一种煤气化渣的综合利用方法

本发明属于无机化工固废资源化利用，具体涉及一种煤气化渣的综合利用方法。

背景技术：

1、煤气化工艺是生产合成气产品的主要途径之一，主要包括固定床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术，将固态的煤转化成气态的合成气，同时副产蒸汽、焦油(个别气化技术)及灰渣等副产品。随着合成气产品需求的大幅增长，副产的无机灰渣也随之大量排放与堆存，造成了严重的环境污染问题。

2、针对煤气化过程产生灰渣的物理特性，cn106336164a公开了一种保温免烧砖的制备方法，以气化渣为原料，向其中添加煤矸石、钢渣、锅炉渣，经过成型-养护后得到免烧砖；cn106467376a公开了一种免烧砖制备工艺方法，以气化渣为原料，向其中添加水泥、豆沙石，经过成型-养护后得到免烧砖。

3、为了提高灰渣利用的附加值，cn104774023a公开了一种利用粉煤灰和气化渣制备的轻质陶粒及其制法和应用，将气化渣和钠/钾长石按照一定比例混合后，再加入少量助剂进行成型、干燥和烧成的工序，可得到合格的轻质陶粒；cn105130487a公开了用于生产过滤陶瓷的组合物以及过滤陶瓷及其制备方法和应用，以粉煤灰和气化渣为原料，依次进行研磨、成型和烧结即可获得合格的过滤陶瓷。

4、基于煤气化渣的化学组成特点，cn106800416a公开了一种利用气化渣制备低蠕变耐火砖的方法，以气化渣、堇青石、锆刚玉、石灰石、粉煤灰和长石等为原料，加入碳化硼纤维及纳米氧化钨等助剂，经过细磨-微波高温烧结-洗涤-干燥等工段得到机械性能高、蠕变性低和抗震性能好的耐火材料。

5、基于煤气化渣含碳量高的特点，cn102980195a公开了一种煤化工气化渣的处理方法，将气化渣与煤泥均匀混合后再加入白泥浆，通过输送管道将其送至流化床锅炉进行燃烧，提高其中碳的利用效率；cn108584971a公开了一种用煤气化渣制备高模数可溶性硅酸盐的方法，采用酸浸-碱浸的方法得到高模数可溶性硅酸盐，品质较高，生产成本低，但无法实现气化渣中碳组分的利用。

6、煤气化渣中含有丰富的碳、铝、硅、铁、钙等元素，现有的方法未能实现有效的提取与利用，综合利用率低，未能实现气化渣全组分利用的目的。

7、因此，需要提供一种新的煤气化渣的综合利用方法，实现有效的提取与利用，提供综合利用效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种煤气化渣的综合利用方法，所述煤气化渣的综合利用方法采用了碳灰分离工艺，得到了烧失量＜5％的低碳渣、烧失量为20-50％的中碳渣和烧失量＞80％的高碳渣，针对低碳渣通过酸浸脱除其中的铝、铁、钙金属元素，通过碱浸脱除其中的硅元素，得到铝基的净水剂和硅基的水玻璃，中碳渣用作多孔材料、地质聚合物、分子筛、微晶玻璃或陶粒的原材料，高碳渣用于制备碳吸附材料，本发明所述综合利用方法过程简单，反应温和，不产生二次固体废物，且制得的碳吸附材料比表面积大，吸附量高，实现了气化渣碳与其他组分的分离，药剂用量少，运行成本低，碳灰分离效率高。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明的目的在于提供一种煤气化渣的综合利用方法，所述综合利用方法包括如下步骤：

4、(1)将煤气化渣进行碳灰分离得到第一高碳渣、中碳渣和低碳渣；

5、(2)将步骤(1)所得低碳渣进行酸浸得到酸浸出液和酸浸渣；将所述酸浸渣进行碱浸得到第二高碳渣和碱浸出液；

6、(3)将步骤(1)所述第一高碳渣与步骤(2)所述第二高碳渣进行活化得到碳吸附材料；

7、其中，所述第一高碳渣和所述第二高碳渣均为烧失量＞80％的碳渣，所述中碳渣为烧失量为20-50％的碳渣，所述低碳渣为烧失量＜5％的碳渣。

8、本发明所述煤气化渣的综合利用方法采用了碳灰分离工艺，得到了烧失量＜5％的低碳渣、烧失量为20-50％的中碳渣和烧失量＞80％的高碳渣，针对低碳渣通过酸浸脱除其中的铝、铁、钙金属元素，通过碱浸脱除其中的硅元素，得到铝基的净水剂和硅基的水玻璃，中碳渣用作多孔材料、地质聚合物、分子筛、微晶玻璃或陶粒的原材料，高碳渣用于制备碳吸附材料，本发明所述综合利用方法过程简单，反应温和，不产生二次固体废物，且制得的碳吸附材料比表面积大，吸附量高，实现了气化渣碳与其他组分的分离，药剂用量少，运行成本低，碳灰分离效率高。

