粉煤灰綜合利用技術

2006/9/30 8:55:30

    煤炭在鍋爐中燃燒后有兩種固態殘留物--灰和渣。隨煙氣從鍋爐尾部排出的，主要經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，即灰渣的統稱。

    粉煤灰主要有硅鋁玻璃、微晶礦物顆粒和未燃盡的殘炭微粒所組成，其化學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到1.6億噸，據有關資料統計分析和預測，按目前排灰狀況和利用水平，排灰用水達10億多噸/年；貯灰占地約達50萬畝，歷年累積堆放總量已達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%。隨著電力工業裝機容量增加，排灰量、用水量、占地量還要相應增加。同時，濕法排灰不但費水、費電、污染環境，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、干灰輸送技術的不斷成熟，今后電廠的粉煤灰應積極采用高效除塵器，并設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，應盡量設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造條件。

    粉煤灰露天堆放，刮風天灰塵污染空氣，下雨天滲水污染地下水。根據國內外試驗研究發現，粉煤灰滲水使地下水產生不同程度的污染，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、湖及城市水源保護區域，水源保護問題也十分迫切。

    我國粉煤灰綜合利用技術簡述

    粉煤灰作建筑材料

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

    1.粉煤灰生產燒結磚

    粉煤灰的用量從30%到70%，主要工藝和設備與普通粘土磚基本相同。用粉煤灰生產燒結磚的吉林某廠利用吉林熱電廠的濕排粉煤經自然脫水至含水率在30%左右，按粉煤灰55%、粘土40%和5%的爐渣等工業廢渣進行配比。該廠年用粉煤灰40萬米3，產粉煤灰燒結磚2.4億塊，年節省粘土430km3，節約標煤9600噸／年，具有較好的社會效益和經濟效益。

    2.粉煤灰生產蒸汽養護磚（簡稱蒸養磚）

    粉煤灰蒸養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，經坯料制備、壓制成型，經常壓或高壓蒸汽養護后燒制成磚。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，經過研制開發出了免燒免蒸、低溫養護的新型粉煤灰磚。其主要配料是：粉煤灰占70%，爐底渣占15%、生石灰15%（作為激發劑），產品可達到75號粉煤灰磚標號，生產中總摻灰量達85%，以年產1000萬塊磚計，可用去灰量2萬噸，年創效益50萬元，節省排灰漿費用30萬元。節約灰場建設費40~50萬元，少占耕地130m2，具有較好的環境效益和經濟效益。

    4.粉煤灰生產硅酸鹽砌塊

    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30%。經加水攪拌，振動成型，蒸汽養護而成。此工藝對粉煤灰質量的要求是其燒失量低于15%。適用于工業及民用建筑，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，是現代高層建筑的優質材料。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%，而強度卻高出8~15倍，所以，它具有質輕、強度大、節能等優點。用它作為保溫、隔熱、隔音材料具有物美價廉的優點，有較高的經濟效益和社會效益。

    6.粉煤灰制造加氣混凝土

    粉煤灰生產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，年可生產加氣混凝土制品200km3。主要用于屋面保溫、內外墻體和陽臺隔斷。具有較好的社會和經濟效益。

    7.粉煤灰生產陶粒

    利用粉煤灰為主要原料，加入一定量的膠結料和水，經成球、燒結而成的輕骨料為燒結粉煤灰陶粒。它是一種性能良好的人造輕骨料，其粉煤量用量可達80%左右。可以配制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，年生產粉煤灰陶粒達9萬米3。由于其有密度小、耐熱度高、抗摻性好、耐沖擊力強等優點，可替代天然渣石配制150~300號的混凝土，廣泛地用于工業與民用建筑、制作各種混凝土構件，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號的陶粒混凝土就降低了大橋的自重。

    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，且對粉煤灰的質量不高，可改善混凝土的特性并節約水泥。此項技術可大量利用粉煤灰，每立方米混凝土可用粉煤灰50~100kg，節約水泥50~100kg。三峽工程中大量使用了優質粉煤灰，年用量已近30萬t，并創造了世界年澆注量和最大澆注強度的世界紀錄。這項技術的用灰比例在10%以上。

    9.粉煤灰代替粘土作生產水泥原料

    由于粉煤灰的化學成分和粘土相似，可代替粘土生產水泥。其生產工藝和技術裝備與生產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火山灰硅酸鹽水泥12萬噸。

    10.粉煤灰作生產水泥的混合材

    在用質量合格的粉煤灰做混合材磨制水泥時，可分別生產普遍硅酸鹽水泥、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硅酸鹽水泥15萬多噸，先后生產出了325號和425號R型粉煤灰硅酸鹽水泥。取得了年產利潤70萬元以上的經濟效益和良好的環境效益。江蘇鹽城水泥廠利用鹽城電廠的干排粉煤灰25%左右生產出425號粉煤灰硅酸鹽水泥，也取得年盈利100多萬元的經濟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
    平頂山礦務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可達到防火效果，同時還能較大幅度地減少地表移動值，粉煤灰充填采空區后對圍巖和煤柱起到了加強的作用，增強了煤柱的強度，有利于巷道維護。亦有利于厚煤層分層開采，提高煤炭回收率。

    淮北礦務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。該礦區每年約增加塌陷區2Mm3多，為緩和淮北電廠排灰場地的緊張狀態，于1979年提出建設塌陷區試驗排灰場，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，充填到設計標高后，于1982年10月覆土造田432畝，取得了較好的社會效益和經濟效益。1997年，安徽省回填用灰65萬噸，占當年用灰量的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）代替傳統的碎石，可使公路質量大大提高并提高了施工速度，降低造價。現粉煤灰已大量用于高等級公路的路堤，質量高于使用粘并大量節約了土地。近幾年筑路用灰的比例上升很快，已達到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、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25%~40%以上，因此從粉煤灰中提取氫氧化鋁既有經濟效益又有環境效益。如波蘭等國用減法提取氫氧化鋁常用高溫燒結法（1300℃以上），我國則多研究采用常壓蒸養、低溫（900℃左右）脫水的工藝，其優點是能耗低。

    2.回收鐵或磁珠

    粉煤灰中的鐵主要以Fe2O3、Fe3O4和硅酸鐵等形態存在。鐵的回收一般采用磁選法。可先經旋流器預選后，再用弱磁選礦機分選，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℃的高溫區域內燃燒后呈熔融狀態，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。根據珠壁薄厚不同，又分為漂珠和沉珠。漂珠可進行浮選提純。如南通天生港發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85%~95%，回收率大于75%的分選效果。

    空心微珠具有球形、微小、質輕、中空、耐高溫、電絕緣、高強度等多種優異特性，可廣泛應用于耐火材料、塑料、橡膠、石油、電子、航空、潛艇和軍工等工業中。

    此外，由于粉煤灰的比表面積大，吸附能力強，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，國內外均有成熟的工藝和經驗。

    目前用于提取化學化工原料的用灰量占灰量的2%~3%。

    粉煤灰生產磁性復混化肥
    資興礦務局煤電焦化總廠發電分廠曾用該廠的粉煤灰研制出了粉煤灰生產磁性復混化肥的產品，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分的吸收。肥料的養分齊全，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分。該復混化肥曾對水稻、茶葉、烤煙和桔子等農、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作用。這方面的用灰比例在10%左右。

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