我国粉煤灰行业技术进展及应用

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1、第三部分废弃物综合利用 1 1 9 我国粉煤灰行业技术进展及应用 中国建筑学会建材分会粉煤灰综合利用专业委员会 1 引言 粉煤灰是火力发电厂排放的固体废物，它是一定细度的煤粉在锅炉中燃烧( 1 1 0 0 1 5 0 0 ) 后，由除尘器收集到的粉状物质。粉煤灰粒细质轻、多孔松散、外观类似水泥，颜色 从乳白到灰黑，物性因燃煤成分、煤粉细度、燃烧条件等而异，产量为煤炭耗量的2 5 一 5 o ，主要由飞灰和底灰组成，其基本性质及典型成分如表l 、表2 所示。 表l 粉煤灰的基本性质 真密度堆积密度比表面积粒径孔隙率灰分可溶性盐理论热值表观热值 p H c l n 3g c m 3( m 2 g

2、)斗m( ) ( )( )( k J k g )( W k g ) 2 O 一2 40 5 1 OO 2 5 一O 5l 一3 0 06 0 7 51 1 1 28 0 一9 0O 1 6 _ 3 35 5 0 一8 0 03 0 0 一5 0 0 表2 粉煤灰的典型化学分析 成分 S i 0 2A 1 2 0 3 F e OC a o M g 。 N a 2 0K 2 0P 2 T i 0 2烧失量总计 含最 4 8 9 22 5 4 l8 0 33 0 41 0 2O 7 82 0 51 5 80 8 27 3 61 0 0 据有关资料显示，全世界煤的年总消耗量为4 2 2 6 亿t ，燃

3、煤电厂粉煤灰的年排放量 达2 9 亿t 。我国的煤年总消耗量约1 1 0 6 亿t ，2 0 0 2 年我国粉煤灰的年排放量达1 6 亿t 。 即使在电厂节能效率不断提高的情况下，到2 0 2 0 年，我国粉煤灰的年总排放量也将是现在 的3 倍左右，加上目前我国已有的2 0 亿t 粉煤灰累积堆存量，总的堆存量将会达到3 0 多亿 t 。大量的粉煤灰若不妥善处置，不仅会占用大片农田耕地，产生的扬尘严重污染大气，而 且在堆放地也会由于淋滤作用浸污地下水，其灰浆排放到江河湖泊，污染阻塞河道，直接影 响到水生物的生长，破坏生态平衡。为了消除粉煤灰的环境污染，提高其资源性再生利用 率，世界各国政府和专家

4、学者投入了大量的人力、物力，经过几十年的努力，在粉煤灰资源 化利用方面，已相继开发出粉煤灰利用的诸多领域。对工业废渣中排放量最大的粉煤灰进行 资源综合利用，实现可持续发展，具有十分重要的现实意义和深远的历史意义。 2 粉煤灰资源化利用的发展概况 早在1 9 1 4 年，美国A n o n 首次发现粉煤灰中的氧化物具有火山灰的特性。此后前苏联、 英国、美国、荷兰、日本等发达国家相继开始对粉煤灰的物理、化学特性，实践应用等课题 进行了研究和开发。目前，欧美发达国家粉煤灰的综合利用率基本达到5 0 以上，个别国 家达到9 0 以上，取得了较好的社会和经济效益。在工业发达国家把粉煤灰大量利用在高 1

5、2 0 建筑材料新进展及工程应用 速公路路堤、公路、机场和一坦大型T 程上。在加拿大最具特色的是把粉煤灰用来改造地 貌，如多伦多的桦树公园，是利用粉煤灰填筑在被废弃的采砂矿上形成的公园，占82 万 m 2 ，同填高度1 5 1 7 m 。利用粉煤灰生产建筑材料的主要品种有：粉煤扶水泥、粉煤灰烧结 砖、粉煤灰加气混凝土、人造轻集料、商品澎凝土和硅酸盐制品等。法国主要利用粉煤灰生 产水泥；前苏联是大量利用粉煤扶牛产烧结砖的国家波兰主要用来生产加气混凝土和烧结 砖；英国的粉煤灰陶粒已居该困各种轻集料的首位；澳大利亚将粉煤灰主要用作混凝土的掺 台料。之后，国外还开发r 许多粉煤灰建筑材料的新产品，如粉

