我國粉煤灰的基本性質(zhì)及綜合利用

我國粉煤灰的基本性質(zhì)及綜合利用

1灰色編年史1.1粉煤灰的排放與危害粉煤灰通常被稱為飛灰。它是指從熔爐（包括煤氣石和煤泥）中收集的粉末、爐底渣和在燃燒期間發(fā)生的脫硝渣。電廠燃煤鍋爐分煤粉爐、循環(huán)流化床鍋爐及液態(tài)排渣爐三大類型,煤質(zhì)不同所燒煤的粒度、燃燒溫度、爐內(nèi)停留時(shí)間均有不同,所產(chǎn)生的粉煤灰、爐渣比例、形態(tài)及物理和化學(xué)性質(zhì)均有較大的不同。截至2008年,我國粉煤灰年排放量已達(dá)3.95億t(歷年排放量見圖1),預(yù)計(jì)2010年粉煤灰年排放可達(dá)4億t以上,2015年粉煤灰年排放可達(dá)5.5億t左右。粉煤灰露天堆放不僅占用耕地,污染大氣,而且隨降水滲入地下則會(huì)污染水源。據(jù)國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn),粉煤灰滲入地下會(huì)造成水體pH升高,同時(shí)鉻、砷等重金屬含量大量超標(biāo),嚴(yán)重危害人類的生存環(huán)境。因此,了解粉煤灰的基本性質(zhì),進(jìn)行綜合利用,并不斷提高其利用率具有十分重要的社會(huì)意義。1.2粉煤灰顆粒的分類煤粉爐的粉煤灰是一種高度分散的微細(xì)顆粒集合體,按照粉煤灰顆粒形貌,可將粉煤灰顆粒分為3類:玻璃微珠、海綿狀玻璃體、炭粒。若按比重可分出飄珠、輕珠和沉珠。1.2.1粉煤灰的比表面積我國粉煤灰的平均容重為783kg/m3,平均密度為2.149g/cm3。在粉煤灰的形成過程中,由于表面張力作用,粉煤灰顆粒大部分為空心微珠,微珠表面凹凸不平,極不均勻,微孔較小;一部分因在熔融狀態(tài)下互相碰撞而連接成為表面粗糙、棱角較多的蜂窩狀粒子。正是基于此,粉煤灰具有非常大的比表面積,一般為1600cm2/g~3500cm2/g,需水量比約為106%。通常粉煤灰可以按照氧化鈣含量和凝膠性兩種方式進(jìn)行分類,具體情況見表1和表2。1.2.2粉煤灰的化學(xué)成分粉煤灰化學(xué)成分以二氧化硅和三氧化二鋁為主,其他成分為三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、三氧化硫及未燃盡有機(jī)質(zhì)(燒失量)。不同來源的煤和不同燃燒條件下產(chǎn)生的粉煤灰,其化學(xué)成分差別很大。表3是我國部分燃煤電廠粉煤灰化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果。循環(huán)流化床鍋爐灰和渣的氧化鈣、三氧化硫及灰的燒失量往往較煤粉爐的高,對其利用途徑產(chǎn)生了一定影響。1.3粉煤灰的綜合利用粉煤灰具有雙重性,既是燃煤鍋爐產(chǎn)生的廢棄物,又是可以利用的資源。我國粉煤灰的綜合利用經(jīng)歷了“以儲為主—儲用結(jié)合—以用為主”的3個(gè)階段。第一階段:儲灰場模式。新中國成立以來,我國粉煤灰的處置在一段時(shí)期內(nèi)延用建灰場儲灰方式,灰場滿了加高灰壩或另建儲灰場。第二階段:綜合利用起步和發(fā)展。粉煤灰在20世紀(jì)50年代已開始在建筑工程中作為混凝土、砂漿的摻和料,在建材工業(yè)中用來生產(chǎn)磚,在道路工程中作路面基層材料等,尤其在水電建設(shè)大壩工程中使用量較多。如50年代建設(shè)的三門峽大壩工程,在混凝土中共摻用煤灰3.3萬t,節(jié)約水泥2萬t,為我國粉煤灰在大壩混凝土中的利用打下良好的基礎(chǔ)。在20世紀(jì)60—70年代,粉煤灰利用重點(diǎn)轉(zhuǎn)向墻體材料,研制生產(chǎn)粉煤灰密實(shí)砌塊、墻板、粉煤灰燒結(jié)陶粒和粉煤灰黏土燒結(jié)磚等。第三階段:20世紀(jì)80年代以后,粉煤灰在建材、建工、筑路、回填、農(nóng)業(yè)等方面的綜合利用工作全面鋪開。同時(shí),80年代以后,國家在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)政策方面給予的鼓勵(lì)和支持力度逐年增加。