廢料變寶藏！《陜西日報》報道西安建大“大課題”
?智能總結(jié)《陜西日報》2021年10月8日第9版以《科技支撐 物盡其用》為題，報道西安建筑科技大學(xué)粉體工程研究所建材冶金工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟工程技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心面向國家重大需求和經(jīng)濟主戰(zhàn)場、提升資源利用效率、保障國家資...
《陜西日報》2021年10月8日第9版以《科技支撐 物盡其用》為題，報道西安建筑科技大學(xué)粉體工程研究所建材冶金工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟工程技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心面向國家重大需求和經(jīng)濟主戰(zhàn)場、提升資源利用效率、保障國家資源安全開展的“大課題”。
如何把煤炭“吃干榨凈”？如何讓鋼鐵廢渣“物盡其用”？如何高效利用礦產(chǎn)資源？……這些看似普通的問題都是面向國家重大需求和經(jīng)濟主戰(zhàn)場、提升資源利用效率、保障國家資源安全的大課題。
日前，記者走進西安建筑科技大學(xué)粉體工程研究所建材冶金工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟工程技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，了解這里的科技工作者如何解決這些看似普通的大課題。
該中心組建于2012年，由西安建筑科技大學(xué)牽頭，依托陜西循環(huán)經(jīng)濟工程技術(shù)院，協(xié)同陜西煤業(yè)化工集團有限責(zé)任公司等單位共同組建，旨在為區(qū)域傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供關(guān)鍵共性技術(shù)、系列裝備、高端人才培訓(xùn)及科技咨詢服務(wù)。
與普通科研機構(gòu)不同的是，該中心自成立以來就建立了高校同科研機構(gòu)、企業(yè)深度合作的協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟，保持高度的產(chǎn)學(xué)研一體化。“中心的科研工作不以發(fā)文章為目標，只為服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和企業(yè)需求。中心一半以上員工都是工程技術(shù)人員。”西安建筑科技大學(xué)粉體工程研究所常務(wù)副所長、總工程師陳延信介紹。
把煤炭“吃干榨凈”
煤炭是我國重要的能源基礎(chǔ)和化工原料。煤炭資源在我國能源結(jié)構(gòu)中具有重要的戰(zhàn)略地位。但是，煤炭資源的利用仍存在轉(zhuǎn)化率低、技術(shù)水平低、投資大、能耗高、排放多、污染重等問題。發(fā)展清潔高效的煤炭資源轉(zhuǎn)化路線，不僅是煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必然選擇，也是我國建立清潔、低碳、安全、高效能源體系的重要途徑。
2012年開始，西安建筑科技大學(xué)與陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院合作開發(fā)了輸送床粉煤快速熱解技術(shù)?！霸摷夹g(shù)原創(chuàng)性地集粉煤懸浮態(tài)快速預(yù)熱、粉煤快速熱解、焦粉高效冷卻、余熱回收于一體。我們希望從根本上解決粉煤熱解過程中技術(shù)與裝備存在的問題，使過程更簡單、反應(yīng)更高效、節(jié)能減排效果突出、更易于實現(xiàn)裝置大型化。”陳延信介紹。2020年9月，項目組成功實現(xiàn)粉煤快速熱解成套工業(yè)化技術(shù)在萬噸級工業(yè)化試驗裝置上滿負荷連續(xù)穩(wěn)定運行。熱解技術(shù)可以使榆林地區(qū)典型低階煙煤煤焦油產(chǎn)率達到16.5%，并得到性質(zhì)優(yōu)良的焦粉、焦油和產(chǎn)品氣。其中，焦粉作為清潔、高熱值燃料，可部分或全部替代無煙煤，用于型焦、發(fā)電、氣化、噴吹等領(lǐng)域，突破了傳統(tǒng)蘭炭可磨指數(shù)低、磨機出力差、能耗大的瓶頸問題。焦油產(chǎn)量大，可提取酚、咔唑等化工產(chǎn)品，也可作為制芳烴、燃料油品、特種油品的原料。產(chǎn)品氣可作為制液化天然氣、甲醇等的燃料氣，具有優(yōu)良的社會效益和經(jīng)濟效益。伴隨著煤炭的開采，我國每年大約產(chǎn)生3億噸的固體廢物——煤矸石。據(jù)統(tǒng)計，我國煤矸石歷史堆存量超過70億噸，尚未得到有效利用，對環(huán)境影響嚴重?！拔覀?strong>對富鋁的煤矸石進行高效活化后，作為非傳統(tǒng)混合材料在水泥中應(yīng)用，能夠在替代水泥熟料20%至40%的情況下，不降低水泥的性能?！眻F隊技術(shù)人員酒少武介紹，團隊采用該技術(shù)對山西、安徽、遼寧等地的我國典型的富鋁煤矸石進行處理，取得了良好的效果。