爐渣和粉煤灰制備免燒磚的工藝設(shè)計(jì)及效益分析

孔德順，王魯鳳

（六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004）

貴州是我國(guó)南方重要的煤炭基地，其煤炭?jī)?chǔ)量居國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)的十四大煤炭基地之一--云貴煤炭基地之首，也是國(guó)家“西電東送”的主戰(zhàn)場(chǎng)之一，在向東部地區(qū)輸送大量電力的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的爐渣和粉煤灰等工業(yè)廢棄物，其中粉煤灰是燃煤電廠除塵器排出的細(xì)小顆?；覊m，爐渣燃煤鍋爐底部排出的廢棄物，這些廢棄物占用了大量的土地，還帶來生態(tài)等負(fù)面影響[1]。我國(guó)2017 年5 月頒布的《資源領(lǐng)域“十三五”科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》指出：要攻克大宗工業(yè)固體廢物循環(huán)利用技術(shù)，建立固體廢棄物資源循環(huán)利用技術(shù)體系。由于這些廢棄物的利用率低，所以制約了燃煤電廠的發(fā)展。

當(dāng)今，我國(guó)城市的建設(shè)也是日新月異，西南地區(qū)的城市建設(shè)也隨之進(jìn)入了新時(shí)代，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，城市建設(shè)所需的建材大量增加，其中墻體磚的需求量也大幅增加，但由于生產(chǎn)黏土磚需要消耗黏土，能耗大而逐漸被淘汰，而免燒磚多以工業(yè)廢棄物（爐渣、粉煤灰、水泥、河沙等）為主要原料制造[2]，不消耗黏土、無需燒結(jié)，成型后經(jīng)過養(yǎng)護(hù)即可達(dá)到建材行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所以使用電廠爐渣、粉煤灰為原料來制免燒磚，可以減輕電廠壓力，利國(guó)利民。

貴州某電廠每年產(chǎn)生超過150 萬噸的爐渣和粉煤灰，其中爐渣約50 萬噸。目前，尚無大規(guī)模利用的技術(shù)，主要的處理方式是堆放，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，該電廠排放的廢棄物不斷增加，不僅占用了大量土地，還耗費(fèi)巨額資金、污染環(huán)境，危害較大[3]。為此，本文對(duì)利用爐渣和粉煤灰制備免燒磚進(jìn)行了可行性分析。

1 爐渣、粉煤灰制磚技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 制燒結(jié)磚

利用電廠爐渣、粉煤灰等來生產(chǎn)燒結(jié)磚是常見的固體廢棄物綜合利用方法，隨著人們對(duì)環(huán)保問題的日益重視，對(duì)空氣質(zhì)量要求的日益提高，人們意識(shí)到爐渣、粉煤灰等廢棄物制造燒結(jié)磚帶來的二次污染問題，尤其是利用含硫高的電廠爐渣、粉煤灰，采用燒結(jié)工藝制磚比燒制普通黏土磚對(duì)大氣污染還嚴(yán)重，摻量越大，污染越嚴(yán)重[4]。

煙氣脫硫又增大了生產(chǎn)成本，因此，要避免粉煤灰/爐渣燒結(jié)磚燃燒時(shí)所排放硫氧化物對(duì)大氣的“二次污染”。

1.2 高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)免燒磚

粉煤灰及爐渣還有采用添加熟石灰、石膏來生產(chǎn)蒸壓粉煤灰磚的方法，該法雖比粉煤灰燒結(jié)磚在有害物排放方面下降了許多。但是，該技術(shù)需要在較高溫度下進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)[5]，生產(chǎn)蒸汽需要消耗燃料，這不符合低碳生態(tài)發(fā)展的要求。

1.3 存在的問題

上面的兩種利用方法，都存在二次污染的問題，所以，應(yīng)當(dāng)從源頭控制和減少污染，從而實(shí)現(xiàn)新型墻體材料可持續(xù)發(fā)展。為此，發(fā)展非燒結(jié)常壓常溫養(yǎng)護(hù)的爐渣燒結(jié)磚是一個(gè)節(jié)能環(huán)保的方法。

2 工藝路線的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)分析

2.1 工藝流程

該工藝以貴州某電廠的爐渣和粉煤灰為主要物料，經(jīng)脫水以后，配以水泥等輔料，經(jīng)陳化后加壓成型；常溫常壓養(yǎng)護(hù)后獲得免燒磚，具體的工藝流程如圖1 所示。

