處理、筑路等諸多領(lǐng)域。在我國內(nèi)蒙古中西部地區(qū)，隨著西部煤炭資源的開發(fā)以及大型火力發(fā)電廠的建設(shè)，出現(xiàn)了一種新的粉煤灰類型高鋁粉煤灰。這種粉煤灰的氧化鋁含量通?？蛇_50%左右，相當(dāng)于我國中低品位鋁土礦中Al2O3的含量。初步統(tǒng)計，2008年，該地區(qū)高鋁粉煤灰排放量在

3、1300萬噸以上。自從內(nèi)蒙古、山西等地電廠發(fā)現(xiàn)高鋁粉煤灰后，粉煤灰提鋁的工業(yè)化步伐大大加快。目前的工藝技術(shù)方案中，堿石灰石燒結(jié)法提取氧化鋁應(yīng)用較多，但存在能耗較高，工藝流程復(fù)雜等缺點，且每處理1 t 粉煤灰消耗石灰石2.3t2，而且還大量產(chǎn)生了一種新的固體廢棄物硅鈣渣。1硅鈣渣的概念與特征硅鈣渣通常指粉煤灰中加入堿和石灰石燒結(jié)，再通過濕法提取氧化鋁，回收堿后剩余的固體殘留物，因其主要含有硅鈣兩種元素，被稱為硅鈣渣。硅鈣渣是米黃色的粉狀物，疏松多孔，容重1.21.5 g/cm3，脫堿后為白色粉狀物，可壓鑄成具有一定強度的塊狀物，其化學(xué)成分由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO

4、2、Na2O、K2O 和H2O等物質(zhì)組成，如表1 所示3。表1 硅鈣渣的化學(xué)成分 Table 1 Chemical composition of slag calcium w/%SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOTiO2Na2OK2OL.O.I硅鈣渣125.314.8255.791.330.960.870.680.029.88硅鈣渣237.155.6933.772.041.430.013.710.4714.99說明: 硅鈣渣1 指粉煤灰提取鋁產(chǎn)生的硅鈣渣，硅鈣渣2 指鉀長石提取鋁產(chǎn)生的硅鈣渣。在提取氧化鋁過程中，每生成1噸的氧化鋁就會產(chǎn)生 10 噸的硅鈣渣4，而硅鈣渣作為一種大量產(chǎn)生，卻

5、無法進行有效處理的固體廢棄物，目前的利用范圍非常局限。其中的一部分被用于建材領(lǐng)域，一部分用于環(huán)保領(lǐng)域的研究，其余大部分則是通過填埋的方式進行處理，這樣的處理污染環(huán)境，侵占土地，而且是對人類健康的一種威脅。2硅鈣渣的應(yīng)用2.1水泥原料硅鈣渣可以作為一種優(yōu)質(zhì)的水泥原料。水泥的主要成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣和鋁酸三鈣等，而硅鈣渣中含有硅酸二鈣，適合作為原料添加在生料中進行焙燒，并且生成一種優(yōu)質(zhì)水泥。朱元基5在研究硅鈣渣作為水泥的原料時認為，配入硅鈣渣的水泥生料具有反應(yīng)活性高，燒成溫度低，節(jié)能，熟料質(zhì)量好，吃渣量大等優(yōu)點。分析原因時，他將硅鈣渣與赤泥的化學(xué)組成作了對比，指出硅鈣渣中氧化鐵的含量偏低，氧化

6、鈣含量較高，而且堿含量很低，這是比赤泥優(yōu)越的根本原因。在物相組成上與普通水泥相似，因此用硅鈣渣配料比較容易調(diào)整，且配比數(shù)量高達70%90%；徐銀芳6采用90% 硅鈣渣和10%石灰石兩種原料配料，在13501400下煅燒，可以生產(chǎn)性能合格的625號硅酸鹽水泥。與同類型生產(chǎn)方式比較，采用硅鈣渣配料可節(jié)約能耗20% 左右，大幅度降低了水泥生產(chǎn)成本；劉江等7先對硅鈣渣進行了脫堿處理，然后再用作水泥混合材料；溫平8進行了硅鈣渣作為水泥生產(chǎn)原料的可行性研究，得出用硅鈣渣配料的生料易磨性好，有利于生料制備系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)能力充分發(fā)揮，降低生料電耗，因此可作為水泥生產(chǎn)的一種原料，替代部分石灰石，以節(jié)省能耗，降低企

7、業(yè)生產(chǎn)成本的結(jié)論。2.2制備陶粒硅鈣渣可以用于一種高強度陶粒的制備。硅鈣渣疏松多孔，密度較大，作為添加料，在燒制過程中，不僅能夠與陶瓷其他成分很好融合，還能夠極大增加陶瓷的強度，生產(chǎn)高性能的陶瓷。李俠等9對高強度硅鈣渣陶粒及其制備方法的研究，其采用固體廢棄物粉煤灰及硅鈣渣為主要原料，制備出的陶粒強度高，為硅鈣渣的利用提供了一條新途徑。2.3制造釉面瓷磚利用硅鈣渣可以制造一種釉面磚。釉面磚通常由陶土或瓷土為原料表面用釉料一起燒制而成，其吸水率和強度因原料不同而不同，加入硅鈣渣可以改善其性能，增加其強度，做成節(jié)能型瓷磚。祁慧軍等10將硅鈣渣、東勝粘土和竹雞塔粘土按一定配比做坯燒制生產(chǎn)出節(jié)能型產(chǎn)品。

