我国粉煤灰的基本性质及综合利用

我国粉煤灰的基本性质及综合利用

1灰色编年史1.1粉煤灰的排放与危害粉煤灰通常被称为飞灰。它是指从熔炉（包括煤气石和煤泥）中收集的粉末、炉底渣和在燃烧期间发生的脱硝渣。电厂燃煤锅炉分煤粉炉、循环流化床锅炉及液态排渣炉三大类型,煤质不同所烧煤的粒度、燃烧温度、炉内停留时间均有不同,所产生的粉煤灰、炉渣比例、形态及物理和化学性质均有较大的不同。截至2008年,我国粉煤灰年排放量已达3.95亿t(历年排放量见图1),预计2010年粉煤灰年排放可达4亿t以上,2015年粉煤灰年排放可达5.5亿t左右。粉煤灰露天堆放不仅占用耕地,污染大气,而且随降水渗入地下则会污染水源。据国内外研究发现,粉煤灰渗入地下会造成水体pH升高,同时铬、砷等重金属含量大量超标,严重危害人类的生存环境。因此,了解粉煤灰的基本性质,进行综合利用,并不断提高其利用率具有十分重要的社会意义。1.2粉煤灰颗粒的分类煤粉炉的粉煤灰是一种高度分散的微细颗粒集合体,按照粉煤灰颗粒形貌,可将粉煤灰颗粒分为3类:玻璃微珠、海绵状玻璃体、炭粒。若按比重可分出飘珠、轻珠和沉珠。1.2.1粉煤灰的比表面积我国粉煤灰的平均容重为783kg/m3,平均密度为2.149g/cm3。在粉煤灰的形成过程中,由于表面张力作用,粉煤灰颗粒大部分为空心微珠,微珠表面凹凸不平,极不均匀,微孔较小;一部分因在熔融状态下互相碰撞而连接成为表面粗糙、棱角较多的蜂窝状粒子。正是基于此,粉煤灰具有非常大的比表面积,一般为1600cm2/g~3500cm2/g,需水量比约为106%。通常粉煤灰可以按照氧化钙含量和凝胶性两种方式进行分类,具体情况见表1和表2。1.2.2粉煤灰的化学成分粉煤灰化学成分以二氧化硅和三氧化二铝为主,其他成分为三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质(烧失量)。不同来源的煤和不同燃烧条件下产生的粉煤灰,其化学成分差别很大。表3是我国部分燃煤电厂粉煤灰化学成分统计结果。循环流化床锅炉灰和渣的氧化钙、三氧化硫及灰的烧失量往往较煤粉炉的高,对其利用途径产生了一定影响。1.3粉煤灰的综合利用粉煤灰具有双重性,既是燃煤锅炉产生的废弃物,又是可以利用的资源。我国粉煤灰的综合利用经历了“以储为主—储用结合—以用为主”的3个阶段。第一阶段:储灰场模式。新中国成立以来,我国粉煤灰的处置在一段时期内延用建灰场储灰方式,灰场满了加高灰坝或另建储灰场。第二阶段:综合利用起步和发展。粉煤灰在20世纪50年代已开始在建筑工程中作为混凝土、砂浆的掺和料,在建材工业中用来生产砖,在道路工程中作路面基层材料等,尤其在水电建设大坝工程中使用量较多。如50年代建设的三门峡大坝工程,在混凝土中共掺用煤灰3.3万t,节约水泥2万t,为我国粉煤灰在大坝混凝土中的利用打下良好的基础。在20世纪60—70年代,粉煤灰利用重点转向墙体材料,研制生产粉煤灰密实砌块、墙板、粉煤灰烧结陶粒和粉煤灰黏土烧结砖等。第三阶段:20世纪80年代以后,粉煤灰在建材、建工、筑路、回填、农业等方面的综合利用工作全面铺开。同时,80年代以后,国家在经济和技术政策方面给予的鼓励和支持力度逐年增加。截止到2008年,粉煤灰综合利用率已经达到了67%,并逐年提高。2关于碳灰粉的应用2.1用于生产建筑材料2.1.1国内粉煤灰水泥标准粉煤灰水泥为国内主要水泥品种之一。我国从20世纪50年代就开始了粉煤灰生产水泥的研究,并取得一定成果。20世纪90年代初国内就建成了粉煤灰水泥生产线。2007年11月9日颁布实施的国内新的粉煤灰水泥标准《通用硅酸盐水泥》GB175—2007,使粉煤灰水泥技术标准和国际接轨。利用粉煤灰做生产水泥的原料,其生产工艺和技术装备与生产普通硅酸盐水泥相同,但要严格控制各种原料的掺入量比例。根据粉煤灰的掺量多少,可生产普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥(粉煤灰掺量≤15%)和粉煤灰水泥(粉煤灰掺量30%以上)。由于粉煤灰掺量增加,粉煤灰水泥与普通硅酸盐水泥性能有所不同,主要是早期强度有所降低,另外在生产中对粉煤灰的均匀性要求严格。2.1.2导热系数小的特点粉煤灰空心砌块具有吃灰量大、质量轻、强度高、能耗低的特点。它的性能与普通砖相比,强度相同,而质量约轻20%;导热系数小;能改善物理性质,砖坯不易风裂,易于干燥,可减少晾坯时间和场地;其防渗性能、隔热保温性能、施工性能(韧性好便于开槽打洞)均优于黏土砖,具有显著的环境效益。