粉煤灰綜合利用技術(shù)
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關(guān)鍵詞 : 粉煤灰,綜合利用,技術(shù)
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⒘ＫM成，其化學(xué)成分以氧化硅和氧化鋁為主。
我國(guó)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(guó)粉煤灰排放量達(dá)到1.6億噸，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)測(cè)，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(shí)，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(guó)對(duì)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(jì)分電場(chǎng)干灰收集裝置使粉煤灰具有更大的用途。對(duì)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(guó)內(nèi)外試驗(yàn)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(chǎng)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(guó)粉煤灰綜合利用技術(shù)簡(jiǎn)述
粉煤灰作建筑材料
我國(guó)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(guó)家推廣的成熟技術(shù)。1998年我國(guó)墻體材料總量合折標(biāo)準(zhǔn)磚8600億塊，其中燒結(jié)粘土實(shí)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
2.粉煤灰生產(chǎn)蒸汽養(yǎng)護(hù)磚（簡(jiǎn)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(duì)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(hào)粉煤灰磚標(biāo)號(hào)，生產(chǎn)中總摻灰量達(dá)85%，以年產(chǎn)1000萬塊磚計(jì)，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(chǎng)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?dòng)成型，蒸汽養(yǎng)護(hù)而成。此工藝對(duì)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(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(xiàng)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(yáng)臺(tái)隔斷。具有較好的社會(huì)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。可以配制300號(hào)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(hào)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(zhǎng)江大橋公路橋道板，使用粉煤灰陶粒配制250~300號(hào)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(duì)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(xiàng)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(xiàng)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(yáng)市水泥廠利用沈陽(yáng)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(shí)，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(hào)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(hào)和425號(hào)R型粉煤灰硅酸鹽水泥。取得了年產(chǎn)利潤(rùn)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(hào)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(huì)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(yàn)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(shí)還能較大幅度地減少地表移動(dòng)值，粉煤灰充填采空區(qū)后對(duì)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(chǎng)地的緊張狀態(tài)，于1979年提出建設(shè)塌陷區(qū)試驗(yàn)排灰場(chǎng)，灰場(chǎng)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(jì)標(biāo)高后，于1982年10月覆土造田432畝，取得了較好的社會(huì)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(jià)，F(xiàn)粉煤灰已大量用于高等級(jí)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(guó)用減法提取氫氧化鋁常用高溫?zé)Y(jié)法（1300℃以上），我國(guó)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。可先經(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(shí)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(gè)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(jí)，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(jí)、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(guó)內(nèi)外均有成熟的工藝和經(jīng)驗(yàn)。
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(zhǎng)，活化土壤，提高作物根系對(duì)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(shí)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(duì)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(yàn)，證明對(duì)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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