硅钙渣的综合利用现状摘 要：硅钙渣通常指粉煤灰中加入碱和石灰石烧结，再通过湿法提取氧化铝，回收碱后剩余的固体残留物，因其主要含有硅钙两种元素，被称为硅钙渣目前的利用范围非常局限其中的一部分被用于建材领域，一部分用于环保领域的研究，其余大部分则是通过填埋的方式进行处理实现这种固体废弃物的合理利用是十分必要的关键字：粉煤灰 硅钙渣 生化改性我国是一个以煤炭为主要能源的国家，供暖，发电，冶炼以及许多其他行业和生活中都要用到煤炭，煤炭在我国的开采量消费量呈现日益增长的趋势在利用煤炭的过程中，燃烧是其中一种主要的方式虽然煤燃烧满足了生活、经济和社会的许多需求，但却带来了许多环境问题大气污染，资源耗竭，生态破坏以及固体废物的产生等都与煤燃烧有很大的关系因此，解决好煤炭生产、利用与环境的关系，化害为利，已经成为社会可持续发展中的一项重大课题煤炭生产过程中会产生大量的煤基固废，例如粉煤灰，而全国火电厂每年粉煤灰的排放量达到数亿吨[1]目前，这些废物的治理秉承资源化的原则，利用途径十分广泛，主要集中于建筑材料、烟气脱硫、废水处理、筑路等诸多领域在我国内蒙古中西部地区，随着西部煤炭资源的开发以及大型火力发电厂的建设，出现了一种新的粉煤灰类型——高铝粉煤灰。
这种粉煤灰的氧化铝含量通常可达50%左右，相当于我国中低品位铝土矿中Al2O3的含量初步统计，2008年，该地区高铝粉煤灰排放量在1300万吨以上自从内蒙古、山西等地电厂发现高铝粉煤灰后，粉煤灰提铝的工业化步伐大大加快目前的工艺技术方案中，碱石灰石烧结法提取氧化铝应用较多，但存在能耗较高，工艺流程复杂等缺点，且每处理1 t 粉煤灰消耗石灰石2.3t[2]，而且还大量产生了一种新的固体废弃物—硅钙渣1硅钙渣的概念与特征硅钙渣通常指粉煤灰中加入碱和石灰石烧结，再通过湿法提取氧化铝，回收碱后剩余的固体残留物，因其主要含有硅钙两种元素，被称为硅钙渣硅钙渣是米黄色的粉状物，疏松多孔，容重1.2～1.5 g/cm3，脱碱后为白色粉状物，可压铸成具有一定强度的块状物，其化学成分由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、Na2O、K2O 和H2O等物质组成，如表1 所示[3]表1 硅钙渣的化学成分 Table 1 Chemical composition of slag calcium w/%SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOTiO2Na2OK2O硅钙渣125.314.8255.791.330.960.870.680.029.88硅钙渣237.155.6933.772.041.430.013.710.4714.99说明: 硅钙渣1 指粉煤灰提取铝产生的硅钙渣，硅钙渣2 指钾长石提取铝产生的硅钙渣。
在提取氧化铝过程中，每生成1吨的氧化铝就会产生 10 