粉煤灰综合利用技术
内容提供 : 煤炭工业洁净煤工程技术研究中心
关键词 : 粉煤灰,综合利用,技术
煤炭在锅炉中燃烧后有两种固态残留物--灰和渣。随烟气从锅炉尾部排出的，主要经除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰；颗粒较大或呈块状的，从炉膛底部收集出来的称为炉底渣。从综合利用角度讲的粉煤灰，一般也包括渣，即灰渣的统称。
粉煤灰主要有硅铝玻璃、微晶矿物颗粒和未燃尽的残炭微粒所组成，其化学成分以氧化硅和氧化铝为主。
我国的粉煤灰大部来自大、中型火电厂的煤粉发电锅炉，另一部分则是来自城市集中供热的粉煤锅炉。粉煤灰排放目前大多是湿排，需耗用大量的水；堆放需占用大量的土地。1999年，我国粉煤灰排放量达到1.6亿吨，据有关资料统计分析和预测，按目前排灰状况和利用水平，排灰用水达10亿多吨/年；贮灰占地约达50万亩，历年累积堆放总量已达10亿吨以上，虽每年利用量在不断增加，但总利用率还不足每年排放量的50%。随着电力工业装机容量增加，排灰量、用水量、占地量还要相应增加。同时，湿法排灰不但费水、费电、污染环境，还降低了粉煤灰的活性，不利于它的综合利用。随着我国对除尘、干灰输送技术的不断成熟，今后电厂的粉煤灰应积极采用高效除尘器，并设计分电场干灰收集装置使粉煤灰具有更大的用途。对湿式除尘器收集的粉煤灰，应尽量设置脱水装置或使其晾干，尽量降低水分至30%以下，为粉煤灰的综合利用创造条件。
粉煤灰露天堆放，刮风天灰尘污染空气，下雨天渗水污染地下水。根据国内外试验研究发现，粉煤灰渗水使地下水产生不同程度的污染，比较明显的是使pH值升高、有毒有害的铬、砷等元素增加。再加上粉煤灰贮灰场大多位于江、河、湖及城市水源保护区域，水源保护问题也十分迫切。
我国粉煤灰综合利用技术简述
粉煤灰作建筑材料
我国粉煤灰最早用于生产建筑材料，利用率一直保持在25%左右。粉煤灰烧结砖、生产水泥熟料及用作混合材、生产陶粒、砌块、加气混凝土、墙体材料等，都是国家推广的成熟技术。1998年我国墙体材料总量合折标准砖8600亿块，其中烧结粘土实心砖高达7000多亿块。
1.粉煤灰生产烧结砖
粉煤灰的用量从30%到70%，主要工艺和设备与普通粘土砖基本相同。用粉煤灰生产烧结砖的吉林某厂利用吉林热电厂的湿排粉煤经自然脱水至含水率在30%左右，按粉煤灰55%、粘土40%和5%的炉渣等工业废渣进行配比。该厂年用粉煤灰40万米3，产粉煤灰烧结砖2.4亿块，年节省粘土430km3，节约标煤9600吨／年，具有较好的社会效益和经济效益。
2.粉煤灰生产蒸汽养护砖（简称蒸养砖）
粉煤灰蒸养砖的配料除粉煤灰可占65%左右外，还需配入适量的骨料生石灰和石膏，经坯料制备、压制成型，经常压或高压蒸汽养护后烧制成砖。它对粉煤灰的要求是灰的含碳量越低越好，灰的活性越高越好。
3.粉煤灰制取免烧免蒸砖
江西贵溪电厂为了使粉煤灰变害为宝，经过研制开发出了免烧免蒸、低温养护的新型粉煤灰砖。其主要配料是：粉煤灰占70%，炉底渣占15%、生石灰15%（作为激发剂），产品可达到75号粉煤灰砖标号，生产中总掺灰量达85%，以年产1000万块砖计，可用去灰量2万吨，年创效益50万元，节省排灰浆费用30万元。节约灰场建设费40~50万元，少占耕地130m2，具有较好的环境效益和经济效益。
4.粉煤灰生产硅酸盐砌块