9、值得说明的是，在本发明所述碳灰分离的过程中不会产生5％-20％的碳渣和50％-80％的碳渣，在实际应用时，若出现5％-20％的碳渣和50％-80％的碳渣，会重复进行碳灰分离直至无5％-20％的碳渣和50％-80％的碳渣。

10、作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述碳灰分离包括依次进行的分级、重选和浮选。

11、优选地，所述分级的设备包括振动筛、旋流器或螺旋分级机中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的包括振动筛和旋流器的组合，振动筛和螺旋分级机的组合，旋流器和螺旋分级机的组合。

12、优选地，所述重选的设备包括分选旋流器和/或螺旋溜槽。

13、优选地，所述浮选的设备包括浮选机和/或浮选柱。

14、优选地，在所述浮选的过程中，依次添加调整剂、捕收剂和起泡剂。

15、优选地，所述调整剂包括六偏磷酸钠和/或水玻璃。

16、优选地，所述调整剂的用量为0.5-2kg/t，例如可以是0.5kg/t，0.6kg/t，0.7kg/t，0.8kg/t，0.9kg/t，1kg/t，1.1kg/t，1.2kg/t，1.3kg/t，1.4kg/t，1.5kg/t，1.6kg/t，1.7kg/t，1.8kg/t，1.9kg/t，2kg/t等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

17、优选地，所述捕收剂包括油酸、亚油酸和煤油的复配溶液。

18、优选地，所述复配溶液中油酸和亚油酸的含量之和为5-50wt％，例如可以是5wt％，10wt％，15wt％，20wt％，25wt％，30wt％，35wt％，40wt％，45wt％，50wt％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

19、优选地，所述复配溶液中煤油的含量为50-95wt％，例如可以是50wt％，55wt％，60wt％，65wt％，70wt％，75wt％，80wt％，85wt％，90wt％，95wt％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

20、优选地，所述捕收剂的用量为1-20kg/t，例如可以是1kg/t，2kg/t，4kg/t，6kg/t，8kg/t，10kg/t，12kg/t，14kg/t，16kg/t，8kg/t，20kg/t等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

21、优选地，所述起泡剂包括甲基异丁基甲醇。

22、优选地，所述起泡剂的用量为1-20kg/t，例如可以是1kg/t，2kg/t，4kg/t，6kg/t，8kg/t，10kg/t，12kg/t，14kg/t，16kg/t，8kg/t，20kg/t等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

23、优选地，所述浮选包括依次进行的粗选、精选和扫选。

24、优选地，所述粗选的次数为1-2次，例如可以是1次或2次。

25、优选地，所述精选的次数为1-3次，例如可以是1次，2次或3次。

26、优选地，所述扫选的次数为1-3次，例如可以是1次，2次或3次。

27、作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述酸浸采用的酸浸液的浓度为3-10mol/l，例如可以是3mol/l，3.5mol/l，4mol/l，4.5mol/l，5mol/l，5.5mol/l，6mol/l，6.5mol/l，7mol/l，7.5mol/l，8mol/l，8.5mol/l，9mol/l，9.5mol/l，10mol/l等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

28、优选地，所述酸浸液的溶质包括盐酸、硝酸或硫酸中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的包括盐酸和硝酸的组合，盐酸和硫酸的组合，硝酸和硫酸的组合。

29、优选地，所述酸浸液与所述低碳渣的质量比为(2-8):1，例如可以是2:1，2.5:1，3:1，3.5:1，4:1，4.5:1，5:1，5.5:1，6:1，6.5:1，7:1，7.5:1，8:1等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

30、优选地，步骤(2)所述酸浸的温度为20-100℃，例如可以是20℃，30℃，40℃，50℃，60℃，0℃，80℃，90℃，100℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

31、优选地，步骤(2)所述酸浸的时间为30-200min，例如可以是30min，50min，70min，90min，100min，120min，140min，160min，80min，200min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