吨的硅钙渣[4]，而硅钙渣作为一种大量产生，却无法进行有效处理的固体废弃物，目前的利用范围非常局限其中的一部分被用于建材领域，一部分用于环保领域的研究，其余大部分则是通过填埋的方式进行处理，这样的处理污染环境，侵占土地，而且是对人类健康的一种威胁2硅钙渣的应用2.1水泥原料硅钙渣可以作为一种优质的水泥原料水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙等，而硅钙渣中含有硅酸二钙，适合作为原料添加在生料中进行焙烧，并且生成一种优质水泥朱元基［5］在研究硅钙渣作为水泥的原料时认为，配入硅钙渣的水泥生料具有反应活性高，烧成温度低，节能，熟料质量好，吃渣量大等优点分析原因时，他将硅钙渣与赤泥的化学组成作了对比，指出硅钙渣中氧化铁的含量偏低，氧化钙含量较高，而且碱含量很低，这是比赤泥优越的根本原因在物相组成上与普通水泥相似，因此用硅钙渣配料比较容易调整，且配比数量高达70%～90%；徐银芳［6］采用90% 硅钙渣和10%石灰石两种原料配料，在1350～1400℃下煅烧，可以生产性能合格的625号硅酸盐水泥与同类型生产方式比较，采用硅钙渣配料可节约能耗20% 左右，大幅度降低了水泥生产成本；刘江等[7]先对硅钙渣进行了脱碱处理，然后再用作水泥混合材料；温平[8]进行了硅钙渣作为水泥生产原料的可行性研究，得出用硅钙渣配料的生料易磨性好，有利于生料制备系统设备生产能力充分发挥，降低生料电耗，因此可作为水泥生产的一种原料，替代部分石灰石，以节省能耗，降低企业生产成本的结论。
2.2制备陶粒硅钙渣可以用于一种高强度陶粒的制备硅钙渣疏松多孔，密度较大，作为添加料，在烧制过程中，不仅能够与陶瓷其他成分很好融合，还能够极大增加陶瓷的强度，生产高性能的陶瓷李侠等[9]对高强度硅钙渣陶粒及其制备方法的研究，其采用固体废弃物粉煤灰及硅钙渣为主要原料，制备出的陶粒强度高，为硅钙渣的利用提供了一条新途径2.3制造釉面瓷砖利用硅钙渣可以制造一种釉面砖釉面砖通常由陶土或瓷土为原料表面用釉料一起烧制而成，其吸水率和强度因原料不同而不同，加入硅钙渣可以改善其性能，增加其强度，做成节能型瓷砖祁慧军等［10］将硅钙渣、东胜粘土和竹鸡塔粘土按一定配比做坯烧制生产出节能型产品由于硅钙渣中的硅酸钙降低了坯体的烧成温度，通过配制与之相适应的低温釉料，可降低陶瓷生产能耗，提升资源的利用效率2.4增强沥青混合料硅钙渣具有质轻，多孔，相对密度较小，对声、热、电的传导性能极差等物理性质叶宝将等[11]进行了提钾硅钙渣制备轻质硅酸钙保温材料的研究；张金山等[12]进行了硅钙渣与沥青的混合，与纯沥青相比，该混合料密度变大、孔隙减少、流值变大、粘附力变小，具备更强的抗剪能力，抗变形能力，从而延长了沥青路面的使用寿命。
以上为硅钙渣在建材领域的处理途径目前还出现了一些在环保领域的处理途径，如在水处理方面，覃永贵[13]研究了硅钙渣对苯酚废水的处理情况，硅钙渣经表面活性剂 CTAB 改性后对初始浓度为 100mg/L 的苯酚的吸附率可以达到 64.36%以上为硅钙渣的普遍利用途径，但这些途径是对硅钙渣的低附加值的粗放利用，利用效率低3硅钙渣的利用前景通过化学组成可知硅钙渣中含有大量的硅、钙、钾等，这些都是植物所必需的营养元素，可以利用微生物改变硅钙渣的理化性质，使硅钙渣中的诸多元素转化为能够被植物吸收利用的有效态元素，增加通气透水和蓄水保温的性能，各项指标均能达到植物生长的条件通过资料发现，解磷细菌能够将难溶性的无机磷转化为可溶性磷，改善植物根系的营养状况，提高作物对磷的利用率；释钾细菌能分解土壤中的不溶性硅酸盐矿物，释放其中的硅、磷、钾等，增加土壤肥力；丛枝菌根真菌在对磷的吸收过程中发挥重大作用，且它能吸收土壤中有机体被分解所产生的各种形态的氮，并转给植物，根外菌丝可促进植物根系吸收养分与水分，改善植物的生长情况及根际土壤环境同时微生物在生长繁殖过程中产生有机酸、氨基酸、多糖、激素等有利于植物吸收的营养物质。
