粉煤灰的性质及其资源化利用剖析

《粉煤灰的性质及其资源化利用剖析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粉煤灰的性质及其资源化利用剖析（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、粉煤灰的性质及 其资源化利用 粉煤灰的定粉煤灰的定义义及及产产生生 n(GBT15962005)用于水泥和混凝土中的粉煤灰中定义义： 电电厂煤粉炉烟道气中收集的粉末称为为粉煤灰。 n粉煤灰主要产生于燃煤电厂。煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，燃煤 中的绝大部分可燃物都能在炉内烧尽，而不燃物(主要为灰分)大量混 杂在高温烟气中，这些不燃物因受到高温作用而部分熔融，同时由于 其表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒，在锅炉尾部引风机 的抽气作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾，随着从高温到温度急 剧下降的过程中形成了大量表面光滑的球状玻璃体,其颗粒比水泥细, 比表面积很大,因此具有很强的活性。在引风机将烟

2、气排入大气之前 ，上述这些细小的球形颗粒，经过 除尘器被分离、收集，即形成粉 煤灰。 制粉锅炉煤仓输煤卸煤 进煤 高压加热器 除氧器 低压加热器 凝结水泵 凝汽器 汽轮机 化学水处理 升压变压器 发电机 变压器 锅炉除尘器 冷却塔 蒸汽循环水 泵 烟囱 综合利用出灰 灰浆泵 送风 排烟 补充水 去电网 去灰场 新蒸汽 进水 1 燃煤电电厂发电发电流程 2 2 粉煤灰粉煤灰对环对环 境的影境的影响响 n2010年9月15日, 世界绿色 和平组织发 布调研报告称 “火力发电产 生的粉煤灰排 放，已经成为中国工业固体 废物的最大单一污染源，但 这种对环 境和公众健康损害 巨大的污染物却长期被忽视 。

3、2009年，中国粉煤灰产量 达到了3.75亿吨，相当于当 年中国城市生活垃圾总量的 两倍多，其体积可达到4.24 亿立方米。 2 2 粉煤灰粉煤灰对环对环 境的影响和危害境的影响和危害 2.1 污染水源 n目前,国内对粉煤灰的大批量处理 主要是回填,而回填带来的主要问 题是粉煤灰潜在的毒性对环境的 长期影响,从而对地下水、土壤造 成污染。粉煤灰浸出的一些微量 重金属元素也会对环境造成影响 。同时由于浸出的元素的环境迁 移性,会对环境造成潜在的长期影 响。 2 2 粉煤灰粉煤灰对环对环 境的影响和危害境的影响和危害 2.2 污染大气 n一般来讲,对于粉煤灰的处 理主要是回填和储灰池存储 。电厂粉

4、煤灰属于固体废物 中细粒,粉尘随风飞扬 ,污染 大气。一些城区SO2、NOX 能达到国家空气质量二级标 准,但总悬 浮物和降尘这 两 项污 染物均超标,尤其是降 尘污 染较重。 2 2 粉煤灰粉煤灰对环对环 境的影响和危害境的影响和危害 2.3占用土地、污染土壤 n粉煤灰的贮放方式可分为湿法贮灰与 干法贮灰两种。湿法贮灰运行简单、 费用低,无噪声污染,输送过程的扬灰污 染较易解决。但贮灰场的一次投资较 高,解决渗漏与水质污染问题比较困难, 灰场贮满 后场地的利用较困难,存在着 灰浆漏失或溃坝的危险。我国粉煤灰 的存储量大,其堆放占用大量土地,而且 遇水容易使粉煤灰中的元素渗透到土壤 ,污染环境

5、。 3 3 国内外粉煤灰国内外粉煤灰综综合利用概述合利用概述 3.1 国外粉煤灰利用情况 国外20世纪30年代就用粉煤灰配置混凝土 英国粉煤灰利用率为46.2%,德国65%, 法国75%。 美国把粉煤灰列入矿物资源的第七位，排在矿渣石灰与石膏之前。美国 20世纪30、40年代就用粉煤灰建造水坝 日本也从20世纪50年代起用粉煤灰建造水坝 3.2 国内粉煤灰利用情况 我国粉煤灰的综合利用技术有近200 项，其中得到实施应用的近70 项 。但是相对来说我国粉煤灰的利用率还是较低产生的附加值并不是很高 。所以我们必须加紧对粉煤灰在高新技术领域应用的研究。 据资料统计，中国的粉煤灰堆积量已达到120亿

6、t，且每年以1.6 亿t 速 度增加，用这些粉煤灰堆成4 m 宽、4m 高的城墙，长达80，000km， 比万里长城长16 倍多，可以绕地球两圈以上 目前我国粉煤灰利用率约为45左右 4 4 粉煤灰基本性粉煤灰基本性质质质质 n 物理性质 粉煤灰外观类似水泥，颜色在乳 白色到灰黑色之间变化。粉煤灰 的颜色是一项重要的质量指标 ，可以反映含碳量的多少和差异 。在一定程度上也可以反映粉煤 灰的细度，颜色越深，粉煤灰粒 度越细，含碳量越高。 粉煤灰就有低钙粉煤灰和高钙粉 煤灰之分。通常高钙粉煤灰的颜 色偏黄,低钙粉煤灰的颜色偏灰 。 粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组 织，比表面积较大，具有较高 的吸附活性

