粉煤灰綜合利用技術(shù)

2006/9/30 8:55:30

    煤炭在鍋爐中燃燒后有兩種固態(tài)殘留物--灰和渣。隨煙氣從鍋爐尾部排出的，主要經(jīng)除塵器收集下來的固體顆粒即為粉煤灰；顆粒較大或呈塊狀的，從爐膛底部收集出來的稱為爐底渣。從綜合利用角度講的粉煤灰，一般也包括渣，即灰渣的統(tǒng)稱。

    粉煤灰主要有硅鋁玻璃、微晶礦物顆粒和未燃盡的殘?zhí)课⒘ＫM成，其化學(xué)成分以氧化硅和氧化鋁為主。

    我國的粉煤灰大部來自大、中型火電廠的煤粉發(fā)電鍋爐，另一部分則是來自城市集中供熱的粉煤鍋爐。粉煤灰排放目前大多是濕排，需耗用大量的水；堆放需占用大量的土地。1999年，我國粉煤灰排放量達(dá)到1.6億噸，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計分析和預(yù)測，按目前排灰狀況和利用水平，排灰用水達(dá)10億多噸/年；貯灰占地約達(dá)50萬畝，歷年累積堆放總量已達(dá)10億噸以上，雖每年利用量在不斷增加，但總利用率還不足每年排放量的50%。隨著電力工業(yè)裝機(jī)容量增加，排灰量、用水量、占地量還要相應(yīng)增加。同時，濕法排灰不但費(fèi)水、費(fèi)電、污染環(huán)境，還降低了粉煤灰的活性，不利于它的綜合利用。隨著我國對除塵、干灰輸送技術(shù)的不斷成熟，今后電廠的粉煤灰應(yīng)積極采用高效除塵器，并設(shè)計分電場干灰收集裝置使粉煤灰具有更大的用途。對濕式除塵器收集的粉煤灰，應(yīng)盡量設(shè)置脫水裝置或使其晾干，盡量降低水分至30%以下，為粉煤灰的綜合利用創(chuàng)造條件。

    粉煤灰露天堆放，刮風(fēng)天灰塵污染空氣，下雨天滲水污染地下水。根據(jù)國內(nèi)外試驗研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰滲水使地下水產(chǎn)生不同程度的污染，比較明顯的是使pH值升高、有毒有害的鉻、砷等元素增加。再加上粉煤灰貯灰場大多位于江、河、湖及城市水源保護(hù)區(qū)域，水源保護(hù)問題也十分迫切。

    我國粉煤灰綜合利用技術(shù)簡述

    粉煤灰作建筑材料

    我國粉煤灰最早用于生產(chǎn)建筑材料，利用率一直保持在25%左右。粉煤灰燒結(jié)磚、生產(chǎn)水泥熟料及用作混合材、生產(chǎn)陶粒、砌塊、加氣混凝土、墻體材料等，都是國家推廣的成熟技術(shù)。1998年我國墻體材料總量合折標(biāo)準(zhǔn)磚8600億塊，其中燒結(jié)粘土實心磚高達(dá)7000多億塊。

    1.粉煤灰生產(chǎn)燒結(jié)磚

    粉煤灰的用量從30%到70%，主要工藝和設(shè)備與普通粘土磚基本相同。用粉煤灰生產(chǎn)燒結(jié)磚的吉林某廠利用吉林熱電廠的濕排粉煤經(jīng)自然脫水至含水率在30%左右，按粉煤灰55%、粘土40%和5%的爐渣等工業(yè)廢渣進(jìn)行配比。該廠年用粉煤灰40萬米3，產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚2.4億塊，年節(jié)省粘土430km3，節(jié)約標(biāo)煤9600噸／年，具有較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

    2.粉煤灰生產(chǎn)蒸汽養(yǎng)護(hù)磚（簡稱蒸養(yǎng)磚）

    粉煤灰蒸養(yǎng)磚的配料除粉煤灰可占65%左右外，還需配入適量的骨料生石灰和石膏，經(jīng)坯料制備、壓制成型，經(jīng)常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)后燒制成磚。它對粉煤灰的要求是灰的含碳量越低越好，灰的活性越高越好。

    3.粉煤灰制取免燒免蒸磚

    江西貴溪電廠為了使粉煤灰變害為寶，經(jīng)過研制開發(fā)出了免燒免蒸、低溫養(yǎng)護(hù)的新型粉煤灰磚。其主要配料是：粉煤灰占70%，爐底渣占15%、生石灰15%（作為激發(fā)劑），產(chǎn)品可達(dá)到75號粉煤灰磚標(biāo)號，生產(chǎn)中總摻灰量達(dá)85%，以年產(chǎn)1000萬塊磚計，可用去灰量2萬噸，年創(chuàng)效益50萬元，節(jié)省排灰漿費(fèi)用30萬元。節(jié)約灰場建設(shè)費(fèi)40~50萬元，少占耕地130m2，具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

