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(guò)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(guò)填埋的方式進(jìn)行處理。實(shí)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(guó)是一個(gè)以煤炭為主要能源的國(guó)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(guó)的開(kāi)采量消費(fèi)量呈現(xiàn)日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在利用煤炭的過(guò)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(jì)和社會(huì)的許多需求，但卻帶來(lái)了許多環(huán)境問(wèn)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(huì)可持續(xù)發(fā)展中的一項(xiàng)重大課題。煤炭生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煤基固廢，例如粉煤灰，而全國(guó)火電廠每年粉煤灰的排放量達(dá)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(guó)內(nèi)蒙古中西部地區(qū)，隨著西部煤炭資源的開(kāi)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常可達(dá)50%左右，相當(dāng)于我國(guó)中低品位鋁土礦中Al2O3的含量。初步統(tǒng)計(jì)，2008年，該地區(qū)高鋁粉煤灰排放量在

3、1300萬(wàn)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(diǎn)，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(guò)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(qiáng)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(shuō)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(zhǎng)石提取鋁產(chǎn)生的硅鈣渣。在提取氧化鋁過(guò)程中，每生成1噸的氧化鋁就會(huì)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(wú)法進(jìn)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(guò)填埋的方式進(jìn)行處理，這樣的處理污染環(huán)境，侵占土地，而且是對(duì)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(jìn)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(shí)認(rèn)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(diǎn)。分析原因時(shí)，他將硅鈣渣與赤泥的化學(xué)組成作了對(duì)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(dá)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(hào)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(duì)硅鈣渣進(jìn)行了脫堿處理，然后再用作水泥混合材料；溫平8進(jìn)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(qiáng)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(guò)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(qiáng)度，生產(chǎn)高性能的陶瓷。李俠等9對(duì)高強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(guò)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(qiáng)瀝青混合料硅鈣渣具有質(zhì)輕，多孔，相對(duì)密度較小，對(duì)聲、熱、電的傳導(dǎo)性能極差等物理性質(zhì)。葉寶將等11進(jìn)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(jìn)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(qiáng)的抗剪能力，抗變形能力，從而延長(zhǎng)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(duì)苯酚廢水的處理情況，硅鈣渣經(jīng)表面活性劑 CTAB 改性后對(duì)

9、初始濃度為 100mg/L 的苯酚的吸附率可以達(dá)到 64.36%。以上為硅鈣渣的普遍利用途徑，但這些途徑是對(duì)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(guò)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(yíng)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(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到植物生長(zhǎng)的條件。通過(guò)資料發(fā)現(xiàn)，解磷細(xì)菌能夠?qū)㈦y溶性的無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化為可溶性磷，改善植物根系的營(yíng)養(yǎng)狀況，提高作物對(duì)磷的利用率；釋鉀細(xì)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(duì)磷

10、的吸收過(guò)程中發(fā)揮重大作用，且它能吸收土壤中有機(jī)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(jìn)植物根系吸收養(yǎng)分與水分，改善植物的生長(zhǎng)情況及根際土壤環(huán)境。同時(shí)微生物在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中產(chǎn)生有機(jī)酸、氨基酸、多糖、激素等有利于植物吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此，利用微生物對(duì)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(kāi)發(fā)廣泛。在研究中14，接種釋鉀細(xì)菌于粉煤灰中，進(jìn)行紫花苜蓿的盆栽實(shí)驗(yàn)，紫花苜蓿的地下部分干重較對(duì)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(shuō)明釋鉀菌對(duì)粉煤灰基質(zhì)具有一定的改良效應(yīng)。在解磷細(xì)菌與施磷肥對(duì)粉煤灰的改良效果比較的實(shí)驗(yàn)中15，采用高粱為供試植物，通過(guò)盆栽試驗(yàn)比較接種解磷細(xì)菌與施加磷肥對(duì)粉煤灰的綜合改良作用以及對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，接種解磷細(xì)菌更有助于植物的生長(zhǎng)，促進(jìn)植物對(duì)粉煤灰中難溶性磷的吸收利用，接種解磷細(xì)菌對(duì)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(yǔ)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(huì)對(duì)人的身體健康造成危害。實(shí)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(hù)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(xiàn)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(shuō)講,孔德順,王麗華,白新偉. 硅鈣渣的綜合利用研究進(jìn)展J. 云南化工4 劉瑛瑛.李來(lái)時(shí),吳艷等. 粉煤灰精細(xì)利用抽取氧化鋁研究進(jìn)展J. 輕金屬,2006(5):20-23.5 朱元基. 硅鈣渣作

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