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服務(wù)導(dǎo)航

山東省循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)會(huì)

赤泥資源化綜合利用項(xiàng)目技術(shù)簡(jiǎn)介

來(lái)源: 時(shí)間:2016-03-09

一、利用燃煤煙氣赤泥脫堿及脫硫脫碳超低排放技術(shù)

1.1 項(xiàng)目技術(shù)簡(jiǎn)介

赤泥作為氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物,是我國(guó)排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。目前國(guó)內(nèi)外氧化鋁廠(chǎng)大都將赤泥輸送堆場(chǎng),筑壩濕法堆存,該法易使大量廢堿液滲透到附近農(nóng)田,造成土壤堿化等,污染地表地下水源;另一種常用的方法是將赤泥干燥脫水和蒸發(fā)后干法堆存,這雖然減少了堆存量,但處理成本增加,并仍需占用土地,同時(shí)有些地方雨水充足,也容易造成土地堿化及水系的污染。赤泥的顆粒細(xì)、脫水性差并且凝結(jié)的赤泥塊體強(qiáng)度較低,當(dāng)筑壩高度增加時(shí),下部赤泥在上部赤泥重力作用下,會(huì)出現(xiàn)滲水和變形,很容易發(fā)生漏壩、垮壩事故。對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的問(wèn)題。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國(guó)對(duì)燃煤煙氣的處理利用率不高,造成這種局面的原因是多方面的,其中既有其自身的成分所決定的,也有技術(shù)、管理、標(biāo)準(zhǔn)、政策方面的因素所導(dǎo)致的。現(xiàn)階段,我國(guó)霧霾頻發(fā)造成空氣質(zhì)量下降,影響生態(tài)環(huán)境,給人體健康帶來(lái)較大危害。燃煤煙氣排放的不斷增長(zhǎng),是產(chǎn)生霧霾的重要原因之一,煙氣無(wú)害化處理引起了社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的重視。我國(guó)對(duì)燃煤工業(yè)鍋爐煙氣脫硫、脫碳、脫硝技術(shù)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了研究及開(kāi)發(fā),引進(jìn)電廠(chǎng)燃煤脫硫、脫碳、脫硝設(shè)備,除塵、脫硫裝置系統(tǒng)等處理成本高,且產(chǎn)生大量的廢渣問(wèn)題。

2014年,中國(guó)單位GDP二氧化碳排放比2005年下降了33.8%,有力推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展,也為應(yīng)對(duì)全球氣候變化做出了重要的貢獻(xiàn)。國(guó)家發(fā)展改革委氣候司要求在確保完成“十二五”碳強(qiáng)度下降目標(biāo)的基礎(chǔ)上,“十三五”還要繼續(xù)設(shè)立強(qiáng)有力的碳排放控制目標(biāo),力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)到2020年,在2005年的基礎(chǔ)上,二氧化碳排放的強(qiáng)度下降40%到45%的上限目標(biāo)。

大宗工業(yè)固體廢物綜合利用“十二五”規(guī)劃,要求降低赤泥減排并對(duì)其綜合利用。燃煤煙氣處理赤泥脫堿技術(shù),適合于我國(guó)現(xiàn)存赤泥的綜合利用,實(shí)現(xiàn)了赤泥的二次資源化利用,可以節(jié)省大量赤泥堆存占用的土地資源,解決強(qiáng)堿性的赤泥廢液造成的水體、土壤堿化和地下水源等環(huán)保問(wèn)題,大大降低赤泥堆場(chǎng)潰壩風(fēng)險(xiǎn),

具有巨大的社會(huì)效益和環(huán)境效益。同時(shí),燃煤鍋爐、火電廠(chǎng)等煙氣可以得到有效減排,達(dá)到資源化利用效果。此外,赤泥煙氣脫堿技術(shù)生產(chǎn),新增就業(yè)崗位,減少土地占用量,形成經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。

本項(xiàng)目依托國(guó)家“十二五”863重大項(xiàng)目子課題研究成果,利用電廠(chǎng)產(chǎn)生的高溫酸性燃煤煙氣導(dǎo)入氧化鋁工業(yè)副產(chǎn)的高堿性赤泥漿液中,在有相關(guān)助劑作用下進(jìn)行酸堿中和反應(yīng),對(duì)赤泥進(jìn)行脫堿處理。并利用脫堿赤泥開(kāi)發(fā)了具有較高附加值的污水處理用多元絮凝劑和復(fù)合白炭黑。該技術(shù)目前已經(jīng)在10噸鍋爐上進(jìn)行了中試,進(jìn)一步推廣可望實(shí)現(xiàn)燃煤電廠(chǎng)二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等酸性煙氣的綜合利用和大宗固體廢氣物-赤泥的低成本處理。這一專(zhuān)利技術(shù)同時(shí)將對(duì)利用酸性廢氣解決氧化鋁廠(chǎng)極為棘手的赤泥資源化利用和電廠(chǎng)脫硫、脫碳、脫硝以及霧霾源頭治理具有重要的環(huán)保社會(huì)效益和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 項(xiàng)目效益分析