    4.粉煤灰生產(chǎn)硅酸鹽砌塊

    粉煤灰硅酸鹽砌塊以粉煤灰、石灰和石膏和膠結(jié)料為原料，在配料中除爐渣為主占55%左右外，粉煤灰用量也可達(dá)30%。經(jīng)加水?dāng)嚢�，振動成型，蒸汽養(yǎng)護(hù)而成。此工藝對粉煤灰質(zhì)量的要求是其燒失量低于15%。適用于工業(yè)及民用建筑，且比粘土磚的保溫性能好，自重輕，能滿足一般建筑物承重墻的耐火極限要求。

    5.粉煤灰制泡沫玻璃

    泡沫玻璃是一種新型建筑材料，它可由粉煤灰（可占70%）為主要原料燒制而成，其密度在0.5~0.8t/m3之間。具有抗壓、隔熱、隔音、防水、能浮出水面等性能，是現(xiàn)代高層建筑的優(yōu)質(zhì)材料。泡沫玻璃作大型雕塑材料，可制成大塊，可任意切割裝配。

    用泡沫玻璃制成的墻體磚，密度僅為普通粘土磚的5%~10%，而強(qiáng)度卻高出8~15倍，所以，它具有質(zhì)輕、強(qiáng)度大、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。用它作為保溫、隔熱、隔音材料具有物美價廉的優(yōu)點(diǎn)，有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

    6.粉煤灰制造加氣混凝土

    粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土是以粉煤灰為基本原料，配以適量的水泥、石膏及鋁粉等添加劑以制成一種輕質(zhì)的混凝土，其粉煤灰用量可占70%左右。上海市1998年僅混凝土一項利用粉煤灰近54萬噸，占總用灰量的15.6%。北京某廠利用高井電廠的干排粉煤灰為原料，年可生產(chǎn)加氣混凝土制品200km3。主要用于屋面保溫、內(nèi)外墻體和陽臺隔斷。具有較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

    7.粉煤灰生產(chǎn)陶粒

    利用粉煤灰為主要原料，加入一定量的膠結(jié)料和水，經(jīng)成球、燒結(jié)而成的輕骨料為燒結(jié)粉煤灰陶粒。它是一種性能良好的人造輕骨料，其粉煤量用量可達(dá)80%左右�？梢耘渲�300號混凝土。天津市某廠利用天津一電廠的濕排粉煤為原料，年生產(chǎn)粉煤灰陶粒達(dá)9萬米3。由于其有密度小、耐熱度高、抗摻性好、耐沖擊力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可替代天然渣石配制150~300號的混凝土，廣泛地用于工業(yè)與民用建筑、制作各種混凝土構(gòu)件，還可用于橋梁、窯爐和煙囪的砌筑。如南京長江大橋公路橋道板，使用粉煤灰陶粒配制250~300號的陶�；炷辆徒档土舜髽虻淖灾�。

    8.粉煤灰在砂漿中代替部分水泥、石灰或砂

    砂漿在建筑工程中的用量很大，且對粉煤灰的質(zhì)量不高，可改善混凝土的特性并節(jié)約水泥。此項技術(shù)可大量利用粉煤灰，每立方米混凝土可用粉煤灰50~100kg，節(jié)約水泥50~100kg。三峽工程中大量使用了優(yōu)質(zhì)粉煤灰，年用量已近30萬t，并創(chuàng)造了世界年澆注量和最大澆注強(qiáng)度的世界紀(jì)錄。這項技術(shù)的用灰比例在10%以上。

    9.粉煤灰代替粘土作生產(chǎn)水泥原料

    由于粉煤灰的化學(xué)成分和粘土相似，可代替粘土生產(chǎn)水泥。其生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備與生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥一樣。沈陽市水泥廠利用沈陽熱電廠的濕排粉煤灰作配料年生產(chǎn)火山灰硅酸鹽水泥12萬噸。

    10.粉煤灰作生產(chǎn)水泥的混合材

    在用質(zhì)量合格的粉煤灰做混合材磨制水泥時，可分別生產(chǎn)普遍硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥（摻入量不高于15%）、粉煤灰水泥（摻入量為20%~40%不等），低標(biāo)號砌筑水泥摻入量為60%~70%。德州某建材廠利用德州電廠的干排粉煤灰可年產(chǎn)硅酸鹽水泥15萬多噸，先后生產(chǎn)出了325號和425號R型粉煤灰硅酸鹽水泥。取得了年產(chǎn)利潤70萬元以上的經(jīng)濟(jì)效益和良好的環(huán)境效益。江蘇鹽城水泥廠利用鹽城電廠的干排粉煤灰25%左右生產(chǎn)出425號粉煤灰硅酸鹽水泥，也取得年盈利100多萬元的經(jīng)濟(jì)效益以及良好社會效益。

