從經濟效益角度看由煤矸石生產混凝劑的可行性

　 　煤矸石是原煤采、選業排放的工業廢渣，是我國排放量最大的工業固體廢棄物之一，年排

放量近1.5億t,約占當年煤炭產量的10%,累計堆積量達74億噸 。煤矸石的產生與積存不僅占用

大量的土地 , 而且會對環境造成嚴重的污染。對煤矸石的綜合利用受到國家與社會各界的高度

重視，也是資源綜合利用的重點研究方向之一。

　　煤矸石的主要物相組成有高嶺石、蒙脫石、伊利石等鋁硅酸鹽類礦物， 主要化學成分為

SiO₂ 50%-60%，Al₂O₃ 13%-25%，Fe₂O₃ 3%-5% ,CaO 1%-3%，MgO 1%-2%，其中有利用價值的元

素為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃。分離提取其中的有價元素可以生產硅化合物(白炭黑、硅酸鈉、硅氣

凝膠等)，鋁化學品(氧化鋁或氟化鋁、冰晶石等)、鐵化學品(顏料氧化鐵、磁性氧化鐵、磷酸

鐵、草酸亞鐵等)和原煤等。由煤矸石生產混凝劑，如PAC、PAFC及PAFS等近年多有報道，有關

單位也進行了一些工業化嘗試，這無疑為煤矸石的資源化利用積累了一些有益經驗。

　　然而，由由煤矸石生產混凝劑是否真正可行性呢？這里，根據筆者多年研究的結果，從經

濟效益角度對由煤矸石生產混凝劑的可行性進行淺要分析，以期對煤矸石資源化利用產業的發

展有所裨益。

　　1.由煤矸石生產PAC

　　PAC是一種介于氯化鋁和氫氧化鋁兩種物質間的水溶性無機高分子混凝劑，具有絮體成型快，

用量少，混凝效果好，對水體PH值影響小，適應投加范圍廣等優點，是水處理行業普遍采用的

凈水劑之一?？梢岳煤X礦物或尾渣中的Al₂O₃與HCl反應生成AlCl₃制得。在實際生產中，工

藝過程包括溶出、水解、聚合三個反應工序。由富鋁煤矸石可以生產PAC，但在生產純度相對較

高的PAC時，生產過程應包括研磨、焙燒、溶出、鋁鐵分離、酸溶、水解、聚合七個工序。按所

述工藝生產PAC，煤矸石中鋁浸出率89%，收得率98%。　　

　 以內蒙古某礦所產煤矸石為例，含Al₂O₃ 20.14%，Fe₂O₃ 9.3%，SiO₂ 50.12%。每處理1000Kg

煤矸石的物資能源消耗量見下表：　　

　　產品產量及銷售收入：

　　由煤矸石生產純度較高的 PAC，需要增加鋁鐵分離和含氨廢水處理等工藝過程，因此流較長，設備投資相對較大，處理成本高。如果不考慮副產物無水氯化鈣的銷售收入，則很難獲得經濟

效益。因此該工藝實際工業應用價值不高。　　

　 但是，在不考慮PAC純度，而且以低鐵或黃鐵礦型煤矸石為鋁源的情況下，則可直接采用研磨、焙燒、溶出、過濾、堿化、聚合工藝生產PAC。但仍然存在經濟效益問題。

　　2.由煤矸石生產PAFC

　　PAC在使用過程表現出了優良的使用性能，但存在的不足是在處理后的水中有鋁殘留，對人體有潛在毒性，不適合于飲用水的處理。此外還存在著所形成的礬花輕、沉降速度慢等不足。較之于PAC，PFC具有礬花大，反應迅速，用量少，沉降快，無生物毒性等優點，但不足是穩定性差，處理后水溶液色度不佳。PAFC作為一種新型混凝劑，既有PAC較好的電中和、吸附、架橋和卷掃絮凝作用，除濁效果好，對設備、管道腐蝕小等優點，又有PFC反應速度快、絮體大而密實、沉降迅速、除濁效果好、處理后水溶液色度好等特點，因此是一種性能優異的新型混凝劑，具有更為可觀的應用前景。

　 由煤矸石生產PAFC，主要工藝過程有研磨、焙燒、溶出、過濾、堿化、聚合等?？梢灾苯永妹喉肥械匿X、鐵元素生產PAFC。在優化工藝條件下煤矸石中鋁、鐵浸出率分別達到92%和96%。　　

　 以貴州畢節某礦煤矸石為例，化學組成Al₂O₃ 20.56%，Fe₂O₃ 5.69%，SiO₂ 44.28%。用于生產PAFC，每處理1000Kg煤矸石的物資能源消耗量見下表：

　　產品產量及銷售收入：

　　注:產品為固體。

　利用煤矸石中的鋁元素采用相對簡單的工藝生產PAFC,流程短、設備投資少，較之于純度較高PAC，由于產品中含有少量的鐵聚合物，絮凝效果更為良好。從經濟效益角度看，每處理1000Kg煤矸石可產出固體PAFC 995Kg，銷售收入1990元。物資能源消耗量1271元，如加上工資、包裝物、固定資產折舊、稅金等因素，總成本應在1700-1750元之間。經濟效益不容樂觀。