該項(xiàng)目屬于利用燃煤煙氣或焦化酸性廢氣與赤泥固廢資源化綜合利用環(huán)保項(xiàng)目,除了明顯的環(huán)保效益和社會(huì)效益外,還具有良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益,主要包括以下五個(gè)方面:

(1) 該項(xiàng)目利用燃煤排放的酸性廢氣中的SO2、CO2、NOx作為強(qiáng)堿性赤泥的脫堿原料,節(jié)省或降低傳統(tǒng)石灰法或鎂法脫硫裝置費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用,同時(shí)還降低傳統(tǒng)催化劑脫硝費(fèi)用。此外,利用煙氣中的CO2,為降低下一步即將開(kāi)征的碳排放費(fèi)用奠定基礎(chǔ)。

(2) 脫堿后赤泥中的堿顯著降低,Na2O含量可以達(dá)到1%以下,可用于道路的路基材料、鹽堿地改造地面硬化材料、水泥原料、建材原料等。

(3) 充分利用赤泥中的鐵、鋁元素,制備水處理用多元絮凝劑產(chǎn)品。

(4) 充分利用赤泥中的硅等元素,制備橡膠、塑料、養(yǎng)殖等行業(yè)復(fù)合白炭黑產(chǎn)品。

(5) 減少赤泥堆場(chǎng)用地,節(jié)省土地資源占用費(fèi)用。

二、赤泥制備多元絮凝劑聯(lián)產(chǎn)復(fù)合白炭黑技術(shù)

2.1 項(xiàng)目技術(shù)簡(jiǎn)介

目前我國(guó)城市污水排放總量在25~30億噸左右,而處理率尚不足20%。若以每處理1噸污水平均須用100克(即100ppm)絮凝劑計(jì),則全國(guó)每年應(yīng)需各種絮凝劑200~300萬(wàn)噸。全國(guó)現(xiàn)有生產(chǎn)四大類(lèi)絮凝劑,即無(wú)機(jī)鹽絮凝劑如鋁鹽(明礬)、鐵鹽(綠礬)等;無(wú)機(jī)高分子絮凝劑如聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)等;天然有機(jī)高分子絮凝劑如殼聚糖、改性淀粉等;合成有機(jī)高分子絮凝劑如聚丙烯酰胺(PAM)等。從產(chǎn)品性能價(jià)格比考慮,我國(guó)市場(chǎng)常用的絮凝劑主要是無(wú)機(jī)高分子絮凝劑PAC、PFS和合成有機(jī)高分子絮凝劑PAM。按2010年絮凝劑銷(xiāo)售總額170萬(wàn)噸計(jì)(也有估計(jì)說(shuō)150萬(wàn)噸),平均每家年產(chǎn)3000噸(固體)左右(相當(dāng)于液體產(chǎn)品10000噸左右),僅能滿(mǎn)足總需求量的60%左右。

由于赤泥的主要組成部分是鐵/鋁的氧化物或氫氧化物,對(duì)赤泥有效成分利用,可有效避免二次污染。利用赤泥制備多元絮凝劑聯(lián)產(chǎn)復(fù)合白炭黑產(chǎn)品可大量應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和改善人民生活水平等眾多領(lǐng)域,該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化后可望批量化的消耗工業(yè)固體廢棄物---赤泥,不但節(jié)約了大量的鋁土礦產(chǎn)資源,同時(shí)還消減了大量的廢物處理費(fèi)用,以低成本固體工業(yè)廢棄物創(chuàng)造了新的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)研制開(kāi)發(fā)成功的赤泥多元絮凝劑是一種新型無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑,含有多種金屬、非金屬和礦物材料吸附核,采用獨(dú)有的特殊合成技術(shù)經(jīng)水解、絡(luò)合、聚合、復(fù)合、同質(zhì)等反應(yīng)精制而成,兼具無(wú)機(jī)高分子絮凝劑與有機(jī)高分子絮凝劑的特點(diǎn)。具有礬花形成快、絮體大而密實(shí)的特點(diǎn),在不增加污水處理綜合費(fèi)用的前提下,大幅度提高了無(wú)機(jī)高分子類(lèi)絮凝劑的絮凝效果。同時(shí),利用其中的硅、鈣等元素轉(zhuǎn)化成復(fù)合白炭黑,復(fù)合白炭黑比表面積大,添加到橡膠中具有較好的補(bǔ)強(qiáng)效果。該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化可望較大批量消耗赤泥,將環(huán)境污染治理固體廢棄物與資源化利用制備環(huán)境工程新材料結(jié)合起來(lái),具有低成本、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。該技術(shù)研究較為成熟,該技術(shù)專(zhuān)利已經(jīng)授權(quán),且在山東中試生產(chǎn)。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

