從經(jīng)濟(jì)效益角度看由煤矸石生產(chǎn)混凝劑的可行性

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

放量近1.5億t,約占當(dāng)年煤炭產(chǎn)量的10%,累計(jì)堆積量達(dá)74億噸 。煤矸石的產(chǎn)生與積存不僅占用

大量的土地 , 而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。對(duì)煤矸石的綜合利用受到國家與社會(huì)各界的高度

重視，也是資源綜合利用的重點(diǎn)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(xué)成分為

SiO₂ 50%-60%，Al₂O₃ 13%-25%，F(xiàn)e₂O₃ 3%-5% ,CaO 1%-3%，MgO 1%-2%，其中有利用價(jià)值的元

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

凝膠等)，鋁化學(xué)品(氧化鋁或氟化鋁、冰晶石等)、鐵化學(xué)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(chǎn)混凝劑，如PAC、PAFC及PAFS等近年多有報(bào)道，有關(guān)

單位也進(jìn)行了一些工業(yè)化嘗試，這無疑為煤矸石的資源化利用積累了一些有益經(jīng)驗(yàn)。

　　然而，由由煤矸石生產(chǎn)混凝劑是否真正可行性呢？這里，根據(jù)筆者多年研究的結(jié)果，從經(jīng)

濟(jì)效益角度對(duì)由煤矸石生產(chǎn)混凝劑的可行性進(jìn)行淺要分析，以期對(duì)煤矸石資源化利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)

展有所裨益。

　　1.由煤矸石生產(chǎn)PAC

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

用量少，混凝效果好，對(duì)水體PH值影響小，適應(yīng)投加范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是水處理行業(yè)普遍采用的

凈水劑之一。可以利用含鋁礦物或尾渣中的Al₂O₃與HCl反應(yīng)生成AlCl₃制得。在實(shí)際生產(chǎn)中，工

藝過程包括溶出、水解、聚合三個(gè)反應(yīng)工序。由富鋁煤矸石可以生產(chǎn)PAC，但在生產(chǎn)純度相對(duì)較

高的PAC時(shí)，生產(chǎn)過程應(yīng)包括研磨、焙燒、溶出、鋁鐵分離、酸溶、水解、聚合七個(gè)工序。按所

述工藝生產(chǎn)PAC，煤矸石中鋁浸出率89%，收得率98%。　　

　 以內(nèi)蒙古某礦所產(chǎn)煤矸石為例，含Al₂O₃ 20.14%，F(xiàn)e₂O₃ 9.3%，SiO₂ 50.12%。每處理1000Kg

煤矸石的物資能源消耗量見下表：　　

　　產(chǎn)品產(chǎn)量及銷售收入：

　　由煤矸石生產(chǎn)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(shè)備投資相對(duì)較大，處理成本高。如果不考慮副產(chǎn)物無水氯化鈣的銷售收入，則很難獲得經(jīng)濟(jì)

效益。因此該工藝實(shí)際工業(yè)應(yīng)用價(jià)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(chǎn)PAC。但仍然存在經(jīng)濟(jì)效益問題。

　　2.由煤矸石生產(chǎn)PAFC

　　PAC在使用過程表現(xiàn)出了優(yōu)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(duì)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(yīng)迅速，用量少，沉降快，無生物毒性等優(yōu)點(diǎn)，但不足是穩(wěn)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(duì)設(shè)備、管道腐蝕小等優(yōu)點(diǎn)，又有PFC反應(yīng)速度快、絮體大而密實(shí)、沉降迅速、除濁效果好、處理后水溶液色度好等特點(diǎn)，因此是一種性能優(yōu)異的新型混凝劑，具有更為可觀的應(yīng)用前景。

　 由煤矸石生產(chǎn)PAFC，主要工藝過程有研磨、焙燒、溶出、過濾、堿化、聚合等。可以直接利用煤矸石中的鋁、鐵元素生產(chǎn)PAFC。在優(yōu)化工藝條件下煤矸石中鋁、鐵浸出率分別達(dá)到92%和96%。　　

　 以貴州畢節(jié)某礦煤矸石為例，化學(xué)組成Al₂O₃ 20.56%，F(xiàn)e₂O₃ 5.69%，SiO₂ 44.28%。用于生產(chǎn)PAFC，每處理1000Kg煤矸石的物資能源消耗量見下表：

　　產(chǎn)品產(chǎn)量及銷售收入：

　　注:產(chǎn)品為固體。

　利用煤矸石中的鋁元素采用相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝生產(chǎn)PAFC,流程短、設(shè)備投資少，較之于純度較高PAC，由于產(chǎn)品中含有少量的鐵聚合物，絮凝效果更為良好。從經(jīng)濟(jì)效益角度看，每處理1000Kg煤矸石可產(chǎn)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(chǎn)折舊、稅金等因素，總成本應(yīng)在1700-1750元之間。經(jīng)濟(jì)效益不容樂觀。