粉煤灰硅酸盐砌块以粉煤灰、石灰和石膏和胶结料为原料，在配料中除炉渣为主占55%左右外，粉煤灰用量也可达30%。经加水搅拌，振动成型，蒸汽养护而成。此工艺对粉煤灰质量的要求是其烧失量低于15%。适用于工业及民用建筑，且比粘土砖的保温性能好，自重轻，能满足一般建筑物承重墙的耐火极限要求。
5.粉煤灰制泡沫玻璃
泡沫玻璃是一种新型建筑材料，它可由粉煤灰（可占70%）为主要原料烧制而成，其密度在0.5~0.8t/m3之间。具有抗压、隔热、隔音、防水、能浮出水面等性能，是现代高层建筑的优质材料。泡沫玻璃作大型雕塑材料，可制成大块，可任意切割装配。
用泡沫玻璃制成的墙体砖，密度仅为普通粘土砖的5%~10%，而强度却高出8~15倍，所以，它具有质轻、强度大、节能等优点。用它作为保温、隔热、隔音材料具有物美价廉的优点，有较高的经济效益和社会效益。
6.粉煤灰制造加气混凝土
粉煤灰生产加气混凝土是以粉煤灰为基本原料，配以适量的水泥、石膏及铝粉等添加剂以制成一种轻质的混凝土，其粉煤灰用量可占70%左右。上海市1998年仅混凝土一项利用粉煤灰近54万吨，占总用灰量的15.6%。北京某厂利用高井电厂的干排粉煤灰为原料，年可生产加气混凝土制品200km3。主要用于屋面保温、内外墙体和阳台隔断。具有较好的社会和经济效益。
7.粉煤灰生产陶粒
利用粉煤灰为主要原料，加入一定量的胶结料和水，经成球、烧结而成的轻骨料为烧结粉煤灰陶粒。它是一种性能良好的人造轻骨料，其粉煤量用量可达80%左右。可以配制300号混凝土。天津市某厂利用天津一电厂的湿排粉煤为原料，年生产粉煤灰陶粒达9万米3。由于其有密度小、耐热度高、抗掺性好、耐冲击力强等优点，可替代天然渣石配制150~300号的混凝土，广泛地用于工业与民用建筑、制作各种混凝土构件，还可用于桥梁、窑炉和烟囱的砌筑。如南京长江大桥公路桥道板，使用粉煤灰陶粒配制250~300号的陶粒混凝土就降低了大桥的自重。
8.粉煤灰在砂浆中代替部分水泥、石灰或砂
砂浆在建筑工程中的用量很大，且对粉煤灰的质量不高，可改善混凝土的特性并节约水泥。此项技术可大量利用粉煤灰，每立方米混凝土可用粉煤灰50~100kg，节约水泥50~100kg。三峡工程中大量使用了优质粉煤灰，年用量已近30万t，并创造了世界年浇注量和最大浇注强度的世界纪录。这项技术的用灰比例在10%以上。
9.粉煤灰代替粘土作生产水泥原料
由于粉煤灰的化学成分和粘土相似，可代替粘土生产水泥。其生产工艺和技术装备与生产普通硅酸盐水泥一样。沈阳市水泥厂利用沈阳热电厂的湿排粉煤灰作配料年生产火山灰硅酸盐水泥12万吨。
10.粉煤灰作生产水泥的混合材
在用质量合格的粉煤灰做混合材磨制水泥时，可分别生产普遍硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥（掺入量不高于15%）、粉煤灰水泥（掺入量为20%~40%不等），低标号砌筑水泥掺入量为60%~70%。德州某建材厂利用德州电厂的干排粉煤灰可年产硅酸盐水泥15万多吨，先后生产出了325号和425号R型粉煤灰硅酸盐水泥。取得了年产利润70万元以上的经济效益和良好的环境效益。江苏盐城水泥厂利用盐城电厂的干排粉煤灰25%左右生产出425号粉煤灰硅酸盐水泥，也取得年盈利100多万元的经济效益以及良好社会效益。
粉煤灰作井下回填和充填矿井塌陷区
平顶山矿务局十一矿为开采倾斜和急倾斜煤层，曾用附近姚盂电厂的粉煤灰作井下注浆防火和充填材料试验获得成功。用粉煤灰注浆充填采空区可达到防火效果，同时还能较大幅度地减少地表移动值，粉煤灰充填采空区后对围岩和煤柱起到了加强的作用，增强了煤柱的强度，有利于巷道维护。亦有利于厚煤层分层开采，提高煤炭回收率。
