粉煤灰綜合利用技術(shù)的分析研究

宋頔

摘 要：近年來循環(huán)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)，使得國家加大了對于資源的利用效率的重視。粉煤灰這類固體廢棄物隨著發(fā)電量的增大而呈現(xiàn)了逐年增加的趨勢，必須加大對其的利用力度，以避免資源的浪費(fèi)。論文作者長期工作在粉煤灰綜合利用技術(shù)的實(shí)踐當(dāng)中，對于粉煤灰的成分的提取及其在建筑材料中的應(yīng)用頗有研究心得。論文主要是對當(dāng)前我國粉煤灰綜合利用技術(shù)的應(yīng)用做全面的分析總結(jié)，給粉煤灰綜合利用提供參考。

關(guān)鍵詞：電廠；粉煤灰；綜合利用

中圖分類號(hào)：X701.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

燃煤發(fā)電廠在發(fā)電過程中所產(chǎn)生的固體廢物主要就是粉煤灰。一般都是通過煤燃燒后的煙氣進(jìn)行沉淀再進(jìn)行收集到的細(xì)粉，其主要成分為金屬氧化物和碳。含碳量較少的粉煤灰呈現(xiàn)為灰色，含碳量比較高的表現(xiàn)為黑色并且其粒徑粗比較大。國家對于粉煤灰的綜合利用向來比較重視，國家相關(guān)部委還專門出臺(tái)《粉煤灰綜合利用管理辦法》來指導(dǎo)其開發(fā)利用。對于需要進(jìn)行擴(kuò)大規(guī)?；蚴切陆ǖ娜济弘姀S，都需要在其項(xiàng)目報(bào)告中對于粉煤灰綜合利用給出明確的方案，并要求其嚴(yán)格執(zhí)行。能源消耗量的增加，加速了電力工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也導(dǎo)致了粉煤灰產(chǎn)量的增加，這對環(huán)境的污染加劇，需要著重考慮粉煤灰的綜合利用工作。

1 燃煤電廠粉煤灰利用現(xiàn)狀分析

我國的能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主，粉煤灰是燃煤的廢棄物，是可以利用的資源。隨著電力、冶金、建材、化工、機(jī)電等工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰的排放量日益增多，不充分利用，就要大量投資修建儲(chǔ)灰場，占用農(nóng)田、污染環(huán)境。當(dāng)前我國對粉煤灰的利用十分重視，從20世紀(jì)80年代開始就廣泛地被應(yīng)用于建材、農(nóng)業(yè)、分選等各個(gè)行業(yè)當(dāng)中。建材行業(yè)是粉煤灰的利用大戶，主要用于燒磚、水泥、陶粒、砌塊和加氣混凝土。粉煤灰燒結(jié)磚，摻灰量可達(dá)20%～70%，可以改善磚的使用性能，同時(shí)可以降低其生產(chǎn)成本，增加市場競爭力。在建筑當(dāng)中，主要是用于配置混凝土用于建筑材料當(dāng)中使用。大壩碾壓混凝土，粉煤灰的摻入量已達(dá)60%左右，在水電站工程中采用，取得了施工速度快、工程優(yōu)質(zhì)、節(jié)約水泥的綜合效益。農(nóng)業(yè)用途主要是在于回填造地，包括一些采煤塌陷區(qū)及相關(guān)山谷等。另外用于土木建筑工程上也有很大的用途，能提高道路質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，節(jié)約投資。

當(dāng)前我國包括燃煤電廠在內(nèi)一共產(chǎn)生的粉煤灰的數(shù)量巨大，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明2015年我國共產(chǎn)生粉煤灰6.3億噸，預(yù)測在經(jīng)給的時(shí)間內(nèi)，粉煤灰的數(shù)量是表現(xiàn)為增長的趨勢，到2020年將預(yù)計(jì)達(dá)到9.2億噸。因此應(yīng)該怎么樣加快對粉煤灰資源的綜合利用已引起了人們的關(guān)注，也成為科技工作者的熱點(diǎn)問題。我國各地方政府也比較重要粉煤灰的綜合利用工作，上海市對于粉煤灰的綜合利用在全國處于領(lǐng)先地位，多年來都超過100%位居全國第一。其對粉煤灰的綜合利用取得了良好的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益。但是對于其經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)省份及城市的粉煤灰就不盡人意了。遼寧本溪的本鋼，其對粉煤灰的利用就比較差，從而造成了粉煤灰嚴(yán)重污染。貴州省對于煤炭的消耗量也非常大，產(chǎn)生的上千萬噸的粉煤灰卻無法得到有效的利用從而造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。

2 粉煤灰的處理及綜合利用措施

2.1 粉煤灰作水泥混合材料

粉煤灰其化學(xué)成分決定了其能與石灰等堿性激發(fā)劑發(fā)生反應(yīng)，從而用來生產(chǎn)水泥的活性混合材料。許多國家都制定了用作水泥混合材料的粉煤灰品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。粉煤灰水泥中粉煤灰的摻量一般控制在20%～40%為宜，過量的話就會(huì)降低水泥的強(qiáng)度。在進(jìn)行摻量時(shí)粉煤灰與水泥熟料的混合方法有兩種：第一，將粗粉煤灰提前進(jìn)行磨細(xì)，然后與波特蘭水泥進(jìn)行混合；第二，可以將粗粉煤灰、熟料和石膏混在一起然后同時(shí)時(shí)空行粉磨，具體方法視現(xiàn)場的工作情況而定。