因此，利用微生物对硅钙渣的改性，使之成为再造土壤具有一定的可行性目前，类似的生化改性技术开发广泛在研究中[14]，接种释钾细菌于粉煤灰中，进行紫花苜蓿的盆栽实验，紫花苜蓿的地下部分干重较对照组增加 98.1%，pH下降至 6～7 附近，电导率在 0.8ms/cm 左右，速效钾含量增至 55mg/kg，有效钾含量为 20mg/kg，酸性磷酸酶活性为 2.5mmol/(g·h)，这说明释钾菌对粉煤灰基质具有一定的改良效应在解磷细菌与施磷肥对粉煤灰的改良效果比较的实验中[15]，采用高粱为供试植物，通过盆栽试验比较接种解磷细菌与施加磷肥对粉煤灰的综合改良作用以及对植物生长的影响结果表明，接种解磷细菌更有助于植物的生长，促进植物对粉煤灰中难溶性磷的吸收利用，接种解磷细菌对粉煤灰基质改良，效应较相当量的磷肥更好4结语硅钙渣在中西部地区广泛存在，不仅侵占土地，污染大气和水环境，更会对人的身体健康造成危害实现这种固体废弃物的合理利用是十分必要的尽管现有的处理方法已经能够减少硅钙渣的堆放量，但是也只是杯水车薪而且硅钙渣中的化学元素可以被植物利用，所以，应该积极的探索新的方法和技术，使之得到更广泛的应用，从而有效地解决这种固废。
这样，既保护了环境，又合理利用了资源，更符合可持续发展的要求参考文献[1] 荆富,伊茂森,张忠温,饶拴民. 粉煤灰提取白炭黑和氧化铝的研究 中煤平朔煤业有限责任公司,山西朔州036006[2] 苏双青,马鸿文,邹丹等. 高铝粉煤灰熔碱法制备氢氧化铝的研究[J]. 岩石矿物学杂志,2011,30 ( 6) :981-986[3] 宋说讲,孔德顺,王丽华,白新伟. 硅钙渣的综合利用研究进展[J]. 云南化工[4] 刘瑛瑛.李来时,吴艳等. 粉煤灰精细利用——抽取氧化铝研究进展[J]. 轻金属,2006(5):20-23.[5] 朱元基. 硅钙渣作为水泥原料的研究[J]．矿冶工程,1983,3(1):44-47.[6] 徐银芳. 硅钙渣作为水泥原料的研究[J]．华中理工大学学报，1992,20(1):147-152.[7] 刘江,张建波,孙俊民等. 硅钙渣脱碱处理及作水泥混合材的研究[J]. 新型建筑材料, 2012(12):37-39.[8] 温平. 硅钙渣作为水泥生产原料的可行性研究[J]. 建材世界, 2012, 33(3):5-7.[9] 李侠,张金山,赵俊梅. 高强度硅钙渣陶粒及其制备方法[P].中国, CN101885602A,2010,11.[10] 祁慧军,祁慧雄,张金山等. 利用硅钙渣制造釉面砖的方法[P].中国, CN102173740A,2011,9.[11] 叶宝将,马鸿文,李金洪. 提钾硅钙渣制备轻质硅酸钙保温材料的研究[C]. 中国矿物岩石地球化学学会第13届学术年会论文集. 2011.[12] 张金山,李侠,赵俊梅. 硅钙渣增强沥青混合料[P].中国,CN101863638A,2010,10.[13] 覃永贵. 利用硅钙渣处理苯酚的实验研究[D]. 北京, 中国地质大学硕士论文, 2012.[14] 毕银丽,胡俊波. 释钾菌的筛选及其对粉煤灰的释钾效应[J]. 辽宁工程技术大学学报, 2010, 29(6):1141-1144.[15] 毕银丽,于淼. 解磷细菌对难溶磷肥的解磷效率比较[J]. 科技导报, 2011, 29(19):19-23. 。