32、作为本发明优选的技术方案，所述综合利用方法还包括：将步骤(2)所述酸浸出液进行ph调控得到铁合金和净水剂。

33、本发明步骤(2)所述酸浸出液还可以与步骤(1)所述中碳渣混合，用作多孔材料和/或陶瓷材料的原料。

34、优选地，所述ph调控使用的试剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、铝酸钙或电石渣中的任意一种或至少两种的组合。

35、优选地，所述ph调控的终点ph为3-5，例如可以是3，3.5，4，4.5，5等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

36、作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述碱浸采用的碱浸液的浓度为0.5-5mol/l，例如可以是0.5mol/l，1mol/l，1.5mol/l，2mol/l，2.5mol/l，3mol/l，3.5mol/l，4mol/l，4.5mol/l，5mol/l等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

37、优选地，所述碱浸液的溶质包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。

38、优选地，步骤(2)所述碱浸的温度为60-180℃，例如可以是60℃，70℃，80℃，90℃，100℃，110℃，120℃，130℃，140℃，150℃，160℃，170℃，180℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

39、优选地，步骤(2)所述碱浸的时间为60-240min，例如可以是60min，100min，120min，150min，180min，200min，220min，240min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

40、优选地，步骤(2)所述碱浸的搅拌转速为200-500rpm，例如可以是200rpm，230rpm，250rpm，280rpm，300rpm，330rpm，350rpm，370rpm，400rpm，420rpm，450rpm，480rpm，500rpm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

41、作为本发明优选的技术方案，所述综合利用方法还包括：将步骤(1)所述中碳渣用作多孔材料和/或陶瓷材料的原料；将步骤(2)所述碱浸出液用作水玻璃的原料。

42、作为本发明优选的技术方案，在步骤(3)所述活化之前，将所述第一高碳渣与所述第二高碳渣依次进行混合、一次浸渍和一次烘干。

43、优选地，所述第一高碳渣与所述第二高碳渣进行混合得到高碳渣。

44、本发明所述高碳渣可以经活化制备碳吸附材料，还可以用作动力煤。

45、优选地，所述一次浸渍使用的一次浸渍液包括氢氧化钾溶液。

46、优选地，所述一次浸渍液的浓度为3-5mol/l，例如可以是3mol/l，3.2mol/l，3.4mol/l，3.6mol/l，3.8mol/l，4mol/l，4.2mol/l，4.4mol/l，4.6mol/l，4.8mol/l，5mol/l等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

47、优选地，所述高碳渣与所述一次浸渍液中溶质的质量比为1:(1-3)，例如可以是1:1，1:1.2，1:1.4，1:1.6，1:1.8，1:2，1:2.2，1:2.4，1:2.6，1:2.8，1:3等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

48、优选地，所述一次浸渍的时间为1-3h，例如可以是1h，1.2h，1.4h，.6h，1.8h，2h，2.3h，2.5h，2.8h，3h等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

49、优选地，所述一次浸渍的温度为20-30℃，例如可以是20℃，21℃，22℃，23℃，24℃，25℃，26℃，27℃，28℃，29℃，30℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

50、优选地，所述一次烘干的温度为100-200℃，例如可以是100℃，110℃，120℃，130℃，140℃，150℃，160℃，170℃，180℃，90℃，200℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

51、优选地，所述一次烘干的时间为1-3h，例如可以是1h，1.2h，1.4h，.6h，1.8h，2h，2.3h，2.5h，2.8h，3h等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

52、作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述活化的温度为600-900℃，例如可以是600℃，620℃，650℃，680℃，700℃，730℃，750℃，780℃，800℃，820℃，850℃，880℃，900℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

53、优选地，步骤(3)所述活化的时间为0.5-3h，例如可以是0.5h，1h，1.5h，2h，2.5h，3h等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

54、优选地，步骤(3)所述活化在氮气气氛下进行。

55、优选地，所述氮气的流量为300-350ml/min，例如可以是300ml/min，305ml/min，310ml/min，315ml/min，320ml/min，325ml/min，330ml/min，335ml/min，340ml/min，345ml/min，350ml/min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

56、作为本发明优选的技术方案，将步骤(3)所述碳吸附材料依次进行二次浸渍、清洗、固液分离和二次烘干。

57、优选地，所述二次浸渍的使用的二次浸渍液包括盐酸溶液。

58、优选地，所述二次浸渍液中溶质的含量为5-20％，例如可以是5％，6％，7％，8％，9％，10％，11％，12％，13％，14％，15％，16％，17％，18％，19％，20％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