2.2 粉煤灰生產(chǎn)低溫合成水泥

粉煤灰可以用來生產(chǎn)低溫合成水泥，生產(chǎn)工藝過程如下：第一步是石灰與少量晶種粉磨后與一定比例的粉煤灰混合均勻。配合料中石灰的加入量以石灰和粉煤灰中所含的有效氧化鈣含量計(jì)算以（22±2）%為宜。有效氧化鈣含量過低時(shí)會(huì)造成水泥強(qiáng)度下降；過高化學(xué)反應(yīng)不完會(huì)也會(huì)起到反作用來降低水泥的強(qiáng)度。這時(shí)可以在蒸汽養(yǎng)護(hù)過程中加入一定量2%左右的蒸汽物料的晶種達(dá)到提高水泥強(qiáng)度的目的。第二步是石灰、粉煤灰混合料加水成型，進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)。第三步是將蒸汽養(yǎng)護(hù)物料在適宜溫度下煅燒一定的時(shí)間，通?？刂迫紵郎囟仍?00℃～800℃為宜，煅燒時(shí)間要根據(jù)蒸汽物料的形狀、尺寸、含碳量以及煅燒設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)而定。第四步是將煅燒好的物料加入適量石膏，共同研磨成水泥。低溫合成水泥具有塊硬、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，應(yīng)用面非常廣，在當(dāng)前已實(shí)現(xiàn)了很好的推廣和應(yīng)用。

2.3 粉煤灰制作無熟料水泥

用粉煤灰制作無熟料水泥包括石灰粉煤灰水泥和純粉煤灰水泥。其主要用于制造大型墻板、砌塊和水泥瓦等；適用于農(nóng)田水利基本建設(shè)和底層的民用建筑工程，如基礎(chǔ)墊層、砌筑砂漿等。純粉煤灰水泥是指在燃煤發(fā)電的火力發(fā)電廠中，采用爐內(nèi)增鈣的方法而獲得的一種具有水硬性能的凝膠材料。該水泥可用于配置砂漿和混凝土，適用于地上、地下的一般建筑物的使用，同時(shí)相應(yīng)的一些小小型水利工程也可以使用，這樣其應(yīng)用面也非常廣，開發(fā)的前景不錯(cuò)。

2.4 粉煤灰中提取氧化鋁

粉煤灰當(dāng)中還有大量的鋁元素，其以氧化鋁的形式存在。在“十二五”粉煤灰綜合利用項(xiàng)目當(dāng)中，最重要的就是推進(jìn)氧化鋁提取技術(shù)的研究和發(fā)展及其相關(guān)的配套項(xiàng)目的建設(shè)。最早開始氧化鋁提取技術(shù)研究的是清華大學(xué)，2004年清華大學(xué)與大唐集團(tuán)聯(lián)合自主研發(fā)了高鋁粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)，經(jīng)過5年的技術(shù)攻關(guān)當(dāng)前已掌握了其工業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前該項(xiàng)目已成功的實(shí)施，其技術(shù)成果已得到了認(rèn)可。中煤平朔集團(tuán)與東北大學(xué)、天津大學(xué)等多家高等院校合作，采取了一種先提硅、再提鋁、聯(lián)產(chǎn)水泥的方法，該法在常壓低溫提硅后，使粉煤灰的鋁硅比基本達(dá)到了高硅鋁礦的成分水平，添加一定量的石灰或石灰石煅燒，其產(chǎn)物可直接用拜耳法生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁，生產(chǎn)氧化鋁后的殘?jiān)s總灰量的20%～30%）用于生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)水泥，基本上做到了零排放。是一種簡便易行、附加值很高的工業(yè)化、精細(xì)化綜合利用粉煤灰類資源的方法，該方法獲得多項(xiàng)國際專利及國家專利。神華集團(tuán)與吉林大學(xué)合作，針對內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾礦區(qū)流化床高鋁粉煤灰中氧化鋁的提取進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，成功的實(shí)施了工業(yè)級(jí)的氧化鋁提取工藝。當(dāng)前神華集團(tuán)“年產(chǎn)100萬t氧化鋁及綜合利用工業(yè)化示范廠”已成功地運(yùn)行了數(shù)年，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 粉煤灰綜合利用技術(shù)的發(fā)展趨勢

根據(jù)我國相關(guān)的政策規(guī)定，粉煤灰的綜合利用工作應(yīng)該在當(dāng)前的基礎(chǔ)上加大對于粉煤灰加氣混凝土、蒸壓磚、陶粒等建筑材料的應(yīng)用。另外還需要加大對于高鋁粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)的大量產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的應(yīng)用及推廣。對于耗煤的內(nèi)陸大省，必須積極地提高粉煤灰綜合利用水平，減少其對環(huán)境的污染。

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