用赤泥制備的液體多元絮凝劑,其水處理效果與商業(yè)聚合氯化鋁的絮凝處理效果相當(dāng),以硅藻土標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)試,其濁度去除率不低于70%,制備的復(fù)合白炭黑中SiO2含量>50%,比表面積>70m2/g。

2.3 效益分析

基于赤泥多元絮凝劑及副產(chǎn)復(fù)合白炭黑產(chǎn)品可大量應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和改善人民生活水平等眾多領(lǐng)域,該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化后可望批量化的消耗工業(yè)固體廢棄物---赤泥,不但節(jié)約了大量的鋁土礦產(chǎn)資源,同時(shí)還消減了大量的廢物處理費(fèi)用,以低成本固體工業(yè)廢棄物創(chuàng)造了新的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本項(xiàng)研究成果推廣后,不僅具有可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益,每年還可減排大量的赤泥,減少堆場(chǎng)投資和維修費(fèi)用,減輕企業(yè)負(fù)擔(dān),促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展,具有良好的社會(huì)效應(yīng)。


三、赤泥塑料及木塑復(fù)合材料

3.1 項(xiàng)目技術(shù)簡(jiǎn)介

中國(guó)塑料工業(yè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的奮斗和面向全球的開(kāi)放,已形成門(mén)類(lèi)較齊全的工業(yè)體系,成為與鋼材、水泥、木材并駕齊驅(qū)的基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè),作為一種新型材料,其使用領(lǐng)域已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越上述三種材料。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),中國(guó)塑料工業(yè)取得了令世人矚目的成就,實(shí)現(xiàn)了歷史性的跨越。作為輕工行業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)之一的塑料行業(yè),近幾年增長(zhǎng)速度一直保持在10%以上,在保持較快發(fā)展速度的同時(shí),經(jīng)濟(jì)效益也有新的提高。塑料制品行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)產(chǎn)值總額在輕工19個(gè)主要行業(yè)中位居前列,且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷(xiāo)售率97.8%,高于輕工行業(yè)平均水平。從合成樹(shù)脂、塑料機(jī)和塑料制品生產(chǎn)來(lái)看,都顯示了中國(guó)塑料工業(yè)強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。2007年1-12月,中國(guó)塑料制品企業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值8018億元,比上年同期增長(zhǎng)27.06%,2008年1-10月,中國(guó)塑料制品企業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值7880億元,比上年同期增長(zhǎng)22.16%。

以赤泥為原料,通過(guò)加工處理、活化、復(fù)合、改性、成型、強(qiáng)化,作為填料對(duì)聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)進(jìn)行增強(qiáng)。赤泥填料的生產(chǎn)過(guò)程不用高溫?zé)Y(jié),沒(méi)有二次污染排放,具有增塑、穩(wěn)定、潤(rùn)滑、偶聯(lián)等多種功能。PVC、PP樹(shù)脂中填充赤泥新型材料后,塑化時(shí)間縮短,熱穩(wěn)定時(shí)間增加,在加工過(guò)程中不分解,又減少了加工能耗,且耐腐蝕性達(dá)標(biāo),適用于管材。本產(chǎn)品在塑料、橡膠、農(nóng)業(yè)、環(huán)保工業(yè)中廣泛應(yīng)用。

中國(guó)木塑產(chǎn)業(yè)始于上個(gè)世紀(jì)90年代末期,其起步比國(guó)外晚了20多年,此后逐漸成長(zhǎng)成為一個(gè)原料來(lái)源廣泛、加工手段豐富、工藝技術(shù)相對(duì)獨(dú)立而自成體系的新興資源綜合利用行業(yè)。這得力于循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念的支撐和國(guó)家環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約政策的大力推行。以木塑建筑材料參與北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)和廣州亞運(yùn)會(huì)建設(shè)等重大活動(dòng)為標(biāo)志,木塑產(chǎn)業(yè)在中國(guó)進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期。

近幾年來(lái),木塑企業(yè)和產(chǎn)量的平均增長(zhǎng)率超過(guò)20%,現(xiàn)總產(chǎn)量已達(dá)到50萬(wàn)噸/年,可與曾經(jīng)長(zhǎng)期雄踞世界排名第一美國(guó)木塑產(chǎn)業(yè)并駕齊驅(qū)。,根據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè),國(guó)內(nèi)木塑復(fù)合材料的潛在需求量在118萬(wàn)噸左右,未來(lái)幾年國(guó)內(nèi)需求還有進(jìn)一步增加的趨勢(shì),預(yù)計(jì)增速在20%以上,市場(chǎng)潛力巨大。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)利用赤泥制備塑料填料應(yīng)用技術(shù),申