圖1 電廠爐渣和粉煤灰制備免燒磚的工藝流程

2.2 工藝特點(diǎn)

1）煤渣、粉煤灰和水泥按照一定的比例混合，使原料中的硅、鋁、鐵、鈣四大主量元素的含量滿足生產(chǎn)需求，本項(xiàng)目就是針對(duì)電廠廢渣和粉煤灰的特點(diǎn)進(jìn)行級(jí)配，達(dá)到節(jié)約配料，充分利用爐渣及粉煤灰的目的。

2）采用程序加壓進(jìn)行成型，以盡可能排出磚坯中的空氣、水分，有利于各種級(jí)配、各種顆粒間的交互搭接，使磚坯達(dá)到較高的均勻度、密實(shí)度和強(qiáng)度[6]。

3）成型后采用常溫常壓養(yǎng)護(hù)，氣溫較低時(shí)采取保溫措施，充分利用水泥硬化產(chǎn)生的熱量進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，促進(jìn)了水化反應(yīng)的進(jìn)行，無需蒸氣生產(chǎn)裝置，磚塊又不產(chǎn)生裂紋，提高了成品磚的品質(zhì)，增強(qiáng)了磚的強(qiáng)度，產(chǎn)品可以達(dá)到國(guó)家建材標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2542 砌墻磚試驗(yàn)方法）。

4）該工藝制備的磚，表面粗糙度適中，其具有較大的比表面積，其粘結(jié)性和施工穩(wěn)定性較好，在抹墻時(shí)，無需掛網(wǎng)，這提高了強(qiáng)度和效率且導(dǎo)致成本降低。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

目前該電廠的爐渣尚無開發(fā)利用的技術(shù)和手段，采用的處理方法是堆積，占用了土地，且造成生態(tài)等一系列問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，處置1 噸電廠廢棄物需要十余元的費(fèi)用，而開發(fā)這兩種工業(yè)廢渣，這不但降低了電廠的生產(chǎn)成本，而且為生產(chǎn)免燒磚提供了非常可靠的原料，也降低了制品的生產(chǎn)成本。

如果投資1500 萬元建設(shè)一個(gè)年產(chǎn)1 億塊標(biāo)磚的工廠，按爐渣、粉煤灰摻量70%～80%計(jì)，每年消耗爐渣量可達(dá)14 萬噸，可盈利500-600 萬元/年，3 年左右可以收回全部投資，可極大緩解電廠的爐渣及粉煤灰堆放問題；如果擴(kuò)大規(guī)模，可以實(shí)現(xiàn)該電廠爐渣的全消化，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

3.2 社會(huì)效益分析

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，廣大人民群眾收入水平大幅度增長(zhǎng)，消費(fèi)水平和消費(fèi)結(jié)構(gòu)有很大變化，推動(dòng)了城鎮(zhèn)化進(jìn)程，住宅產(chǎn)業(yè)化成為社會(huì)消費(fèi)結(jié)構(gòu)的亮點(diǎn)，這增加了墻材的市場(chǎng)需求[7]，2019 年，貴州省墻材的市場(chǎng)需求量將達(dá)到近270億標(biāo)塊。

所以，項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，對(duì)發(fā)電企業(yè)可以起到示范作用，也為節(jié)約資源、能源和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)找到了好的途徑，同時(shí)可以為社會(huì)提供更多的就業(yè)崗位，為構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)做出貢獻(xiàn)，其社會(huì)效益是顯而易見的。

3.3 環(huán)境效益分析

對(duì)發(fā)電廠產(chǎn)生的廢渣通過綜合開發(fā)、資源化利用轉(zhuǎn)化為具有高附加值的建材新產(chǎn)品，形成產(chǎn)業(yè)鏈有利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，變“末端治理”為“源削減”，減少了電廠廢渣外排對(duì)環(huán)境造成的污染，為實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)創(chuàng)造條件，且不產(chǎn)生二次廢物，環(huán)境效益顯著。

4 結(jié)語

綜上所述，利用粉煤灰和爐渣，制備節(jié)能節(jié)土的免燒磚代替實(shí)心粘土磚，符合《清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》的相關(guān)要求，將使電廠廢棄物得到大規(guī)模的消耗，使之變成高價(jià)值的產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益顯著，有利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)健康發(fā)展。