　　3、由煤矸石生產(chǎn)PAFS

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

　 　由煤矸石生產(chǎn)PAFS的工藝過程為研磨、焙燒、酸浸、過濾、氧化、聚合六個(gè)工序。主要經(jīng)濟(jì)術(shù)指標(biāo)：鋁、鐵浸出率93%、90%,收得率99.4%、99.7%（以浸出率為基數(shù)）。

　 以山西忻州某礦區(qū)煤矸石為例，化學(xué)組成Al₂O₃ 23.61%，F(xiàn)e₂O₃ 5.77%，SiO₂ 38.01%。每處理1000Kg煤矸石的物資能源消耗量見下表：

　　產(chǎn)品產(chǎn)量及銷售收入：

　　注:表中產(chǎn)品為固體。

　　利用煤矸石中的鋁、鐵生產(chǎn)聚硫酸鋁鐵，工藝流程短，相對(duì)于PAFC來說，PAFS對(duì)設(shè)備材

質(zhì)要求相對(duì)較低，設(shè)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(shè)備維護(hù)、稅金，總成本也在1200元左右，和生產(chǎn)PAFC相比，利潤空間

相對(duì)較大。

　　4、由煤矸石生產(chǎn)PAFSS

　　聚硅硫酸鐵鋁（PAFSS）是在20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來的一種新型無機(jī)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(yōu)點(diǎn)， 在廢水的處理過程中可同時(shí)發(fā)生電中和、吸附架橋和網(wǎng)捕3 種功能，產(chǎn)生比單一鐵系、鋁系和聚硅酸更好的混凝效果， 現(xiàn)已成為當(dāng)今世界混凝劑研究的主流。PAFSS的生產(chǎn)方法大都以化學(xué)藥劑為原料，成本昂貴。由煤矸石生產(chǎn)PAFSS不僅可以降低生產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)煤矸石為例，化學(xué)組成Al₂O₃ 21.42%，F(xiàn)e₂O₃ 3.77%，SiO₂ 60.99%。按上述工藝生產(chǎn)PAFSS，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：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(shù)）。每處理1000Kg煤矸石的物資能源消耗量見下表：

　　產(chǎn)品產(chǎn)量及銷售收入：

　　利用煤矸石生產(chǎn)聚硅硫酸鐵鋁，實(shí)現(xiàn)了煤矸石中硅、鋁、鐵資源的綜合利用和原煤的

回收，并生產(chǎn)過程無廢渣產(chǎn)生，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益好。不足是生產(chǎn)流程相對(duì)較長，設(shè)備投資稍大。

　　5、由煤矸石生產(chǎn)無機(jī)混凝劑技術(shù)新進(jìn)展

　　 河南省睿博環(huán)境工程技術(shù)有限公司以前期研究成果和工業(yè)實(shí)踐為基礎(chǔ),于2017年研發(fā)出了

由煤矸石生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵/聚合硫酸鋁鐵聯(lián)產(chǎn)高分散白炭黑新工藝,并順利實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。

　　工藝概要:

　　將煤矸石預(yù)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(chǎn)工序，經(jīng)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(jīng)轉(zhuǎn)化、濾洗、濃調(diào)收得浸溶劑返回白炭黑生產(chǎn)工序循環(huán)使用。轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生副產(chǎn)品干燥后出售。

　　將酸性溶液送PAFC生產(chǎn)工序經(jīng)聚合、熟化、罐裝制得液體PAFC產(chǎn)品。

　　主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：

　　1、浸出率：

　　2、收得率（以浸出率為基數(shù)）：

　　主要物資能源消耗量（按加工1000kg煤矸石計(jì)）

　　產(chǎn)品產(chǎn)量及銷售收入：

　　每加工1000kg煤矸石，主要物資能源消耗價(jià)值1641.2元，根據(jù)工業(yè)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，加上拆舊、工資、稅金等項(xiàng)，總成本2300元上下，顯然具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。不僅如此，由于生產(chǎn)過程對(duì)廢氣進(jìn)行有效控制，對(duì)廢水進(jìn)行綜合利用，所得浸出殘?jiān)质强梢杂米鋈剂系脑?，因此環(huán)境友好，具有顯著的環(huán)境效益。

　　6、結(jié)語

　　綜上所述，從技術(shù)角度講由煤矸石生產(chǎn)混凝劑是可行的，而且采用不同的工藝方法可以生產(chǎn)PAC、PAFC、PAFS、PAFSS等產(chǎn)品，從而拓展了煤矸石的綜合利用途徑。然而，從經(jīng)濟(jì)效益角度看，由煤矸石生產(chǎn)PAC、PAFC具有一定的局限性，而煤矸石生產(chǎn)PAFS、PAFC，聯(lián)產(chǎn)高分散白炭黑并對(duì)其中的原煤進(jìn)行回收則可創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益，具有較高的可行性。