請(qǐng)多項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利,并授權(quán)1項(xiàng)。研究表明赤泥可作為塑料復(fù)合材料填充粉體,部分替代目前碳酸鈣等天然填充粉體,結(jié)合抗菌劑,可制備出具有抗菌功能的塑料母粒及其復(fù)合材料制品,其生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保,且天然為紅色,無(wú)需額外添加紅色母粒,即可生產(chǎn)出具有廣泛用途的復(fù)合材料,用于管道、建筑板材、園林等行業(yè)。

3.2 產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

利用赤泥制備的塑料制品,其生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保,價(jià)格低廉,力學(xué)性能優(yōu)異,抗老化性能強(qiáng),吸濕性小,天然為紅色,使用時(shí)可減少塑料中紅色母粒用量,且具有良好的抗菌和阻燃性能。

3.3 市場(chǎng)前景分析

在塑料填料中使用數(shù)量最大、應(yīng)用面最廣的粉體填料是碳酸鈣,其次是滑石粉和高嶺土,據(jù)統(tǒng)計(jì),這些粉體填充復(fù)合材料年產(chǎn)量已超過(guò)3000萬(wàn)噸,粉體填料添加量占塑料總質(zhì)量>50%,目前我國(guó)塑料工業(yè)每年使用的各種規(guī)格的塑料填充粉體至少在1500萬(wàn)噸以上。通過(guò)上述數(shù)據(jù)可以看出,目前塑料填料行業(yè)中對(duì)粉體填料的需求量相當(dāng)大,并且隨著塑料行業(yè)的快速發(fā)展,粉體填料的需求量必將進(jìn)一步增大,其市場(chǎng)不容忽視。

以赤泥為原料與其它助劑和添加劑混煉而成為PVC、PP、PE填料。因其特性強(qiáng)更具有廣泛的應(yīng)用性,可用于塑料、橡膠、造紙、涂料、鑄造、陶瓷等行業(yè)中。山東陽(yáng)谷一處都有30萬(wàn)噸/年的需求量,而此類(lèi)粉狀填充料全國(guó)一年需2000萬(wàn)噸以上,市場(chǎng)前景廣闊。赤泥作塑料填料的研究已進(jìn)行多年,近年來(lái)隨著塑料加工及表面處理劑的不斷改進(jìn),赤泥在塑料行業(yè)的應(yīng)用取得了新的進(jìn)展。赤泥對(duì)PVC和PP具有顯著的熱穩(wěn)定作用、優(yōu)良的抗老化性能和阻燃性,可用于生產(chǎn)建筑型材。赤泥對(duì)PVC和PP具有顯著的熱穩(wěn)定作用,同時(shí)使PVC和PP制品具有優(yōu)良的抗老化性能,可延長(zhǎng)制品的使用壽命。

赤泥填充PE石頭紙技術(shù)在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)需用水,不需要添加強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、漂白粉及眾多有機(jī)氯化物,比傳統(tǒng)造紙工藝省去了蒸煮、洗滌、漂白等幾個(gè)重要的污染環(huán)節(jié),從根本上杜絕了造紙過(guò)程中因產(chǎn)生“三廢”而造成的污染問(wèn)題,省去了大筆的廢物處理資金。另外,由于赤泥填充PE石頭紙優(yōu)異的性能,及價(jià)格優(yōu)勢(shì)具有廣闊的市場(chǎng)前景。

3.4 效益分析

以赤泥復(fù)合PVC管材型材計(jì)算:每噸原料成本為5514元,水電費(fèi)402元/噸,人工1000元/噸計(jì)算。設(shè)備投入210萬(wàn)左右,五年收回成本的話(huà)折舊為84元/噸;則生產(chǎn)成本為7000元/噸左右。


1成本效益核算表

生產(chǎn)成本,元/

管材售價(jià)

毛利

5000噸毛利

年消耗100萬(wàn)噸赤泥毛利

與輕鈣填充對(duì)比

與輕鈣填充管材比年消耗100萬(wàn)噸赤泥

原料成本

水電費(fèi)人工成本

設(shè)備折舊

11000/

4000/

2000萬(wàn)

155億元

成本減低440/

多贏利約27

5514

1402

84

7000


另外,赤泥填充PE石頭紙應(yīng)用中,將赤泥經(jīng)過(guò)干燥、粉碎后制成填料的成本約在200元/噸,其在石頭紙中的含量按70%計(jì)算為140元/噸;而P E及助劑,采用回收的材料,市場(chǎng)價(jià)為5000元/噸,按30%計(jì)算為1500元/噸;這樣每噸赤泥填充石頭紙的成本價(jià)格為1640元左右。目前國(guó)內(nèi)的牛皮紙價(jià)格為2300元/噸~2500元/噸,赤泥填充石頭紙與傳統(tǒng)牛皮紙相比有巨大的價(jià)格優(yōu)勢(shì),以年產(chǎn)10萬(wàn)噸計(jì)算,則可為企業(yè)帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益1億元。