7、，颗粒的粒径范围为 0.5300m。并且珠壁具有多 孔结构，孔隙率高达50%80% ，有很强的吸水性。 4 4 粉煤灰基本性粉煤灰基本性质质 n化学性质 粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以 粉状及有水存在时，能在常温特别是在水热处 理(蒸汽养护)条件下，与氢氧化钙 或其它碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为 一种增加强度和耐久性的材料。这也正是粉煤灰能够用来生产各种建筑材料的原 因所在。 粉煤灰化学成分的变变化范围围及典型粉煤灰的学成分 4 4 粉煤灰基本性粉煤灰基本性质质 n 物相 粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物。 一般矿

8、物含有石英、莫来石、磁铁矿 、方镁石、生石灰及无 水石膏等。 非晶体矿物包括玻璃体、无定型碳和次生褐铁矿 等,其中玻璃 体含量一般在50 %左右。 4 4 粉煤灰基本性粉煤灰基本性质质 n 形态 粉煤灰中主要有5 类特征颗粒: l 不规则玻璃质颗粒 l 未燃尽炭粒 l 复珠 l 富铁微珠 l 富硅铝玻璃微珠 l不规则玻璃质颗粒 粉煤灰中普遍含有数量 不等的形态不规则、结 构疏松、粒径较粗的多 孔玻璃质颗粒。这类多 孔玻璃质颗粒活性差,多 孔结构需水量大,干燥时 易使制品开裂,因此对于 生产硅酸盐烧结 制品是 不利的。 4.4 4.4 粉煤灰形粉煤灰形态态 l未燃尽炭粒 粉煤灰中的炭粒一般是形

9、状不规则 的多孔体。炭粒 内部多孔、结构疏松、易 碾碎、孔腔吸水性高 。粉 煤灰中炭粒粒径较大,一般 大于粉煤灰的平均粒径,小 颗粒以片状居多,含有少量 角粒状。粉煤灰中的炭粒 对粉煤灰的综合利用会产 生负面影响,其高温烧结烧 失量大,是制备烧结砖 的有 害成分。 4.4 4.4 粉煤灰形粉煤灰形态态 l复珠 在粉煤灰中,有些微珠里面包 含大量细小玻璃微珠的颗粒 ,或是柱状颗粒相互粘连成 形状不规则颗 粒,密度往往 较大,置于水中能够下沉,表 面发育有气孔,这些称为复 珠或沉珠。前者通常称为子 母珠,后者称为珠连体。一 些研究证明,含有复珠是粉煤 灰品质较 好的一个标志。 4.4 粉煤灰形态

10、l富铁微珠 富铁微珠是沉珠的一种,其中铁 含量较高，铁质主要构成颗粒 的壳壁,外观颜色较深。圆形居 多,球体发育较好,有少量含铁量 较低的呈多孔不定形状,其中包 含有很多小微珠或外层包裹一层 莫来石或石英结晶体。富铁微珠 主要存在于粗灰中。 4.4 粉煤灰形态 l富硅铝玻璃微珠 粉煤灰的主要化学成分为 SiO2 和Al2O3 ,两者含量占60 %以上,铝硅元素以玻璃体形 式存在,玻璃体中以圆球居多 ，表面较光滑,球形度好。粉 煤灰的火山灰活性与硅铝玻璃 体的含量有关,能够参与化学 反应的硅铝酸盐玻璃体数量 越多,粉煤灰的活性就越好。 4.4 4.4 粉煤灰形粉煤灰形态态 4 4 粉煤灰基本性能

11、粉煤灰基本性能 4.5 水化活性 粉煤灰最主要的三大效应。 n形态效应 在显微镜下显示，粉煤灰中含有70以上的玻璃微珠，粒形完整， 表面光滑，质地致密。这种形态对 混凝土而言，无疑能起到减水 作用、致密作用和匀质作用，促进初期水泥水化的解絮作用，改 变拌和物的流变性质、初始结构以及硬化后的多种功能，尤其对 泵送混凝土，能起到良好的润滑作用。 n活性效应 粉煤灰的“活性效应”因粉煤灰系人工火山灰质材料，所以又称之为“ 火山灰效应”。这一效应能对混凝土起到增强作用和堵塞混凝土中 的毛细组织 ，提高混凝土的抗腐蚀能力。 n微集料效应 粉煤灰中粒径很小的微珠和碎屑，在水泥中可以相当于未水化的水 泥颗粒

