[发明专利]利用脱硫脱硝灰耦合粉煤灰制备路基石联产硫酸的方法

说明书

一种利用脱硫脱硝灰耦合粉煤灰制备路基石联产硫酸的方法，属于无机非金属材料领域。原料主要包括脱硫脱硝灰、粉煤灰、石墨、双氧水。通过改变脱硫灰和粉煤灰的配比，加入适量石墨作润滑剂，利用中温反应，最终制备了高强度稳定性好的路基石和一定浓度的硫酸。本发明大量利用了堆存量巨大、难处理的两种工业固体废弃物脱硫脱硝灰和粉煤灰；同时生产了一定浓度的硫酸。制备工艺简单，操作方法简单，制备周期短，成本低；制备的路基石强度较高，应用性能好。利用脱硫脱硝灰耦合粉煤灰制备高强度的路基石联产硫酸，不但实现了脱硫脱硝灰的大量利用，而且大量利用了粉煤灰，实现固体废弃物的综合利用，减少了环境污染。生成的硫酸可以用于生活、生产，实现了变废为宝。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料的合成技术领域，特别是利用固体废弃物制备路基石联产硫酸的领域。

背景技术

我国是钢铁大国，钢铁是我国的重要基础行业，同时也是高污染、高消耗、高排放的源头行业。钢铁在生产过程中要消耗大量的燃料和矿石。因此会产生大量的气态污染物。在现代钢铁企业中，烧结工序是钢铁厂排放气体污染物的主要工序之一，其SO₂的总排放量约占钢铁企业SO₂总排放量的40％-60％。因此控制烧结过程中SO₂的排放是控制我国大气污染的重中之重。目前烧结烟气脱硫技术是控制二氧化硫排放的主要手段。其中半干法脱硫工艺因其投资省、工艺简单、脱硫效率高和占地面积小，被越来越多的钢铁企业使用。但此法所产生的脱硫副产品即脱硫脱硝灰尚未找到合理的资源化利用途径。2010年我国脱硫脱硝灰的排放量高达850万t。这些脱硫脱硝灰主要由硫酸钙，亚硫酸钙和未反应完的氢氧化钙组成。目前主要采用掩埋、矿井回填、简单堆放的方式处理。不仅占用了土地，还会因为扬尘与灰水对周围环境造成污染，严重影响环境质量。因此实现脱硫灰的综合利用，让其变废为宝已成了当务之急。

目前，对于脱硫脱硝灰的综合利用主要有三个方面：用作水泥缓凝剂，处理废水，蒸养砖的制备。脱硫脱硝灰用作水泥缓凝剂时，其掺量一般为7％-10％，脱硫灰利用率极低，且其对水泥的凝结时间和力学性能影响不大。脱硫脱硝灰处理废水时主要是利用里面的CaSO₃把废水里的Cr(VI)和V(V)还原为Cr(III)和V(IV)。但是由于脱硫工艺不同，各工艺产生的脱硫脱硝灰成分变化很大，所以该应用研究不够成熟。脱硫脱硝灰制备的蒸养砖强度较低，性能不好，所以该工艺尚不成熟，不能广泛应用。

粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排出的一种工业废渣，它是目前世界上排放量最大的工业废物之一。2014年我国粉煤灰的排放量为5.78亿吨，虽然未来电力需求增长将主要靠发展水电、风电、核电等清洁能源来供应，粉煤灰产量不会有大幅增长，但仍将维持在目前的较高水平。这些粉煤灰主要由莫来石和非晶相的二氧化硅组成。目前全球排放的粉煤灰中，不到1/2部分用于工业建设中，剩余部分则就地堆放。不仅占用了大量土地，而且粉煤灰中的放射性元素对人体造成巨大伤害，造成飞灰扬尘污染环境。

目前，粉煤灰主要用于制备粉煤灰水泥和混凝土。粉煤灰制备粉煤灰水泥时，因粉煤灰成分不稳定，含碳量大的粉煤灰作为混合材料掺入水泥中往往增加需水量，影响水泥强度及水泥制品的耐久性。粉煤灰制备混凝土时，混凝土强度发展较慢，早期强度较低；混凝土的抗碳化性能和抗冻性能均有所降低。

路基石是填在路床和路堤里的填石料，一般为花岗岩，闪长岩等，其矿物组成一般为长石、石英和云母等。目前研究发现，可由固体废弃物制备路基石，不过现有固体废弃物制备路基石的研究中，基本都是利用CaO-SiO₂-Al₂O₃水化原理，但得到的路基石强度较低，7天水化强度一般为3MPa以下。由于脱硫灰中含有一定量的氧化钙和氢氧化钙，粉煤灰中含有大量的二氧化硅和氧化铝，根据CaO-SiO₂-Al₂O₃相图，在合适的温度下煅烧脱硫灰与粉煤灰得到高强度的路基石并生产一定浓度硫酸目前还未见报道。

发明内容