油页岩渣资源综合利用研究进展

广东化工 2012年第18期· 76 · 第39卷总第242期油页岩渣资源综合利用研究进展

贾昌梅，陈梅芹，钟华文

(广东石油化工学院，广东茂名 525000)

[摘要]对油页岩渣的综合利用及合理处置，是油页岩开发利用过程中必须给以重视的环节。关于油页岩渣的综合利用研究已成为近年来研究热点。文章对油页岩渣在建筑材料、化工原料和环境矿物功能材料等领域的资源化利用进行综述，探讨其研究进展，并对其未来的发展方向进行了展望。

[关键词]油页岩渣；建筑材料；化工原料；吸附剂；综合利用

[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2012)18-0076-02

Progresses on Comprehensive Utilization of Oil Shale Ash

Jia Changmei, Chen Meiqin, Zhong Huawen

(Guangdong University of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China)

Abstract: Appropriate utilization of oil shale ash was an important section in the exploitation of oil shale, which has attracted many scientists’ attentions. The progresses on comprehensive utilizations of oil shale ash as building materials, chemical materials, filling materials and sorbent, were reviewed, its research trend was also proposed.

Keywords: oil shale ash；building materials；chemical materials；sorbent；comprehensive utilization

油页岩又称油母页岩，是一种重要的能源矿产，它可用于提炼页岩油、直接用作燃料燃烧、发电等。油页岩由细粒矿物碎屑和低等动物及植物残体分解的有机质同时沉积形成的，是一种高灰分(灰含量大于33 %)的可燃有机岩，含碳、氢、氧、氮、硫等元素[1]。油页岩作为非常规油气资源，储量仅次于煤炭，作为常规能源的补充，对改变我国能源结构，具有非常重要的战略意义[2]。

油页岩经热解(低温干馏)可得到类似原油的页岩油和类似天燃气的煤气，剩下的物质为油页岩渣，渣量可高达油页岩量的60 %~80 %。油页岩渣的主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、SO3等，另外不乏有毒有害元素，如含有镉、铬、

铅等重金属元素[3]。用于发电或炼油之后的废渣处置及尾气排放的问题是油页岩开发需要面对的两大难题。以广东茂名为例，长期以来，油业岩工业所排放的大量废渣，分别堆积在露天矿坑附近的南、北排土场。至今堆积总量已达2.4亿t，高出地面近30 m，占地7 km2，严重影响着周围大气、农田、地表水、地下水环境，同时也制约了页岩油工业的进一步发展[4]。

在干馏或燃烧后产生的油页岩渣，除去了矿物中的挥发分、炭质或其它有机酸等，形成多孔结构，具有很好的活性，因而用途非常广泛[3]。文章将近十年来油页岩渣作为环境矿物材料综合利用的研究进行综述，为油页岩渣的有效利用和合理处置提供参考，共同促进油页岩开采工业和环境保护并行发展。

1 在生产建筑材料方面的应用

1.1 用作水泥的原料

利用油页岩渣制造水泥是目前国外综合利用油页岩渣的主要途径之一[4]。美国、巴西、爱沙尼亚、澳大利亚等国家都利用油页岩渣中的粘土矿物和石英生产硅酸盐水泥。如苏达根[5]用含稀土的油母页岩渣代替黏土，成功生产出高质量的水泥熟料，油母页岩渣的掺加量为5 %～12 %。丛树民等[6]利用的油母页岩代替矿渣配制水泥生料，掺量为8.4 %，经煅烧后生产的水泥熟料3 d抗折及抗压强度分别达到6.3 MPa和34.7 MPa，28 d抗折及抗压强度达到8.65 MPa和62.5 MPa，技术指标达到了国家颁布的相关标准。傅岳龙等[7]探讨了利用油页岩渣制备水泥的配方，掺用30 %~40 %的油母页岩渣，其强度指标仍能达到与熟料标号相同或相近的硅酸盐水泥和普通水泥的国际标准。陈立军[8]研究了利用油页岩渣和矿渣制备土聚水泥的方法。油页岩渣掺量为50 %，激发剂掺量为7.5 %~15.0 %，其水泥强度分别相当于复合水泥的32.5级和硅酸盐水泥的62.5级；蒸汽养护90 ℃、恒温4 h的抗压强度为28 d标养强度的95 %左右；蒸压养护1.0 MPa、恒压4 h的抗压强度为28 d标养强度的1.5倍左右。