12、，极细小的微珠相当于活泼的纳米材料，能明显地改善和 增强混凝土及制品的结构强度，提高匀质性和致密性。 这三种效应相互关联，互为补 充。粉煤灰的品质越高，效应越大 5 5 粉煤灰的粉煤灰的资资源化利用源化利用 n 我国燃煤电厂基本上是燃用烟煤，粉煤灰中CaO 含量偏低 ，属于低钙灰，但Al2O3 含量一般比较高，烧失量也比 较高，这是其特点。此外，我国少数电厂用褐煤发电或 为了脱硫而喷烧石灰石、白云石产生的灰， CaO 含量都 在30%以上。目前开发中的神木煤就是优质褐煤，烧成的 灰就是高钙灰。我国自20 世纪50 年代起开展对粉煤灰的 研究,已在许多领域大规模应用。根据利用量与技术水平, 可将

13、粉煤灰综合利用的项目分为以下3类 : 高容量低技术利用,如粉煤灰回填、筑堤、灌浆等; 中容量中等技术利用,主要是在建筑材料方面的利用,如用 作水 泥原料、混合材等; 低容量高技术利用,主要指具有较高经济效益的高新技术, 如金属与矿物的分选等。 n 目前,就国内外粉煤灰综合利用的情况来看,粉煤灰在建材 、建筑、道路、填筑和农业中的应用技术比较成熟。 5 5 粉煤灰的粉煤灰的资资源化利用源化利用 5.1 粉煤灰在建筑材料方面的应用 n 建筑业对我国来说是支柱性产业，在建筑工程及建筑材 料生产中对粉煤灰进行综合利用，可以显著减少粉煤灰 的占地，节约电 厂排灰用水，充分利用资源。现在，粉 煤灰在建筑领

14、域的综合利用已经变为 建筑业经济 增长的 一大链条。比如，水泥厂每多用1 吨粉煤灰，就节省1 吨 矿石，减少排放1 吨二氧化碳废气，至少节省50 ，节约 占地0.1334m2。 n 利用粉煤灰生产的建材产品有数十种,主要产品有粉煤灰 水泥、烧结粉煤灰砖、粉煤灰陶粒、粉煤灰面砖等。 5.1 5.1 粉煤灰在建筑材料方面的粉煤灰在建筑材料方面的应应用用 n 粉煤灰水泥 粉煤灰主要由活性SiO2 和Al2O3 组成,因而可替代黏 土组分配料用于水泥生产。用粉煤灰生产水泥不仅 具有经济效益,还具有社会效益。目前,国内已研制 出硅酸三钙水泥、硫铝酸钙水泥、低比重油井水泥 、早强型水泥等,有的水泥中粉煤灰

15、的掺量可达75 % 。此外,由于粉煤灰中含有一定量的未能燃烧的碳粒, 所以,用粉煤灰配料还能节省燃料。 5.1 5.1 粉煤灰在建筑材料方面的粉煤灰在建筑材料方面的应应用用 n 粉煤灰混凝土 粉煤灰混凝土泛指掺加粉煤灰的混凝土。实践证明, 在配制混凝土混合料时掺入一定数量和质量的粉煤 灰,可达到改善混凝土性能、节约水泥、提高混凝土 制品质量和工程质量、降低制品生产成本和工程造 价的目的。我国对粉煤灰混凝土的研究开发已经过 半个多世纪的历程,目前已广泛应用于土木工程、建 筑工程以及预制混凝土制品和构件等方面。 5.1 5.1 粉煤灰在建筑材料方面的粉煤灰在建筑材料方面的应应用用 n 粉煤灰烧结砖

16、 粉煤灰砖比粘土砖轻10%20%，可 减轻建筑物自重和建筑工人劳动强 度；粉煤灰可作粘土塑化剂，砖在 干燥过程中裂纹少，损失率低。生 产粉煤灰烧结砖 工艺简单 ，建厂 速度快，吃灰量大。粉煤灰砌块和 粉煤灰蒸压加气混凝土砌块。以粉 煤灰、石灰、石膏和骨料为原料、 加水搅拌振动后成型。蒸汽养护而 成的密实砌块可用于民用和工业建 筑的墙体和基础。以粉煤灰为主要 原料、水泥为胶凝材料，加白灰、 石膏、发泡剂，经配料浇注、静 停切割,高压蒸养制成粉煤灰加气混 凝土砌块。具有质量轻,隔热保温, 隔音等特性。广泛用于框架结构填 充材料。 5.1 5.1 粉煤灰在建筑材料方面的粉煤灰在建筑材料方面的应应用用 n 粉煤灰陶粒 它是以粉煤灰为原料，加入一定量的胶结料和水，经成球、烧 结而成的人造轻骨料，用灰量大(粉煤灰掺量约80%)、质轻 、 保温、隔热、抗冲击，用其配制的轻混凝土容重可达 1353017260N/m3、抗压强度可达2060MPa，适用于高层 建筑或大跨度构件，其质量可减轻33%、保温性可提高3 倍。 陶粒混凝土已广泛