通過(guò)該技術(shù)的實(shí)施,不僅可以消耗掉大量的赤泥,降低其對(duì)環(huán)境及人們的生產(chǎn)、生活方面的影響,減少赤泥處理的費(fèi)用,同時(shí)可以節(jié)約大量的森林資源,以低成本的赤泥創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,減少企業(yè)負(fù)擔(dān),促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和和社會(huì)效益。


四、赤泥固硫及固硫灰渣膠凝材料技術(shù)

4.1 項(xiàng)目技術(shù)簡(jiǎn)介

我國(guó)的酸雨主要是由大量燃燒含硫量高的煤而形成的。近年來(lái),二氧化硫的控制主要依靠的是控制燃煤工業(yè)的二氧化硫的排放,然而燃煤脫硫是減輕大氣二氧化硫污染的最基本的方法。目前常用的脫硫方法主要有三種:燃燒前脫硫、燃燒中脫硫及燃燒后脫硫。現(xiàn)階段,國(guó)內(nèi)外主要使用的固硫劑有鈣基、鎂基、鈉基、鉀基等,如:石灰石、白云石、方解石、氧化鈣、氧化鎂、氫氧化鈉等。在我國(guó),石灰石的儲(chǔ)量很大,價(jià)格也低廉,而且其能分解出反應(yīng)性好的堿性氧化物,是燃煤固硫中最常用的固硫劑,俗稱(chēng)鈣劑固硫劑,也是目前應(yīng)用最廣泛一種固硫劑。

我國(guó)大氣環(huán)境受到了嚴(yán)重污染,其中以SO2和煙塵污染最為嚴(yán)重,煤炭燃燒排放的SO2、煙塵分別占總排放量的90%、70%。1/3以上城市的SO2年日均濃度超過(guò)國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái)的煤炭消耗量的大量增加和SO2的排放量增加的矛盾不容樂(lè)觀(guān)。研究將赤泥與天然礦物材料復(fù)合,通過(guò)對(duì)赤泥細(xì)化改性,摻和到燃煤中燃燒,大大提高了其固硫效率和性能,研制出具有較好固硫效果的燃煤鍋爐固硫劑。研究探討了影響固硫劑固硫效率的主要因素,優(yōu)化結(jié)果表明,固硫率可達(dá)80%以上,顯示良好前景。燃煤鍋爐配煤摻燒赤泥固硫劑,可以將燃煤中SO2轉(zhuǎn)移至固硫灰渣中,大大減輕后期煙氣脫硫的負(fù)擔(dān),使燃煤煙氣中的SO2濃度達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

赤泥是在氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣,因含堿量高等原因,綜合利用已成為世界難題。赤泥大量堆積,它不僅占用了大量的土地資源,嚴(yán)重的污染了我們的生態(tài)環(huán)境;而且赤泥中的許多可利用成分(Al2O3、Fe2O3等)沒(méi)有得到合理的利用,導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)。近年來(lái),很多學(xué)者研究了燒結(jié)法赤泥的應(yīng)用,燒結(jié)法赤泥在一些方面應(yīng)用取得了一定的成果。但是隨著氧化鋁外礦的廣泛應(yīng)用,拜耳法赤泥已經(jīng)成為近年來(lái)新的污染物。拜耳法赤泥粒徑很細(xì),有大的比表面,這有利于加大化學(xué)反應(yīng)速度和反應(yīng)深度,且赤泥富含堿、鈣、鐵等堿性物質(zhì),在天然礦物材料和燃煤助劑的聯(lián)合作用下,使具有助燃-催化-固硫協(xié)同作用的赤泥固硫劑與燃煤釋放出的SO2經(jīng)歷高溫固結(jié)反應(yīng)形成具有可阻止固硫產(chǎn)物再分解特性的硅酸鹽固熔體,從而提高赤泥固硫效率。這就為拜耳法赤泥消耗提供了新的方法,實(shí)現(xiàn)了赤泥的高附加值利用。