1.2 油页岩渣用作轻质砖材料

由于油母页岩渣化学成分与页岩或粘土相近，在保证成型品质的前提下，可作为瘠性原料加入坯料中，用以代替粘土，烧制实心砖瓦或空心砖，预计可掺入40 %~50 %[9]。张明华等[10]以油母页岩渣为主要原材料，生产蒸压油母页岩渣砖、混凝土小型空心砌块和路面砖，在页岩渣掺量大于50 %的条件下，采用挤压成型工艺，蒸压养护方法，可以生产出达到JC239-91标准、标号达10.0 MPa的蒸压页岩渣砖。王爽[11]用油母页岩、绿土、煤矸石作为原料烧结空心砖, 证实以油母页岩渣为主要原料(含量50 %~70 %)烧结制砖是可行的。穆建春等[12]在对油页岩渣化学成分进行分析的基础上，研究了利用油页岩废渣制备免蒸免烧墙体砖的可行性，并从原料配方的水泥渗量、矿沙渗量、生石灰渗量、激发剂渗量、挤压工艺参数等方面进行了试验研究，成功地采用挤压成型的方法将油页岩渣、粉煤灰等工业废渣用于制备墙体砖，为油页岩渣资源化利用开辟了一条有效途径。

2 用作化工原料

2.1 制高岭土

部分油页岩渣含有大量高岭石成份，是制备优质高岭土的原料。如广东茂名某地的油页岩，其矿物组成主要为高岭石和石英，经重选、磁选、浮选等可用来制备煅烧高岭土。但由于其含铁等显色矿物杂质，需要去除。如王福良[13]采用强磁选、酸浸、氯化焙烧等提纯作业，可有效地除去油页岩尾渣中的Fe2O3、TiO2等显色杂质矿物，得到的煅烧高岭土产品白度>90 %、粒度2 μm>90 %。魏明安等[14]也利用含高岭石的油页岩渣制备煅烧高岭土，采用强磁选、酸浸、煅烧增白工艺有效地降低了油页岩渣中铁等显色杂质，使高岭土产品白度达到90 %以上。

2.2 制白炭黑

白炭黑是白色粉末状无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等，常用作填料[15]。刘建国等[16]以油页岩灰渣制备的水玻璃为原料，确定了白炭黑的最佳制备工艺：水玻璃中w(SiO2)为8.1 %、c(H2SO4)为1.5 mol/L，陈化时间为8 h，反应温度为70~80 ℃，pH为8.0。透射

电镜分析结果表明：采用热风干燥技术制备的白炭黑平均粒径约为50 nm，而且团聚体较少，性能优于烘箱干燥制备的白炭黑。

3 用作环境矿物功能材料

环境矿物材料是指由矿物及其改性产物组成的与生态环境具有良好协调性或直接具有防治污染和修复环境功能的一类矿物材料，其基本性能包括矿物表面吸附作用、孔道过滤作用、结构调整作用、离子交换作用、化学活性作用、物理效应作用、纳米效应作用及与生物交互作用等[17]。油页岩渣的主要成份是石英、粘土等矿物，具有很高的表面吸附活性，可制备吸附剂及絮凝剂，用于环境污染修复。

[收稿日期] 2012-11-13

[基金项目] 广东省科技计划项目(2012B031000024)

[作者简介] 贾昌梅(1963-)，女，工程师，本科，主要研究方向为环境保护。