截止到2008年,粉煤灰綜合利用率已經(jīng)達(dá)到了67%,并逐年提高。2關(guān)于碳灰粉的應(yīng)用2.1用于生產(chǎn)建筑材料2.1.1國內(nèi)粉煤灰水泥標(biāo)準(zhǔn)粉煤灰水泥為國內(nèi)主要水泥品種之一。我國從20世紀(jì)50年代就開始了粉煤灰生產(chǎn)水泥的研究,并取得一定成果。20世紀(jì)90年代初國內(nèi)就建成了粉煤灰水泥生產(chǎn)線。2007年11月9日頒布實(shí)施的國內(nèi)新的粉煤灰水泥標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》GB175—2007,使粉煤灰水泥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和國際接軌。利用粉煤灰做生產(chǎn)水泥的原料,其生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備與生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥相同,但要嚴(yán)格控制各種原料的摻入量比例。根據(jù)粉煤灰的摻量多少,可生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥(粉煤灰摻量≤15%)和粉煤灰水泥(粉煤灰摻量30%以上)。由于粉煤灰摻量增加,粉煤灰水泥與普通硅酸鹽水泥性能有所不同,主要是早期強(qiáng)度有所降低,另外在生產(chǎn)中對粉煤灰的均勻性要求嚴(yán)格。2.1.2導(dǎo)熱系數(shù)小的特點(diǎn)粉煤灰空心砌塊具有吃灰量大、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、能耗低的特點(diǎn)。它的性能與普通磚相比,強(qiáng)度相同,而質(zhì)量約輕20%;導(dǎo)熱系數(shù)小;能改善物理性質(zhì),磚坯不易風(fēng)裂,易于干燥,可減少晾坯時(shí)間和場地;其防滲性能、隔熱保溫性能、施工性能(韌性好便于開槽打洞)均優(yōu)于黏土磚,具有顯著的環(huán)境效益。2.1.3粉煤灰含土磚的量粉煤灰加氣混凝土是以粉煤灰為基本原料,粉煤灰摻量一般可達(dá)70%。粉煤灰加氣混凝土干容重只有500kg/m3,不到黏土磚的1/3;導(dǎo)熱率為黏土磚的1/5,具有輕質(zhì)、絕熱、耐火等優(yōu)良性能。2.1.4摻加燃料的膠凝粉煤灰燒結(jié)陶粒是以粉煤灰為主要原料,粉煤灰摻量約80%,摻加少量黏結(jié)劑和燃料,經(jīng)混合成球,高溫焙燒而制成。其特點(diǎn)是容重輕、強(qiáng)度高;保溫、隔熱、隔音、耐火;粉煤灰陶?？捎糜谏a(chǎn)粉煤灰陶粒砌塊、保溫輕質(zhì)混凝土、結(jié)構(gòu)輕質(zhì)混凝土等。2.1.5酶基因因子以下簡稱“1”生產(chǎn)粉煤灰硅酸鹽砌塊,粉煤灰摻量可達(dá)80%以上。粉煤灰空心砌塊是很有發(fā)展前途的墻體材料,空心質(zhì)輕、砌筑方便、生產(chǎn)方法簡單、成本低,是粉煤灰綜合利用的重要途徑。2.1.6粉煤灰在混凝土和砂漿中的用量控制粉煤灰、水泥、砂摻入少量外加劑可以配制砌筑、抹灰、粘面砂漿。由于砂漿在建筑工程中用量很大,為保證利用質(zhì)量,必須按照《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ28—1986)和《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(DG/TJ08—230—2006)等相關(guān)規(guī)定來實(shí)施。2.1.7粉煤灰的理化指標(biāo)利用粉煤灰配制混凝土,既可節(jié)省水泥又可改善混凝土的性能,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益,但對粉煤灰的理化指標(biāo)要求較高,要在細(xì)度、含水量、燒失量、三氧化硫含量上滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。