    粉煤灰作井下回填和充填礦井塌陷區(qū)
    平頂山礦務(wù)局十一礦為開采傾斜和急傾斜煤層，曾用附近姚盂電廠的粉煤灰作井下注漿防火和充填材料試驗獲得成功。用粉煤灰注漿充填采空區(qū)可達(dá)到防火效果，同時還能較大幅度地減少地表移動值，粉煤灰充填采空區(qū)后對圍巖和煤柱起到了加強(qiáng)的作用，增強(qiáng)了煤柱的強(qiáng)度，有利于巷道維護(hù)。亦有利于厚煤層分層開采，提高煤炭回收率。

    淮北礦務(wù)局利用淮北電廠的粉煤灰充填相城、朱莊、張莊和岱河等煤礦的塌陷區(qū)。該礦區(qū)每年約增加塌陷區(qū)2Mm3多，為緩和淮北電廠排灰場地的緊張狀態(tài)，于1979年提出建設(shè)塌陷區(qū)試驗排灰場，灰場距電廠僅4km，面積280km2，能容納700km3粉煤灰，于1980年2月建成沖灰，充填到設(shè)計標(biāo)高后，于1982年10月覆土造田432畝，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。1997年，安徽省回填用灰65萬噸，占當(dāng)年用灰量的26%。

    填方造地用灰的比例在25%左右。

    粉煤灰用于筑路工程
    用于公路的路面基層，用二灰石（石灰、粉煤灰、石子）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碎石，可使公路質(zhì)量大大提高并提高了施工速度，降低造價�，F(xiàn)粉煤灰已大量用于高等級公路的路堤，質(zhì)量高于使用粘并大量節(jié)約了土地。近幾年筑路用灰的比例上升很快，已達(dá)到30%左右。僅滬寧高速公路就使用粉煤灰700萬噸。

    從粉煤灰中提取多種化學(xué)、化工原料
    1.堿法提取氫氧化鋁

    有不少煤灰中的Al2O3含量高達(dá)25%~40%以上，因此從粉煤灰中提取氫氧化鋁既有經(jīng)濟(jì)效益又有環(huán)境效益。如波蘭等國用減法提取氫氧化鋁常用高溫?zé)Y(jié)法（1300℃以上），我國則多研究采用常壓蒸養(yǎng)、低溫（900℃左右）脫水的工藝，其優(yōu)點(diǎn)是能耗低。

    2.回收鐵或磁珠

    粉煤灰中的鐵主要以Fe2O3、Fe3O4和硅酸鐵等形態(tài)存在。鐵的回收一般采用磁選法�？上冉�(jīng)旋流器預(yù)選后，再用弱磁選礦機(jī)分選，富集得到高品位精鐵礦。如山東新汶電廠的粉煤灰中的鐵含量為7.68%，經(jīng)富集、選礦后的精礦品位提高到55.08%，鐵回收率為47.90%。

    3.回收空心微珠

    空心微珠是粉煤在1350~1500℃的高溫區(qū)域內(nèi)燃燒后呈熔融狀態(tài)，在高壓氣流霧化后，靠自身的表面張力凝聚成微珠，排灰時遇冷后所產(chǎn)生的一種空心球形珠體，其粒度一般為0.25~150um，個別有300um。根據(jù)珠壁薄厚不同，又分為漂珠和沉珠。漂珠可進(jìn)行浮選提純。如南通天生港發(fā)電廠利用這種方法選出80%左右、燒失量有0.6%的漂珠，成本僅10多元／噸，可增值60~80元/噸。

    采用重力分選法可回收沉珠。如用水力旋流器一次或多次開路分級，以攀枝花市502電廠的粉煤灰為原料，采用旋流器三段開路分級、獲得了沉珠含量達(dá)85%~95%，回收率大于75%的分選效果。

    空心微珠具有球形、微小、質(zhì)輕、中空、耐高溫、電絕緣、高強(qiáng)度等多種優(yōu)異特性，可廣泛應(yīng)用于耐火材料、塑料、橡膠、石油、電子、航空、潛艇和軍工等工業(yè)中。

    此外，由于粉煤灰的比表面積大，吸附能力強(qiáng)，具有高分子縮聚的特性，因此它易吸附、還原和富集鍺、鎵等某些稀散元素，國內(nèi)外均有成熟的工藝和經(jīng)驗。

    目前用于提取化學(xué)化工原料的用灰量占灰量的2%~3%。

    粉煤灰生產(chǎn)磁性復(fù)混化肥
    資興礦務(wù)局煤電焦化總廠發(fā)電分廠曾用該廠的粉煤灰研制出了粉煤灰生產(chǎn)磁性復(fù)混化肥的產(chǎn)品，肥料中的磁性能刺激作物的生長，活化土壤，提高作物根系對土壤中養(yǎng)分的吸收。肥料的養(yǎng)分齊全，除有N、P、K三種肥料外，同時還有Si、Fe、Al、Mg、Ca、B、Zn、Mn和Cu等作物所需的微量元素及必需的養(yǎng)分。該復(fù)混化肥曾對水稻、茶葉、烤煙和桔子等農(nóng)、果作物做了大面積的推廣示范試驗，證明對這些作物都有明顯的增產(chǎn)作用。這方面的用灰比例在10%左右。

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