本項(xiàng)目依托國(guó)家“十二五”863重大項(xiàng)目子課題研究成果,利用工業(yè)氧化鋁生產(chǎn)產(chǎn)生的拜耳法赤泥作為主要原料,以白云石、蛭石粉塵作為固硫添加劑,研制出的拜耳法赤泥-礦物復(fù)合固硫劑,主要應(yīng)用于燃煤領(lǐng)域,大大的節(jié)約了天石灰石等礦產(chǎn)資源。積極利用赤泥這一工業(yè)固廢,提高資源總體利用率,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),走可持續(xù)發(fā)展道路,在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用新工藝,科學(xué)合理的利用和處理廢棄物。同時(shí),對(duì)固硫灰渣制備油田廢棄鉆井液無(wú)害化處理特種膠凝材料方面加以應(yīng)用。

4.2 產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

在赤泥固硫劑制備方面,以拜耳法赤泥為主要固硫劑,水鎂石、白云石、蛭石及鹽泥作為固硫添加劑,氧化鋅作為固硫催化劑的赤泥基協(xié)同固硫劑,固硫率就可達(dá)80%以上。

以赤泥為主要原料制備固硫灰渣膠凝材料,以電石渣、生物炭、聚合氯化鋁等配制的復(fù)合膠凝固化劑固化廢泥漿獲得的固結(jié)物,其抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.56MPa, 浸出液污染物指標(biāo)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978-1996)第二類(lèi)石油類(lèi)污染物允許排放的濃度。

4.3 市場(chǎng)前景分析

我國(guó)赤泥處于積存階段,尚無(wú)明顯有效的資源化利用方式,赤泥的大量積存不僅會(huì)占用大量的土地,同時(shí)還會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)、生活帶來(lái)很多的不便。利用赤泥進(jìn)行脫硫、固硫不僅具有明顯的成本優(yōu)勢(shì),同時(shí)可以有效的利用赤泥,可以為企業(yè)省去一大筆的脫硫運(yùn)行管理費(fèi)用,利用赤泥有效地進(jìn)行脫硫、固硫,降低了固硫劑的生產(chǎn)成本,減少了煤炭燃燒過(guò)程中SO2的排放,實(shí)現(xiàn)變廢為寶;另一方面,隨著我國(guó)環(huán)境污染問(wèn)題的日益突出,利用赤泥進(jìn)行脫硫、固硫必將得到越來(lái)越多的重視。因此,利用赤泥進(jìn)行脫硫、固硫具有良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

4.4 效益分析

按年產(chǎn)1萬(wàn)噸固硫劑生產(chǎn)能力,全部建成達(dá)產(chǎn),年總產(chǎn)量為1.5萬(wàn)噸??偝杀举M(fèi)178.96萬(wàn)元,產(chǎn)品單位成本為119.3元/噸。本項(xiàng)目產(chǎn)品出廠(chǎng)批發(fā)價(jià)定價(jià)為320元/噸,則本項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)年年銷(xiāo)售收入為480萬(wàn)元。隨著拜耳法赤泥的應(yīng)用研究不斷深入與固硫劑的不斷發(fā)展,赤泥在以廢治廢、節(jié)能減排的應(yīng)用中必然會(huì)顯示

出其勃勃生機(jī),因此將赤泥成為石灰石首選替代產(chǎn)品,用拜耳法赤泥替代部分石灰石已是大勢(shì)所趨,市場(chǎng)前景廣闊。

五、赤泥燒結(jié)蜂窩、濾料等多孔功能材料技術(shù)

5.1 項(xiàng)目技術(shù)簡(jiǎn)介

目前,國(guó)內(nèi)外已有許多研究致力于赤泥吸附劑對(duì)廢水凈化應(yīng)用的研究,利用赤泥吸附劑對(duì)廢水的砷、鎘、磷等的去除。由于赤泥本身滲透性系數(shù),以及赤泥中含有的氧化鋁、氧化鐵、二氧化硅、氧化鈣等組分形成不同的礦物組成,起到膠結(jié)物作用,增加赤泥結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,具有一定吸附性能,通過(guò)利用赤泥為原料燒結(jié)制成多孔材料,對(duì)水中有害物質(zhì)吸附,達(dá)到水處理目的,不同工藝方法制備的功能性多孔功能材料,分別具有蓄熱、脫硝、殺菌等應(yīng)用特性。

本項(xiàng)目依托國(guó)家“十二五”863重大項(xiàng)目子課題研究成果,以拜耳法赤泥為原料研制抗菌型蜂窩多孔材料,制備出耐高溫的負(fù)載Zn系和Ag系抗菌劑,然后將其添加到蜂窩陶瓷中高溫焙燒,得到具備抗菌功能的陶瓷蜂窩。

蓄熱型蜂窩多孔陶瓷以赤泥為主要原料,利用樣品制備模具壓制蜂窩小樣,制備過(guò)程中對(duì)成孔劑類(lèi)型及粒度、成孔劑添加量、脫模技術(shù)、煅燒溫度等進(jìn)行調(diào)整測(cè)試制備出性能優(yōu)良且美觀(guān)的蜂窩多孔材料。