用于水泥和混凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)見表4。2.2用碳灰粉建造道路和填充2.2.1路路堤、混凝土路面粉煤灰筑路包括作路面基層材料、代替黏土筑高速公路路堤、水泥混凝土路面。粉煤灰用于筑路是投資少、見效快的一種直接大用量利用粉煤灰的途徑。此種道路壽命長,維護(hù)少,可節(jié)約維護(hù)費(fèi)用30%以上。2.2.2粉煤灰填充利用的工藝把粉煤灰用于回填是粉煤灰利用的又一重要途徑。近幾年,回填用粉煤灰的興起大大減輕了電廠在粉煤灰方面的壓力,并使許多灰場的使用年限得以延長,保證了電廠的安全和穩(wěn)定生產(chǎn)。利用粉煤灰進(jìn)行回填一次性用灰量大,約占利用總量的15%;且不需任何技術(shù),方法簡單,主要包括用粉煤灰填充低洼地、池塘、荒地、荒山溝、取土坑、煤礦塌陷區(qū)、礦井、海涂及灰場復(fù)土造地等。粉煤灰回填后因其具有一定的水化活性,提高了保水穩(wěn)定性。雖然灰中有害成分可能會(huì)對地下水造成污染,但仍在國家規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)。2.3無砂混凝土主要目的是改良土壤,另外還可制作磁化肥、微生物復(fù)合肥等。農(nóng)業(yè)用的粉煤灰應(yīng)符合《農(nóng)用粉煤灰中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB8173—1987)的要求。粉煤灰含有植物生長需要的多種無機(jī)質(zhì),特別是SiO2含量高,如何提高可溶性硅含量是解決硅肥施用效果的關(guān)鍵,對此國內(nèi)已經(jīng)成功解決這個(gè)技術(shù)難題,實(shí)踐效果顯著。3取得這一成績的成績近年來,粉煤灰綜合利用領(lǐng)域的各項(xiàng)工作均取得了較好的成績,粉煤灰的綜合利用率已達(dá)到2008年排放量的67%,取得這一成績相當(dāng)不易。但我們也清醒地看到:我國粉煤灰綜合利用的產(chǎn)品還很單調(diào),利用層次也不高,與發(fā)到國家相比還有較大差距,要從根本上解決這一問題,關(guān)鍵是要以創(chuàng)新的意識和技術(shù)來促進(jìn)粉煤灰的綜合利用工作,重視新產(chǎn)品的開發(fā)和轉(zhuǎn)化,加大科研投入,研制出附加值大、技術(shù)含量高、市場前景好的產(chǎn)品。3.1粉煤灰排放量對比考慮到近年來中國電力的快速發(fā)展,預(yù)計(jì)2010年粉煤灰排放量為4億t以上,2015年粉煤灰排放量在5.5億t左右。未來粉煤灰的排放量預(yù)測見表5,這些預(yù)測是在國民生產(chǎn)總值、燃煤電廠發(fā)電量、供熱量和燃煤電廠總裝機(jī)容量以一個(gè)固定比例增長的前提下得出的初步結(jié)果。3.2粉煤灰原料利用目前國內(nèi)外對粉煤灰綜合利用的主要向3個(gè)方面發(fā)展,一是以粉煤灰為原料做建筑材料,應(yīng)用于建筑工程和道路工程等;二是以粉煤灰為原料做吸附材料、絮凝劑等,應(yīng)用于化工和環(huán)保方面;三是礦物質(zhì)和高附加值產(chǎn)品的提取應(yīng)用。3.2.1o的控制和o的控制開展粉煤灰用于混凝土工程的機(jī)理,高鈣粉煤灰中游離CaO的控制等研究;引用國際上先進(jìn)的“高標(biāo)號水泥+大產(chǎn)量粉煤灰+高效減水劑”的方法,發(fā)展高鈣粉煤灰作為混凝土摻和料的應(yīng)用技,逐步完善粉煤灰建材制品的配方和工藝等。3.2.2利用改性材料二氧化硅或者碳酸鈣等粉體材料是常用有機(jī)質(zhì)的改性材料,粉煤灰如果加以利用,完全可以作為改性材料使用。如粉煤灰在化工上用做催化載體、做防火材料、做農(nóng)業(yè)肥料等。同時(shí),粉煤灰作為吸附劑進(jìn)行廢水處理也進(jìn)行到了研究階段,部分技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)踐階段,是未來的一個(gè)發(fā)展趨勢。3.2.3中醫(yī)用量粉煤灰