煤气化残渣的基本特性研究

为了拓展煤气化残渣综合利用途径，进一步提高煤气化残渣的附加值，研究了宁煤集团3种煤气化残渣的物理、化学及矿物相的基本性质。研究结果发现气化残渣的真密度为2.24～2.68 g / cm3，其粒径主要集中在0.4～4.75 mm。此外，不同的煤气化技术及工艺造成气化残渣的残炭量差异较大，化学组成主要包括 SiO2（30%～51%）、Al2 O3（14%～19%）、CaO（8%～20%）、Fe2 O3（12%～23%）等，其晶相主要以非晶态玻璃体为主，其含量达到67%以上。基于气化残渣的基本特性研究其在建筑、防火、耐温等领域中应用的可能性，为气化残渣综合利用提供理论基础。

粉煤灰的矿物学性质研究

为了拓展粉煤灰综合利用途径,提高粉煤灰产品的附加值,采用X射线衍射（XRD）分析方法,研究神华电厂粉煤灰的矿物相组成及其晶相结构。研究表明：神华电厂粉煤灰由非晶质玻璃体和晶质矿物相组成,通过结晶度模拟计算可知非晶质玻璃体含量在35%~70%,进一步分析发现其矿物相以莫来石相（7%~52%）、石英相（0~22%）为主,还包括石灰相、磁铁矿相、赤铁矿相、硬石膏相、钙长石相和钙铝黄长石相等。此外,进一步分析了燃煤组成及燃烧方式对矿物组成差异的影响,从而为了解粉煤灰的特性及其高附加值利用提供理论基础。

新型低碳环保粉煤灰基阻燃剂

由于经济的快速增长和对能源的需求，中国已成为世界上最大的燃煤发电国，粉煤灰的排放量逐年上升，在2010年已达到4．8亿吨，其利用率达68％。目前我国粉煤灰的利用有约41％用于水泥和混凝土，19％用于建材，26％用于墙体，5％用于道路，5％用于农业，和4％用于矿物提取及回填。粉煤灰利用多在附加值较低的领域，主要的原因是粉煤灰量大而且成分差异性大。因此，粉煤灰的利用常受到运输半径和当地建筑市场及季节的影响，很难充分利用，特别是中西部偏远地区燃煤电厂的粉煤灰。北京低碳清洁能源研究所功能材料中心，目前采用材料科学的方法处理不同的粉煤灰，并开发出先进、创新的材料和产品技术来提高其附加价值，希望能有效和充分利用每个燃煤电厂的粉煤灰。该中心的粉煤灰团队已经开发了多项核心材料技术，用于不同领域的高价值应用，包括防火和阻燃的应用。虽然防火和阻燃应用未必能完全消化那些待处理的粉煤灰，但也演示了粉煤灰在高价值应用的可能性。已有文献报道粉煤灰可用来提高有机聚合物的阻燃效果，例如在聚碳酸酯、聚氯乙烯、环氧树脂、环氧树脂和聚丙烯混合料，或在硬质聚氨酯泡沫体材中与聚磷酸铵和季戊四醇的协同阻燃效果。但到目前为止，市面上仍没有粉煤灰基的阻燃剂。从阻燃的机制看来，粉煤灰是可以用来部分取代高分子降低其可燃性，但由于其化学惰性的特性，很难做到膨胀阻隔或气相阻燃的效果。单独使用粉煤灰当阻燃剂，很难在氧指数或UL-94阻燃测试中达到很好的阻燃效果，例如在聚烯烃中顶多达到UL-94HB等级。利用先进、领先的分离技术和特殊工艺分离出的微纳米粉煤灰圆珠，在现有的阻燃材料里可适当的添加是不会影响其阻燃效果，但可降低成本并改善加工性。本文章主要报告以微纳米粉煤灰圆珠为原料，经过特殊工艺处理，开发出2种新型绿色、低碳、环保阻燃剂，磷氮硅阻燃剂和磷硅阻燃剂，分别在聚烯烃和硬质聚氨酯泡沫体系与现有的阻燃剂做阻燃对比。这2种新型阻燃剂使用粉煤灰超过30％重量，是绿色环保型产品，可满足国家免增值税的激励政策。文中介绍的三种新型粉煤灰基产品，微纳米圆珠、磷氮硅阻燃剂、和磷硅阻燃剂，的颜色为灰色或浅灰色。对此颜色不是问题的产品，建议通过产品配方的优化方式，在各个应用中平衡所需的产品性能，加工性能和成本的要求，来发挥其最大的循环经济效益。