淮北矿务局利用淮北电厂的粉煤灰充填相城、朱庄、张庄和岱河等煤矿的塌陷区。该矿区每年约增加塌陷区2Mm3多，为缓和淮北电厂排灰场地的紧张状态，于1979年提出建设塌陷区试验排灰场，灰场距电厂仅4km，面积280km2，能容纳700km3粉煤灰，于1980年2月建成冲灰，充填到设计标高后，于1982年10月覆土造田432亩，取得了较好的社会效益和经济效益。1997年，安徽省回填用灰65万吨，占当年用灰量的26%。
填方造地用灰的比例在25%左右。
粉煤灰用于筑路工程
用于公路的路面基层，用二灰石（石灰、粉煤灰、石子）代替传统的碎石，可使公路质量大大提高并提高了施工速度，降低造价。现粉煤灰已大量用于高等级公路的路堤，质量高于使用粘并大量节约了土地。近几年筑路用灰的比例上升很快，已达到30%左右。仅沪宁高速公路就使用粉煤灰700万吨。
从粉煤灰中提取多种化学、化工原料
1.碱法提取氢氧化铝
有不少煤灰中的Al2O3含量高达25%~40%以上，因此从粉煤灰中提取氢氧化铝既有经济效益又有环境效益。如波兰等国用减法提取氢氧化铝常用高温烧结法（1300℃以上），我国则多研究采用常压蒸养、低温（900℃左右）脱水的工艺，其优点是能耗低。
2.回收铁或磁珠
粉煤灰中的铁主要以Fe2O3、Fe3O4和硅酸铁等形态存在。铁的回收一般采用磁选法。可先经旋流器预选后，再用弱磁选矿机分选，富集得到高品位精铁矿。如山东新汶电厂的粉煤灰中的铁含量为7.68%，经富集、选矿后的精矿品位提高到55.08%，铁回收率为47.90%。
3.回收空心微珠
空心微珠是粉煤在1350~1500℃的高温区域内燃烧后呈熔融状态，在高压气流雾化后，靠自身的表面张力凝聚成微珠，排灰时遇冷后所产生的一种空心球形珠体，其粒度一般为0.25~150um，个别有300um。根据珠壁薄厚不同，又分为漂珠和沉珠。漂珠可进行浮选提纯。如南通天生港发电厂利用这种方法选出80%左右、烧失量有0.6%的漂珠，成本仅10多元／吨，可增值60~80元/吨。
采用重力分选法可回收沉珠。如用水力旋流器一次或多次开路分级，以攀枝花市502电厂的粉煤灰为原料，采用旋流器三段开路分级、获得了沉珠含量达85%~95%，回收率大于75%的分选效果。
空心微珠具有球形、微小、质轻、中空、耐高温、电绝缘、高强度等多种优异特性，可广泛应用于耐火材料、塑料、橡胶、石油、电子、航空、潜艇和军工等工业中。
此外，由于粉煤灰的比表面积大，吸附能力强，具有高分子缩聚的特性，因此它易吸附、还原和富集锗、镓等某些稀散元素，国内外均有成熟的工艺和经验。
目前用于提取化学化工原料的用灰量占灰量的2%~3%。
粉煤灰生产磁性复混化肥
资兴矿务局煤电焦化总厂发电分厂曾用该厂的粉煤灰研制出了粉煤灰生产磁性复混化肥的产品，肥料中的磁性能刺激作物的生长，活化土壤，提高作物根系对土壤中养分的吸收。肥料的养分齐全，除有N、P、K三种肥料外，同时还有Si、Fe、Al、Mg、Ca、B、Zn、Mn和Cu等作物所需的微量元素及必需的养分。该复混化肥曾对水稻、茶叶、烤烟和桔子等农、果作物做了大面积的推广示范试验，证明对这些作物都有明显的增产作用。这方面的用灰比例在10%左右。
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