59、优选地，所述碳吸附材料与所述二次浸渍液的质量比为1:(2-5)，例如可以是1:2，1:2.5，1:3，1:3.5，1:4，1:4.5，1:5等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

60、优选地，所述二次浸渍的时间为5-24h，例如可以是5h，8h，10h，12h，14h，16h，18h，20h，22h，24h等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

61、优选地，所述二次浸渍的温度为20-30℃，例如可以是20℃，21℃，22℃，23℃，24℃，25℃，26℃，27℃，28℃，29℃，30℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

62、优选地，所述清洗使用的清洗剂包括纯水。

63、优选地，所述固液分离的方式为抽滤。

64、优选地，所述二次烘干的温度为80-120℃，例如可以是80℃，90℃，100℃，110℃，120℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

65、优选地，所述二次烘干的时间为4-6h，例如可以是4h，4.2h，4.5h，4.8h，5h，5.3h，5.5h，5.8h，6h等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

66、作为本发明优选的技术方案，所述综合利用方法包括如下步骤：

67、(1)首先，将煤气化渣在振动筛、旋流器或螺旋分级机中进行分级；其次，在分选旋流器或螺旋溜槽中进行重选；再次，在浮选机或浮选柱中依次添加0.5-2kg/t调整剂、1-20kg/t捕收剂和1-20kg/t起泡剂进行浮选，得到第一高碳渣、中碳渣和低碳渣；

68、其中，所述调整剂包括六偏磷酸钠和/或水玻璃；所述捕收剂包括5-50wt％油酸和亚油酸与50-95wt％煤油的复配溶液；所述起泡剂包括甲基异丁基甲醇；所述浮选包括依次进行的1-2次粗选、1-3次精选和1-3次扫选；将所述中碳渣用作多孔材料和/或陶瓷材料的原料；

69、(2)将步骤(1)所得低碳渣先在3-10mol/l的酸浸液中，20-100℃酸浸30-200min，控制酸浸液与低碳渣的质量比为(2-8):1，得到酸浸出液与酸浸渣；使用氢氧化钾、氢氧化钠、铝酸钙或电石渣将所述酸浸出液进行ph调控至ph为3-5，得到铁合金和净水剂；而后，所述酸浸渣在0.5-5mol/l的碱浸液中，60-180℃的温度下、200-500rpm的搅拌转速下碱浸60-240min，得到第二高碳渣与碱浸出液；将所述碱浸出液用作水玻璃的原料；

70、(3)将第一高碳渣与第二高碳渣混合得到高碳渣，首先，将高碳渣在3-5mol/l的氢氧化钾溶液中，20-30℃一次浸渍1-3h，控制高碳渣与氢氧化钾溶液中氢氧化钾的质量比为1:(1-3)；其次，在100-200℃烘干1-3h；再次，在300-350ml/min的氮气气氛下，600-900℃活化0.5-3h，得到碳吸附材料；接着，将碳吸附材料在5-20％的盐酸溶液中，20-30℃二次浸渍5-24h，控制碳吸附材料与盐酸溶液的质量比为1:(2-5)；而后，进行纯水清洗并抽滤后在80-120℃烘干4-6h；

71、其中，所述第一高碳渣和第二高碳渣为烧失量＞80％的碳渣，所述中碳渣为烧失量20-50％的碳渣，所述低碳渣为烧失量＜5％的碳渣。

72、本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

73、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

74、(1)本发明所述煤气化渣的综合利用方法采用了碳灰分离工艺，得到了烧失量＜5％的低碳渣、烧失量为20-50％的中碳渣和烧失量＞80％的高碳渣，高碳渣用于制备碳吸附材料，中碳渣用作多孔材料、地质聚合物、分子筛、微晶玻璃或陶粒的原材料，实现了气化渣碳与其他组分的分离，药剂用量少，运行成本低，碳灰分离效率高；

75、(2)本发明所述煤气化渣的综合利用方法先进行碳灰分离，针对低碳渣制备铝基的净水剂、硅基的水玻璃和碳基吸附材料，过程简单，反应温和，不产生二次固体废物，且制得的碳基吸附材料比表面积大，吸附量高；

76、(3)本发明所述煤气化渣的综合利用方法可制备得到的产品种类多，不易受产品市场波动的限制，采用的高、中、低端利用的技术搭配，一方面，中低端建材和材料可解决气化渣规模化处置与利用的难题，另一方面，高端产品可实现经济效益，补充中低端材料制备的成本投入。