每燃燒3.5噸標準煤會產(chǎn)生1噸粉煤灰。粉煤灰可用于制備生態(tài)膠凝材料。針對粉煤灰的高效利用，團隊開發(fā)出制備超細粉煤灰的高效粉磨系統(tǒng)，并系統(tǒng)研究了在制備生態(tài)膠凝材料過程中的一系列科學(xué)問題。“超細粉磨有助于打破粉煤灰玻璃微珠的外殼，把內(nèi)部包裹的納米級甚至更細小的微珠釋放出來，同時把其中的莫來石、石英等惰性微晶體均勻分散在膠凝材料中，大大改善膠凝材料的抗折強度?！标愌有沤榻B，經(jīng)過實踐證明，在波特蘭水泥與混凝土體系中使用超細粉煤灰可以改善膠凝材料的力學(xué)性能，減少需水量，增強混凝土抗硫酸鹽侵蝕、抗凍融和抗氯離子滲透的能力，提升混凝土的熱使用性能。因此，用超細粉煤灰替代硅灰制備高性能混凝土，不論是在技術(shù)方面，還是在經(jīng)濟效益方面，都有光明的前景。
鋼鐵廢渣變“新材”
在工業(yè)生產(chǎn)中，廢鋼、冶金渣等工業(yè)廢棄物的有效利用將大大提升資源利用效率。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：2020年，我國利用廢鋼約2.6億噸，相當(dāng)于替代62%品位鐵精礦約4.1億噸；再生有色金屬產(chǎn)量1450萬噸，占國內(nèi)10種有色金屬總產(chǎn)量的23.5%，相當(dāng)于減少開采原生金屬礦產(chǎn)7.03億噸?！笆濉逼陂g，我國累計利用大宗固廢超過130億噸，規(guī)模接近全國同期水泥產(chǎn)量總和。
針對常規(guī)粉磨工藝將水淬高爐礦渣與水泥熟料共同粉磨導(dǎo)致水淬高爐礦渣粒度過大、膠凝活性難以有效發(fā)揮，傳統(tǒng)球磨機裝備粉磨能耗過高、粉磨效率低、噪音大、維護困難等問題，團隊創(chuàng)造性地將高壓立磨用于礦渣、鋼渣微粉的制備，集成研發(fā)出集渣料烘干、高壓輥式擠壓粉磨、顆粒分級和氣體與微粉分離為一體的先進水淬高爐礦渣超細制備工藝，形成年產(chǎn)30萬噸、60萬噸、100萬噸、150萬噸等不同規(guī)模的系列工藝。團隊還研發(fā)出水淬高爐礦渣粉配制高性能膠凝材料的技術(shù)，有效提高了水淬高爐礦渣微粉在水泥、混凝土中的摻入量，改善了混凝土耐久性，實現(xiàn)了水淬高爐礦渣在建材工業(yè)大規(guī)模資源化利用。與此同時，團隊針對冶金鋼渣亟待解決的大規(guī)模資源化問題，開發(fā)出集擠壓粉磨、富鐵礦物相與活性組分多級分選分離、氣固相分離與凈化除塵為一體的冶金工業(yè)鋼渣超細粉體制備新工藝和裝備，并與陜西鋼鐵集團、陜西生態(tài)水泥有限公司簽署工業(yè)示范線建設(shè)協(xié)議。“這些技術(shù)成果在國內(nèi)32條不同規(guī)模的生產(chǎn)線上實現(xiàn)了應(yīng)用，年利用冶金渣2400萬噸，減排二氧化碳2160萬噸，年節(jié)約標準煤240萬噸?！标愌有沤榻B。
變廢料為寶藏
我國高硫鋁土礦（低品質(zhì)礦）儲量近30億噸，約占我國鋁土礦總儲量的50%。然而，高硫鋁土礦無法滿足生產(chǎn)氧化鋁對原料品質(zhì)的要求，導(dǎo)致其基本處于廢棄狀態(tài)。針對這一問題，該團隊創(chuàng)造性地提出采用懸浮態(tài)粉體物料熱處理技術(shù)完成粉料的預(yù)熱、快速反應(yīng)與冷卻過程的完整工藝方案。
陳延信介紹，在研究過程中，團隊先后以貴州、重慶、河南等地硫含量為1.2%至4.2%的高硫鋁土礦為原料，通過基礎(chǔ)研究和小型試驗，確定了工藝技術(shù)路線，構(gòu)建并逐步優(yōu)化了中試系統(tǒng)的工藝流程和設(shè)備參數(shù)。“長時間的連續(xù)性驗證試驗顯示，該工藝系統(tǒng)運行平穩(wěn)，各項工藝參數(shù)穩(wěn)定，反應(yīng)速率快、熱效率高，節(jié)能效果顯著，基本實現(xiàn)了無人值守?！标愌有沤榻B。更為重要的是，通過焙燒后鋁土礦的后續(xù)加工性能得到明顯提升，原系統(tǒng)產(chǎn)能提高5%以上，對同樣的原料氧化鋁的溶出率提高1到3個百分點，經(jīng)濟效益顯著。2020年，項目團隊與國家電投集團貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司簽署協(xié)議，建設(shè)了第一條焙燒脫硫系統(tǒng)的工業(yè)示范線，建設(shè)規(guī)模為年處理高硫鋁土礦200萬噸。今年8月，該示范線正式投產(chǎn)，生產(chǎn)線運行穩(wěn)定，質(zhì)量指標完全達到預(yù)期目標?！笆褂迷摷夹g(shù)工藝的百萬噸級氧化鋁生產(chǎn)線，每年可為企業(yè)帶來超過5億元的直接經(jīng)濟效益！”陳延信自豪地說。此外，該團隊還開發(fā)了難選鐵礦懸浮態(tài)磁化焙燒工藝技術(shù)，技術(shù)集成后可以徹底解決低品位鐵礦石的大規(guī)模利用問題，提升鐵礦資源的利用水平。該工藝技術(shù)對陜西大西溝菱鐵礦、新疆菱鐵礦，以及河南黃金尾渣的試驗研究均取得了較好的效果。目前，該項技術(shù)已具備工業(yè)化示范條件，適用于菱鐵礦、赤褐鐵礦、鏡鐵礦、工業(yè)高鐵尾渣等難選礦的高效選鐵。（陜西日報記者 張梅 文/圖）
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