2.1.3粉煤灰含土砖的量粉煤灰加气混凝土是以粉煤灰为基本原料,粉煤灰掺量一般可达70%。粉煤灰加气混凝土干容重只有500kg/m3,不到黏土砖的1/3;导热率为黏土砖的1/5,具有轻质、绝热、耐火等优良性能。2.1.4掺加燃料的胶凝粉煤灰烧结陶粒是以粉煤灰为主要原料,粉煤灰掺量约80%,掺加少量黏结剂和燃料,经混合成球,高温焙烧而制成。其特点是容重轻、强度高;保温、隔热、隔音、耐火;粉煤灰陶粒可用于生产粉煤灰陶粒砌块、保温轻质混凝土、结构轻质混凝土等。2.1.5酶基因因子以下简称“1”生产粉煤灰硅酸盐砌块,粉煤灰掺量可达80%以上。粉煤灰空心砌块是很有发展前途的墙体材料,空心质轻、砌筑方便、生产方法简单、成本低,是粉煤灰综合利用的重要途径。2.1.6粉煤灰在混凝土和砂浆中的用量控制粉煤灰、水泥、砂掺入少量外加剂可以配制砌筑、抹灰、粘面砂浆。由于砂浆在建筑工程中用量很大,为保证利用质量,必须按照《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》(JGJ28—1986)和《粉煤灰混凝土应用技术规程》(DG/TJ08—230—2006)等相关规定来实施。2.1.7粉煤灰的理化指标利用粉煤灰配制混凝土,既可节省水泥又可改善混凝土的性能,具有较高的经济效益,但对粉煤灰的理化指标要求较高,要在细度、含水量、烧失量、三氧化硫含量上满足标准要求。用于水泥和混凝土中的粉煤灰标准见表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层材料、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资少、见效快的一种直接大用量利用粉煤灰的途径。此种道路寿命长,维护少,可节约维护费用30%以上。2.2.2粉煤灰填充利用的工艺把粉煤灰用于回填是粉煤灰利用的又一重要途径。近几年,回填用粉煤灰的兴起大大减轻了电厂在粉煤灰方面的压力,并使许多灰场的使用年限得以延长,保证了电厂的安全和稳定生产。利用粉煤灰进行回填一次性用灰量大,约占利用总量的15%;且不需任何技术,方法简单,主要包括用粉煤灰填充低洼地、池塘、荒地、荒山沟、取土坑、煤矿塌陷区、矿井、海涂及灰场复土造地等。粉煤灰回填后因其具有一定的水化活性,提高了保水稳定性。虽然灰中有害成分可能会对地下水造成污染,但仍在国家规定的指标范围内。2.3无砂混凝土主要目的是改良土壤,另外还可制作磁化肥、微生物复合肥等。农业用的粉煤灰应符合《农用粉煤灰中污染物控制标准》(GB8173—1987)的要求。粉煤灰含有植物生长需要的多种无机质,特别是SiO2含量高,如何提高可溶性硅含量是解决硅肥施用效果的关键,对此国内已经成功解决这个技术难题,实践效果显著。3取得这一成绩的成绩近年来,粉煤灰综合利用领域的各项工作均取得了较好的成绩,粉煤灰的综合利用率已达到2008年排放量的67%,取得这一成绩相当不易。但我们也清醒地看到:我国粉煤灰综合利用的产品还很单调,利用层次也不高,与发到国家相比还有较大差距,要从根本上解决这一问题,关键是要以创新的意识和技术来促进粉煤灰的综合利用工作,重视新产品的开发和转化,加大科研投入,研制出附加值大、技术含量高、市场前景好的产品。3.1粉煤灰排放量对比考虑到近年来中国电力的快速发展,预计2010年粉煤灰排放量为4亿t以上,2015年粉煤灰排放量在5.5亿t左右。未来粉煤灰的排放量预测见表5,这些预测是在国民生产总值、燃煤电厂发电量、供热量和燃煤电厂总装机容量以一个固定比例增长的前提下得出的初步结果。3.2粉煤灰原料利用目前国内外对粉煤灰综合利用的主要向3个方面发展,一是以粉煤灰为原料做建筑材料,应用于建筑工程和道路工程等;二是以粉煤灰为原料做吸附材料、絮凝剂等,应用于化工和环保方面;三是矿物质和高附加值产品的提取应用。3.2.1o的控制和o的控制开展粉煤灰用于混凝土工程的机理,高钙粉煤灰中游离CaO的控制等研究;引用国际上先进的“高标号水泥+大产量粉煤灰+高效减水剂”的方法,发展高钙粉煤灰作为混凝土掺和料的应用技,逐步完善粉煤灰建材制品的配方和工艺等。3.2.2利用改性材料二氧化硅或者碳酸钙等粉体材料是常用有机质的改性材料,粉煤灰如果加以利用,完全可以作为改性材料使用。如粉煤灰在化工上用做催化载体、做防火材料、做农业肥料等。同时,粉煤灰作为吸附剂进行废水处理也进行到了研究阶段,部分技术已经进入生产实践阶段,是未来的一个发展趋势。3.2.3中医用量粉煤灰