6、煤灰矿棉、微晶玻璃、陶 瓷、新型胶凝材料等u - ，目前国外在粉煤灰方面的研究主要是制备地质聚台物34 。 我国粉煤灰研究开发利用始于2 0 世纪5 0 年 代，主要集中在水泥和混凝土应用开发试验研究， 并巳柱工程建1 5 中广为应用。我同粉煤灰5 0 排 人灰厂堆存，l o 直接注入江河湖泊，综合利用 牢为3 0 4 5 ，其综合利用领域已慢慢扩展到 建材、交通、化J ：= 、矿山、水利、农业等1 0 多个 行业我国粉煤灰具体综合利用情况见| 生| 1 ”。 但与西打发达国家相比，我尉粉煤灰利用率 还较低综合利用的技术层也不高，某些戈键技 术还不成熟，没有能够推广成用。因此加大对我 例l我闻

7、粉煤灰综合利用情况 国粉煤灰的资源化利用，使综台利用技术实现“以储为主”向“以用为主”的方式过渡， 以大用灰量项日的推广麻用和高新技术丌发应用相结合逐步实现粉煤肌丁程化，产业化发展 格局对我国具有茕要的紧迫的环保和经济意义。 3 国内外技术现状及发展趋势 3 1 国内粉煤灰资源化利用技术现状以厦发展趋势 31l 粉煤友在建材领域的应用 ( 1 ) 粉煤灰水泥 粉煤灰 有和黏土类似的化学成分，可以代替黏土生产水泥。匿外从2 0I | j = 纪5 0 年代就 开始生产粉煤灰水泥，技术和经验郝很成熟。 采用“两高i 分超细法”新工艺生产早强型粉煤灰硅酸盐水泥技术是现今工艺最合理， 技术最成熟的粉煤

8、灰水泥生产技术。它的特点是： 成功地解决了粉煤灰水泥早期强度低，凝结时间长的问题； 采用新工艺，粉煤灰掺量高达4 0 效益显著； 使熟料高强，快凝，从技术上来说是一个突破； 解决了取代塑性生料同样烧出优质熟料的重大问题； 采用干法排灰，粉煤灰分别堆放均化和使用高细粉磨是“丽高三分超细法”的重大 技术措施。 采用新工艺生产早强粉煤灰硅酸盐水泥，吨水泥利用灰渣4 0 5 0 ( 用作混合材 第三部分废弃物综合利用 1 2 1 3 0 一3 5 ，代替黏土料1 0 左右) ，若建一条2 0 万年生产线，年可创产值4 0 0 0 多万 元，利税5 0 0 多万元，利用粉煤灰1 2 万t 。经济效益、社

9、会效益和环境效益都十分可观。 最新研究报道I K u l a a 旧。等利用粉煤灰、粗硼砂矿石废料、煤底灰作为波特兰水泥中的 替代原料，F c 锄p o l a t “ 1 等在水泥中添加粉煤灰、沸石、煤底灰作为其组分，采用适当原料 配比制成的水泥性能都较为优越。迸一步研究发现，如果粉煤灰在水泥中达到1 5 的量， 初凝时间将推迟l h ，终凝推迟1 5 h 。当达到3 0 时，初凝时间推迟3 h ，终凝推迟3 5 h ，而 且初、终凝过程也要增加3 0 m i n 到l h 。 ( 2 ) 粉煤灰加气混凝土 粉煤灰加气混凝土的主要原料为粉煤灰，用量7 0 左右，其他为石灰、水泥、石膏、 发气

10、剂等，原材料经过加工、配料、搅拌、浇筑，发气稠化、切割、蒸压养护等工序制成。 加气混凝土产品有粉煤灰加气混凝土砌块和粉煤灰加气混凝土屋面板。粉煤灰加气混凝土砌 块主要性能包括：表观密度5 0 0 6 0 0 k g m 3 ；出釜抗压强度平均值3 5 M P a ，最小值 2 8 M P a ；干燥收缩值温度5 0 l 、相对湿度2 8 3 2 条件下，测定0 8 m n m ；抗冻 性D 1 5 重量损失5 ，强度损失2 0 。粉煤灰加气混凝土屋面板的主要技术指标包括： 板材表观密度5 0 0 6 0 0 k g m 3 ；出釜强度4 0 M P a ；板材安全系数 3 ；板材挠度l 4 0

11、 0 ； 热惰性 5 ；热阻1 2 2 m 2 K W ；屋面抗震达到八度设防要求。 随着高层建筑的增多，建筑节能规范的实施等，促进了以粉煤灰为主要原材料的加气混 凝土的发展，一些新的科研成果和技术也随之推广采用，如加气混凝土原材料的混磨、掺人 外加剂、坯体切割前的热室静停，一日两周转的养护工艺，板材生产中采用“u ”形配筋结 构和设置预埋铁等，提高了加气混凝土制品的性能。同时，包括适用不同规模的切割机在内 的装备技术，已经配套和较完善，支持了加气混凝土的发展。 采用水泥量不高、粉煤灰和外加剂( 高效减水剂、普通减水剂、引气型外加剂) 掺量 较大，以适宜的配合比制备早期强度较高、后期强度发展幅

