欢迎来到中国化工信息杂志
中低品位腐植酸多方面应用待推广
2019年3期 发行日期:2019-01-31
作者:■ 中国科学院沈阳应用生态研究所 江志阳

  煤炭资源是我国能源的重要组成部分,为我国国民经济增长提供了有力保障。我国作为世界上的煤炭生产和消费大国之一,已探明的煤炭储量约为1.6×104亿吨,占世界煤炭总量的12.8%,仅次于美国(26.6%)和俄罗斯(17.6%)。虽然我国的能源消费结构将来更偏向于新型能源,但未来很长一段时间内煤炭仍然必不可少。在煤炭生产过程中会带来一系列不可避免的问题,中低品位腐植酸即是煤炭开采和洗选过程中产生的一种固体废弃物。


产量巨大待处理


  中低品位腐植酸产量相当于煤炭的15%左右,是我国产量最大的工矿业固体废弃物之一,目前积存量已达70亿吨,而且每年仍以1.5亿吨的速度增长。中低品位腐植酸45%来自岩石巷道和井筒挖掘产生的岩石,35%来自开采煤层产生的夹矸和煤层的顶、底板煤层,20%来自煤炭分选中产生的矸石。我国中低品位腐植酸排放多集中于北方,如山西、东北三省、内蒙古等地。这些矿质目前主要以自然废弃为主,若加以合理利用,在农业、化工、能源等方面都可发挥重大作用。
  中低品位腐植酸的颜色代表其在煤层中的分布与矿物质中碳的含量,通过颜色可以辨识其成分。中低品位腐植酸以无机质和少量有机质为主要组成成分,还有微量稀有重金属(如Ti、V、Co等);无机质包括SiO2、Al2O3、水等;有机质与煤含量成正相关,主要成分是C、H、O、N等。不同地区中低品位腐植酸的成分差异较大,其基本理化性状与其岩石的类型和矿物组成有关,所以充分了解中低品位腐植酸的化学成分、矿物组成及特点是进行中低品位腐植酸资源化利用的关键。


自然堆放引发环境风险


  我国大部分中低品位腐植酸自然堆放于煤矿附近的耕地和山沟等,无法得到合理利用而被堆弃,长久就形成了矸石山。不仅占用土地面积、破坏景观、影响矿区居民的生活环境,还造成了一系列的生态环境问题:中低品位腐植酸长期露天堆弃,所含重金属铅、汞等因日晒雨淋而析出,污染水体,破坏土壤;堆积物所释放气体易被氧化成酸性物质并随雨降落,造成堆放地附近水和土壤的酸化;中低品位腐植酸富含碳元素和少量的煤,属于可燃性物质,着火点低,长期大量堆弃时其内部热量逐渐累积,很容易发生自燃,产生大量的二氧化硫等有害气体和多环芳烃类有机污染物;在中低品位腐植酸处理、运输过程中产生的大量粉尘,也对大气造成一定程度的污染,不仅使空气质量下降,还会对周边居民的身体健康造成损害。
  虽然中低品位腐植酸会对大气、土壤和水体等环境造成不同程度的污染,但其储量多、硬度大、耐风雨侵蚀,具有一定应用价值,可以将其资源化利用。目前我国对中低品位腐植酸的利用可以概括为以下几个方面:
在建筑行业中的应用
  制作水泥
  中低品位腐植酸水泥是采用水热合成低温煅烧而成的一种新型水泥,由中低品位腐植酸生成具有活性的中低品位腐植酸渣,通过低温热激活,再与其他材料低温合成。该水泥具有快凝、旱强、煅烧温度低等特点。
  制砖
  中低品位腐植酸烧制的矸石砖是一种新型的绿色建材,可以取代粘土原料。矸石砖以中低品位腐植酸为原料,经破碎、分级按一定的比例加入少量的生石灰、石膏混合磨细,再加水搅拌、压制、成型、干燥、焙烧后即为成品。
  铺路
  中低品位腐植酸具有高强度、耐侵蚀性能,可以用于道路的路基填料,填充塌陷区和沟谷,回填矿区等。经煅烧的中低品位腐植酸可以用于建设道路的固土材料,但尚未在实际道路工程中应用。
  生产轻骨料
  中低品位腐植酸含有硫铁矿、碳酸钙及各种金属氧化物,高温分解溢出的气体使物料在塑性阶段膨胀产生孔隙结构。因此,可通过添加适宜比例的掺配原料烧制成替代砂石的轻骨料,配制轻混凝土,用其作墙体材料,具有保温、吸湿的效果。
在化学工业中的应用
  制作分子筛
  中低品位腐植酸富含SiO2和 Al2O3,为合成4A分子筛提供了物质基础。传统的4A分子筛采用水热法合成,成本较高。采用低温(450 ℃)碱融法对中低品位腐植酸进行活化,在50℃的水浴下晶化 24h可得到形态较佳、粒径约为2m,且结晶度较好的4A分子筛。
  制备填充剂和补强剂
  利用中低品位腐植酸制备填充剂,在有机高分子材料方面的应用得到了深入研究。中低品位腐植酸经过超细粉碎,表面有多种有机基团,除了作为普通填料外,还能对橡胶起到补强的作用,并且颗粒越小补强效果越好。通过表面改性提高补强和填充性能,中低品位腐植酸可以替代或部分替代炭黑作为橡胶的补强剂。    
在农林业中的应用
  改良土壤
  中低品位腐植酸含有大量的K、P、Ca、Fe和多种微量元素等,有益于促进植物生长,改善土壤肥力。此外,中低品位腐植酸含有腐植酸,是有机-无机复合胶体物质,具有阳离子交换能力和吸附性,能够与盐碱地土壤进行阳离子交换从而改变土壤的结构,调节盐碱度,保证植物正常生长。中低品位腐植酸还具有吸水性和孔隙度,与土壤混合,可增加透气性、提高含水率。
  生产农肥
  因中低品位腐植酸含有机质、P、K和微量营养元素B、Zn、Mn等,可以其为载体制备有机复合肥。还可以把中低品位腐植酸粉碎,加入一定比例的磷酸钙、适量添加剂,加水均匀搅拌,充分活化、堆沤,从而制备微生物有机肥。研究发现,利用中低品位腐植酸制备的有机-无机复合肥比施用等量的市售专用肥会使苹果增产30%左右。
  作为基质原料
  中低品位腐植酸经过适当的前处理和煅烧后,与蚯蚓粪替代河沙作为棉花的育苗基质,发现棉苗素质显著优于商品化基质。


当前评论