　　3、由煤矸石生產PAFS

　　和PAFC一樣，PAFS是針對鋁鹽混凝劑（PAC）、鐵鹽混凝劑（PFC、PFS）的不足而開發出的，綜合了鋁鹽混凝劑、鐵鹽混凝劑的優點的一種新型高效混凝劑。廣泛應用于各類廢水、工業用水及飲用水的處理。

　 　由煤矸石生產PAFS的工藝過程為研磨、焙燒、酸浸、過濾、氧化、聚合六個工序。主要經濟術指標：鋁、鐵浸出率93%、90%,收得率99.4%、99.7%（以浸出率為基數）。

　 以山西忻州某礦區煤矸石為例，化學組成Al₂O₃ 23.61%，Fe₂O₃ 5.77%，SiO₂ 38.01%。每處理1000Kg煤矸石的物資能源消耗量見下表：

　　產品產量及銷售收入：

　　注:表中產品為固體。

　　利用煤矸石中的鋁、鐵生產聚硫酸鋁鐵，工藝流程短，相對于PAFC來說，PAFS對設備材

質要求相對較低，設備投資少。每處理1000kg煤矸石，物資能源消耗不到900元人民幣，即

使加上工資、包裝、設備維護、稅金，總成本也在1200元左右，和生產PAFC相比，利潤空間

相對較大。

　　4、由煤矸石生產PAFSS

　　聚硅硫酸鐵鋁（PAFSS）是在20世紀90年代中期發展起來的一種新型無機高分子混凝劑， 它綜合了鐵系、鋁系和聚硅酸混凝劑的多重優點， 在廢水的處理過程中可同時發生電中和、吸附架橋和網捕3 種功能，產生比單一鐵系、鋁系和聚硅酸更好的混凝效果， 現已成為當今世界混凝劑研究的主流。PAFSS的生產方法大都以化學藥劑為原料，成本昂貴。由煤矸石生產PAFSS不僅可以降低生產成本，還將為煤矸石中硅、鋁、鐵資源的綜合利用開辟一條新途徑。

　　由煤矸石生產PAFSS的工藝過程為：將研磨后用酸直接溶出得酸浸出液和酸浸濾餅，酸浸濾餅經堿溶得堿浸出液和堿浸濾餅，將酸浸出液氧化、水解、聚合得聚硫酸鋁鐵，將堿浸出液酸化、活化得聚硅酸，再將聚硅酸與聚硫酸鋁鐵聚合得PAFSS。

　　以遼寧撫順某礦所產煤矸石為例，化學組成Al₂O₃ 21.42%，Fe₂O₃ 3.77%，SiO₂ 60.99%。按上述工藝生產PAFSS，主要經濟技術指標：硅、鋁、鐵浸出率分別為86%、96%和88%,收得率97%、99.5%和98.7%（以浸出率為基數）。每處理1000Kg煤矸石的物資能源消耗量見下表：

　　產品產量及銷售收入：

　　利用煤矸石生產聚硅硫酸鐵鋁，實現了煤矸石中硅、鋁、鐵資源的綜合利用和原煤的

回收，并生產過程無廢渣產生，環境與經濟效益好。不足是生產流程相對較長，設備投資稍大。

　　5、由煤矸石生產無機混凝劑技術新進展

　　 河南省睿博環境工程技術有限公司以前期研究成果和工業實踐為基礎,于2017年研發出了

由煤矸石生產聚合氯化鋁鐵/聚合硫酸鋁鐵聯產高分散白炭黑新工藝,并順利實現了工業應用。

　　工藝概要:

　　將煤矸石預處理后與酸及助劑混合，控制工藝條件浸出其中的鋁、鐵，分離后收得鋁、鐵氯化物的酸性溶液和含硅濾餅。將濾餅送白炭黑生產工序，經浸溶、過濾、沉淀、濾洗、干燥、包裝制得高分散性輪胎專用白炭黑。白炭黑母液經轉化、濾洗、濃調收得浸溶劑返回白炭黑生產工序循環使用。轉化過程產生副產品干燥后出售。

　　將酸性溶液送PAFC生產工序經聚合、熟化、罐裝制得液體PAFC產品。

　　主要經濟技術指標：

　　1、浸出率：

　　2、收得率（以浸出率為基數）：

　　主要物資能源消耗量（按加工1000kg煤矸石計）

　　產品產量及銷售收入：

　　每加工1000kg煤矸石，主要物資能源消耗價值1641.2元，根據工業實際運行結果，加上拆舊、工資、稅金等項，總成本2300元上下，顯然具有可觀的經濟效益。不僅如此，由于生產過程對廢氣進行有效控制，對廢水進行綜合利用，所得浸出殘渣又是可以用做燃料的原煤，因此環境友好，具有顯著的環境效益。

　　6、結語

　　綜上所述，從技術角度講由煤矸石生產混凝劑是可行的，而且采用不同的工藝方法可以生產PAC、PAFC、PAFS、PAFSS等產品，從而拓展了煤矸石的綜合利用途徑。然而，從經濟效益角度看，由煤矸石生產PAC、PAFC具有一定的局限性，而煤矸石生產PAFS、PAFC，聯產高分散白炭黑并對其中的原煤進行回收則可創造良好的經濟與環境效益，具有較高的可行性。