水處理用燒結(jié)多孔材料是以赤泥為主要原料,膨潤(rùn)土、粉煤灰等與赤泥混合,燒結(jié)使熔融的原料均勻發(fā)泡膨脹,赤泥具有膠結(jié)孔架結(jié)構(gòu),內(nèi)部可形成了凝聚體空隙、集粒體空隙和團(tuán)聚體空隙,使得赤泥的比表面積增加,在水介質(zhì)中穩(wěn)定性較好。在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的前提下,在燒結(jié)溫度為1200℃時(shí)可以制得綜合性能較好的多孔材料。不同的工藝和不同的造孔劑可以控制赤泥多孔材料的氣孔率:用有機(jī)泡沫浸漬法制得的材料氣孔率最大,可達(dá)72%,用煤炭粉作為造孔劑的多孔材料最大氣孔率可達(dá)64%。

在此基礎(chǔ)上,對(duì)赤泥多孔材料進(jìn)行負(fù)載改性,并利用這些材料進(jìn)行含聚乙烯醇(PVA)的模擬紡織污水處理、有色污水處理,飲用水中氟離子可降低到1.4ppm。這不僅可以開(kāi)發(fā)赤泥的新用途,而且對(duì)于實(shí)現(xiàn)以廢治廢和節(jié)能減排的目標(biāo)具有重要的意義。

5.2 產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

5.2.1 抗菌性能

按GB21551.2-2010國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),采用振蕩法測(cè)試蜂窩抗菌、除菌、凈化功能進(jìn)行抗菌性能。按照GB1966-80檢測(cè)蜂窩多孔材料的孔隙率和吸水率結(jié)果。在不影響蜂窩陶瓷機(jī)械性能的基礎(chǔ)上,檢測(cè)其抗菌率達(dá)到90%以上。制備成具有主動(dòng)吸附并殺菌的器件,用于室內(nèi)空氣凈化,其細(xì)菌去除率在90%以上,符合《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,室內(nèi)空氣環(huán)境中菌落總數(shù)≤2500cfu/m3

5.2.2 蓄熱性能

垃圾焚燒爐用赤泥蜂窩蓄熱陶瓷的技術(shù)指標(biāo)如下:

= 1 \* GB3 制備過(guò)程中的赤泥利用率達(dá)到60%以上,

= 2 \* GB3 參考標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T25994-2010蜂窩陶瓷,抗壓強(qiáng)度A軸方向>10MPa,B軸方向>1.4MPa,

= 3 \* GB3  因垃圾焚燒爐蓄熱室產(chǎn)生的高溫空氣溫度約為800℃,將赤泥蓄熱蜂窩陶瓷的抗熱震性能指標(biāo)定為:400℃~800℃,三次循環(huán)后不開(kāi)裂,

= 4 \* GB3  赤泥蜂窩陶瓷的蓄熱密度應(yīng)大于200 kJ·kg-1。

5.2.3 水處理性能

制備的水處理用多孔材料孔尺寸在50~100μm,抗壓強(qiáng)度明顯提高0.33~2.74 MPa。處理模擬廢水中PVA的濃度降低29%。

5.3 市場(chǎng)前景及效益分析

= 1 \* GB3  “十二五”期間,我國(guó)部署1000套蓄熱式熱力垃圾焚燒爐,蜂窩陶瓷用量在50萬(wàn)~100萬(wàn)m3/年,可以創(chuàng)造產(chǎn)值30億元以上,如果三分之一使用赤泥蜂窩陶瓷,可以創(chuàng)產(chǎn)值10億元,消納赤泥10萬(wàn)噸。因此,蜂窩陶瓷蓄熱材料的應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,為實(shí)現(xiàn)赤泥資源化和高附加值利用提供新途徑。

= 2 \* GB3  開(kāi)展以赤泥為原料制備抗菌蜂窩多孔材料,集主動(dòng)吸附和殺菌功能于一體,克服吸附材料不殺菌和抗菌材料被動(dòng)殺菌的缺點(diǎn),負(fù)載抗菌劑后,制備成具有主動(dòng)吸附并殺菌的器件,極大提高室內(nèi)空氣凈化效率,適合工業(yè)化生產(chǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。

= 3 \* GB3  赤泥制備的多孔材料表面有良好的多微孔結(jié)構(gòu),有較大的比表面積以及較高的吸附率,將赤泥、粉煤灰等工業(yè)廢棄物用于工業(yè)廢水的處理,具有成本低、能耗小等特點(diǎn),符合環(huán)境污染治理與資源化利用及可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展趨勢(shì)。


六、脫堿赤泥路基材料技術(shù)