8、由于硅鈣渣中的硅酸鈣降低了坯體的燒成溫度，通過配制與之相適應(yīng)的低溫釉料，可降低陶瓷生產(chǎn)能耗，提升資源的利用效率。2.4增強瀝青混合料硅鈣渣具有質(zhì)輕，多孔，相對密度較小，對聲、熱、電的傳導(dǎo)性能極差等物理性質(zhì)。葉寶將等11進行了提鉀硅鈣渣制備輕質(zhì)硅酸鈣保溫材料的研究；張金山等12進行了硅鈣渣與瀝青的混合，與純?yōu)r青相比，該混合料密度變大、孔隙減少、流值變大、粘附力變小，具備更強的抗剪能力，抗變形能力，從而延長了瀝青路面的使用壽命。 以上為硅鈣渣在建材領(lǐng)域的處理途徑。目前還出現(xiàn)了一些在環(huán)保領(lǐng)域的處理途徑，如在水處理方面，覃永貴13研究了硅鈣渣對苯酚廢水的處理情況，硅鈣渣經(jīng)表面活性劑 CTAB 改性后對

9、初始濃度為 100mg/L 的苯酚的吸附率可以達到 64.36%。以上為硅鈣渣的普遍利用途徑，但這些途徑是對硅鈣渣的低附加值的粗放利用，利用效率低。3硅鈣渣的利用前景通過化學(xué)組成可知硅鈣渣中含有大量的硅、鈣、鉀等，這些都是植物所必需的營養(yǎng)元素，可以利用微生物改變硅鈣渣的理化性質(zhì)，使硅鈣渣中的諸多元素轉(zhuǎn)化為能夠被植物吸收利用的有效態(tài)元素，增加通氣透水和蓄水保溫的性能，各項指標(biāo)均能達到植物生長的條件。通過資料發(fā)現(xiàn)，解磷細菌能夠?qū)㈦y溶性的無機磷轉(zhuǎn)化為可溶性磷，改善植物根系的營養(yǎng)狀況，提高作物對磷的利用率；釋鉀細菌能分解土壤中的不溶性硅酸鹽礦物，釋放其中的硅、磷、鉀等，增加土壤肥力；叢枝菌根真菌在對磷

10、的吸收過程中發(fā)揮重大作用，且它能吸收土壤中有機體被分解所產(chǎn)生的各種形態(tài)的氮，并轉(zhuǎn)給植物，根外菌絲可促進植物根系吸收養(yǎng)分與水分，改善植物的生長情況及根際土壤環(huán)境。同時微生物在生長繁殖過程中產(chǎn)生有機酸、氨基酸、多糖、激素等有利于植物吸收的營養(yǎng)物質(zhì)。因此，利用微生物對硅鈣渣的改性，使之成為再造土壤具有一定的可行性。目前，類似的生化改性技術(shù)開發(fā)廣泛。在研究中14，接種釋鉀細菌于粉煤灰中，進行紫花苜蓿的盆栽實驗，紫花苜蓿的地下部分干重較對照組增加 98.1%，pH下降至 67 附近，電導(dǎo)率在 0.8ms/cm 左右，速效鉀含量增至 55mg/kg，有效鉀含量為 20mg/kg，酸性磷酸酶活性為 2.5m

11、mol/(g·h)，這說明釋鉀菌對粉煤灰基質(zhì)具有一定的改良效應(yīng)。在解磷細菌與施磷肥對粉煤灰的改良效果比較的實驗中15，采用高粱為供試植物，通過盆栽試驗比較接種解磷細菌與施加磷肥對粉煤灰的綜合改良作用以及對植物生長的影響。結(jié)果表明，接種解磷細菌更有助于植物的生長，促進植物對粉煤灰中難溶性磷的吸收利用，接種解磷細菌對粉煤灰基質(zhì)改良，效應(yīng)較相當(dāng)量的磷肥更好。4結(jié)語硅鈣渣在中西部地區(qū)廣泛存在，不僅侵占土地，污染大氣和水環(huán)境，更會對人的身體健康造成危害。實現(xiàn)這種固體廢棄物的合理利用是十分必要的。盡管現(xiàn)有的處理方法已經(jīng)能夠減少硅鈣渣的堆放量，但是也只是杯水車薪。而且硅鈣渣中的化學(xué)元素可以被植物利

12、用，所以，應(yīng)該積極的探索新的方法和技術(shù)，使之得到更廣泛的應(yīng)用，從而有效地解決這種固廢。這樣，既保護了環(huán)境，又合理利用了資源，更符合可持續(xù)發(fā)展的要求。參考文獻1 荊富,伊茂森,張忠溫,饒拴民. 粉煤灰提取白炭黑和氧化鋁的研究 中煤平朔煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西朔州0360062 蘇雙青,馬鴻文,鄒丹等. 高鋁粉煤灰熔堿法制備氫氧化鋁的研究J. 巖石礦物學(xué)雜志,2011,30 ( 6) :981-9863 宋說講,孔德順,王麗華,白新偉. 硅鈣渣的綜合利用研究進展J. 云南化工4 劉瑛瑛.李來時,吳艷等. 粉煤灰精細利用抽取氧化鋁研究進展J. 輕金屬,2006(5):20-23.5 朱元基. 硅鈣渣作

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