12、度大、收缩小、渗透性很强的加 气混凝土，代表着今后水泥混凝土路面材料的发展方向。 ( 3 ) 粉煤灰混凝土小型空心砌块 混凝土砌块包括普通混凝土砌块、轻集料混凝土砌块和粉煤灰混凝土砌块等，被认为是 黏土砖的最理想的替代产品，近些年来发展很快，我国已制订了普通混凝土砌块和轻集料混 凝土砌块的国家标准。 生产粉煤灰混凝土砌块的主要原料为粉煤灰、集料、水泥等，原料经计量配料、搅拌、 成型、养护等工序制成。在普通混凝土砌块和轻集料混凝土砌块中，也可掺人粉煤灰，但作 为掺合料加入。而在粉煤灰混凝土砌块中，粉煤灰既是掺合料又是细集料，掺量较高，因而 性能与前两种砌块也有所不同。 当前，生产粉煤灰混凝土砌块

13、的厂家已较多，大多为国产设备生产线，也有引进的生产 线。目前，国内一些粉煤灰建材企业要求国家制订粉煤灰混凝土砌块行业标准。一般认为粉 煤灰混凝土砌块中粉煤灰的用量应不小于3 0 ，制品的性能应包括抗压强度、吸水率、抗 冻性、碳化系数、软化系数、干燥收缩值等项，根据前期初步试验，各项性能指标为：抗压 强度2 5 1 0 O M P a ；吸水率按强度等级不同而有所不同；抗冻性D 2 5 合格；碳化系数 0 8 ；软化系数0 7 5 ；干燥收缩依强度等级不同而有所不同。 1 2 2 建筑材料新进展及工程应用 ( 4 ) 水泥粉煤灰膨胀珍珠岩混凝土保温砌块 顾名思义，这是以水泥作胶结料，粉煤灰既作胶

14、结料又作细集料，膨胀珍珠岩作轻集料 制成的砌块。其生产流程是：粉煤灰、膨胀珍珠岩和水泥按配合比例计量并进行预混合均匀 后，将水加入进行搅拌，然后砌块成型机成型、脱模、养护至规定龄期即为成品。生产过程 中，原材料的计量，因膨胀珍珠岩的密度和含水率波动较大，宜数袋珍珠岩经混合后，采用 体积计量，其他材料则按重量计量。搅拌应保证物料混合均匀，搅拌时间过长会使珍珠岩破 碎，因此，要严格控制搅拌时间。 成型是决定砌块密度和强度的关键，应按要求密度控制加料量和加压振动时间。砌块脱 模后，连同托板一起放在养护场养护，根据气候条件和水泥品种确定脱板时间，然后码垛并 覆盖继续养护，出厂前1 0 d 不再洒水。珍

15、珠岩砌块的特点是质量轻、保温性能好，且有一定 的强度。影响密度与强度的因素有：珍珠岩的掺量、粉煤灰与水泥的比例，以及生产过程的 控制。为了提高砌块强度，还可加入适量的外加剂。其性能是：材料密度7 7 0 k g m 3 ；材料 导热系数0 1 7 6 砚( m K ) ；抗压强度2 0 5 M P a ；空心率4 2 ；吸水率3 2 3 。砌块保温 效果( 尺寸3 9 0 m m 1 9 0 m m 1 9 0 m m ) 相当于4 1 0 m m 厚的黏土砖墙。 ( 5 ) 粉煤灰砖 我国目前大量推广粉煤灰制砖技术项目，用粉煤灰制砖工艺简单，建厂速度快，吃灰量 大。粉煤灰制砖与普通砖的性能相

16、比，其强度相同，但重量约轻2 0 ，导热系数小，能改善物 理性质，降低能耗，节约能源。河南省洛阳热电厂粉煤灰砖已在全国推广，市场上广受欢迎。 目前生产粉煤灰砖有三种方式：以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和集料， 经坯料制备，压制成型，高压或常压蒸汽养护而成的粉煤灰砖；以粉煤灰为主，采用水泥 为主要胶结料，经坯料制备，压制成型，常压蒸汽养护或自然养护而制成的粉煤灰砖；利 用8 5 9 0 的粉煤灰与部分添加剂为主要原料，经搅拌、半硬成型挤出或半干压成型砖 坯，然后烧结而成的无黏土烧结粉煤灰砖。无黏土烧结粉煤灰砖打破了国内外烧结砖中最多 掺6 0 粉煤灰的界限。 以石灰和石膏为胶结料和以水泥为胶结料的粉煤灰砖，其性能指标主要为：抗压强度 1 0 O M P a ；抗折强度2 5 M P a ；抗