6.1 項(xiàng)目技術(shù)簡(jiǎn)介

在最新版本的《國(guó)家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域》中第七大類(lèi)“資源與環(huán)境技術(shù)”的第三項(xiàng)“固體廢棄物的處理與綜合利用技術(shù)”的第二子項(xiàng)“工業(yè)固體廢棄物的資源綜合利用技術(shù)”明確提出“利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)復(fù)合材料、尾礦微晶材料、輕質(zhì)建材、地膜、水泥替代物、工程結(jié)構(gòu)制品等技術(shù);電廠(chǎng)粉煤灰及煤礦矸石、冶金廢渣等廢棄物的資源回收與綜合利用技術(shù);廢棄物資源化處理技術(shù)屬于國(guó)家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域?!币陨险f(shuō)明用赤泥尾礦生產(chǎn)赤泥路基材料屬于國(guó)家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域。

赤泥路基膠凝材料可用工業(yè)廢渣包括石材廢料和尾礦尾砂、冶金爐渣、化工廢渣、粉煤灰和煤矸石及作為主要膠凝和增強(qiáng)輔料,匹配赤泥的反應(yīng)活性,得到赤泥堿激發(fā)膠凝材料,并分別應(yīng)用于鋁土礦渣基層、磷石膏赤泥穩(wěn)定類(lèi)基層、石灰、粉煤灰穩(wěn)定赤泥基層、石灰赤泥穩(wěn)定土基層,膠凝材料中拜耳法赤泥的添加量達(dá)到50%,達(dá)到二級(jí)公路水泥穩(wěn)定土的抗壓要求(2.5-3Mpa)。生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生二次污染,原料產(chǎn)品本身也沒(méi)有所含有的危害人身健康的放射性和人為的有機(jī)化工物質(zhì)污染,因此,利用赤泥尾礦生產(chǎn)赤泥路基材料具有巨大潛力,為解決環(huán)境污染和資源再生利用提供了重要途徑。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析,并依托公路鋪筑試驗(yàn)路相結(jié)合的研究方法,通過(guò)對(duì)水泥石灰赤泥土混合料底基層、水泥赤泥級(jí)配碎石混合料基層材料組成、承載力特性、施工控制方法,對(duì)水泥赤泥級(jí)配碎石混合料基層材料配合比組成、路用性能分析及經(jīng)濟(jì)性分析等方面的綜合分析研究,提出適合于部分地理環(huán)境路基的合理水泥石灰赤泥穩(wěn)定土底基層、水泥赤泥穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料基層材料要求、配合比組成、施工質(zhì)量控制等路面設(shè)計(jì)施工技術(shù)指標(biāo),以解決煉鋁廠(chǎng)附近大量工業(yè)廢渣赤泥的利用問(wèn)題,使工業(yè)廢渣赤泥能很好的用于城市公路中,既有利于廢渣利用,又能降低公路工程造價(jià)。

6.2 產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

= 1 \* GB3  無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

在我國(guó)的基層研究中,采用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及剛度(模量)來(lái)進(jìn)行評(píng)定,參照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》JTJ051-93,確定其穩(wěn)定性、安全性。

= 2 \* GB3  收縮特性

收縮試驗(yàn)采用機(jī)械法測(cè)定干燥收縮變形。采用的主要設(shè)備包括鋼制或鐵制的基座、測(cè)定變形量的千分表以及千分表架。

= 3 \* GB3  抗壓回彈模量: 參考JTGE51-2009-T0808公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程

6.3 市場(chǎng)前景及效益分析

赤泥路基材料主要涵蓋公路路基和鐵路路基兩個(gè)方面。赤泥路基材料是以赤泥為主,摻加其它活性成分經(jīng)加工而成?;钚猿煞直M量采用不缺乏的廉價(jià)材料,主要是工業(yè)廢渣。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究,摻加部分磷石膏作為活性成分,提高了材料的凝固期或硬化期。同時(shí),將鋁土礦渣磨成粉能大大提高其液壓活性,從而更有效地利用鋁土礦渣。

赤泥復(fù)配大量堆棄無(wú)用的工業(yè)廢渣制備成高價(jià)值的道路材料,通過(guò)研究和采用相適應(yīng)的固化技術(shù)與筑路工藝將提高其路基要求相關(guān)性能,赤泥路基材料具有工藝簡(jiǎn)單、成型方便、適應(yīng)性強(qiáng)、重量輕、成本低的優(yōu)點(diǎn),避免了加工時(shí)大量切削、研磨、耗時(shí)、資源浪費(fèi)嚴(yán)重、成本高的弊端,適應(yīng)性強(qiáng),應(yīng)用范圍廣泛。使之滿(mǎn)足道路設(shè)計(jì)所要求的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),具有廣闊的市場(chǎng)前景,同時(shí)也符合環(huán)保與基礎(chǔ)建設(shè)理念,使赤泥綜合利用達(dá)到一個(gè)新的階段。

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