粉煤灰综合利用技术

粉煤灰综合利用技术

粉煤灰综合利用中等容纳量、中等技术含量的方式是作为生产建材的原料，对粉煤灰主要的技术要求是降低碳含量。与浮选法、流态化燃烧法相比，电选脱碳方法适用范围广，分选获得的焦炭、尾灰纯度较高，开发研究高效率静电分选机是解决粉煤灰利用的中心环节。

0. 前言

当前，人口、资源与环境是各国面临的全球性问题，我国人口众多，资源日趋紧张，环境不断恶化，对工业废渣中最大排放量的粉煤灰进行综合利用是一项具有重大经济、环境与社会效益的工作，也是造福子孙后代的具有长远战略性的课题。

我国是世界主要产煤国之一，在一次能源探明总量中煤炭占90%，煤炭仍是我国今后相当长时间内的主要能源。虽然国家大力发展水电、核电，但是燃煤发电仍占主要地位。目前，我国有1000多座燃煤发电厂，而且每年还要新增发电机组400万~600万千瓦。目前，全国电厂年燃煤约3.6亿吨，20世纪末的年排灰量高达1.4亿吨，排灰量已居世界第三位，数量之大十分惊人。如此大量的灰渣全靠占地贮存是不可能的，也是一种资源的浪费。2000年全国粉煤灰排放量达到1.6亿吨，占地已达到50万亩（3.33×108m2）以上，加上历年的库存约11亿吨粉煤灰，每年还要递增400万~600万吨的排放量。如此大量的固体废弃物

若不加以利用，不仅占用了大量耕地，还会污染环境，危害中华民族的生存环境，

制约了我国国民经济的可持续发展[1]。

我国粉煤灰研究开发利用始于20世纪50年代，主要集中在水泥和混凝上应用开发试验研究，并已在工程建设中广为应用，如50年代中期东北地区冶金基地建设，稍晚些时候的三门峡水利枢纽工程和广西大化水电站的建设，以及近年来的城市高层建筑如上海东方明珠塔等。近年来在我国高等级公路建设中，粉煤灰也被大规模地用来处理软弱土层，充分利用粉煤灰的火山灰特性改良地基。

粉煤灰是具有火山灰特性的微细灰，其粒径范围为0.5~200μm，平均粒径

为20μm。所谓火山灰特性是指硅酸盐材料经磨细后在一定温度下与Ca (OH)

2

等碱性物质反应，其生成物不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化的特性。

基于粉煤灰的上述特性，国外对粉煤灰的开发利用较早。在20世纪30年代就探索利用粉煤灰配制粉煤灰商品混凝土，并且取得了巨大成功和显著的经济效益。如美国1938年完工的玻尼维尔坝以及40年代中期美国垦务局等工程部门在建造蒙大拿州俄马坝工程中，大规模地应用了粉煤灰；日本国内从1953~1968

年共建筑了27座粉煤灰商品混凝土水坝。

实践证明，合理利用粉煤灰资源可以节约大量能源，所以许多国家的能源部门鼓励和支持粉煤灰资源循环再利用，从而对粉煤灰的研究和应用起到了有力的推动作用。特别是近年来，随着人们环境意识的增强，粉煤灰的处理和利用已与环境保护休戚相关。根据环境保护科学新理论，只有将污染防治、废物处理与资

源开发紧密结合起来，才能使排放粉煤灰的电力工业摆脱面临环保法越来越严、粉煤灰处置费用越来越高的困境[2]。

1. 粉煤灰综合利用研究的主要领域

当前，国内外粉煤灰综合利用领域很广，项目很多。美国电力研究所根据粉煤灰容纳量（即吃灰量）和技术水平，将粉煤灰综合利用项目分为三大类，见表1-1。

第一类：高容量/低技术。即不需要深度加工就可以利用的项目。这类项目投资少，上马快，技术易掌握，吃灰量最大。其缺点是使用地点和数量经常变动，难以预测，如作为筑路、回填材料等。

第二类：中容量/中技术。主要用作建筑材料。一般这类项目投资大，吃灰量大，用灰量稳定，有一定技术要求。

第三类：低容量/高技术。主要为分选利用，产品层次高，吃灰量甚微，技术水平要求高，但经济效益好[3]。

从表1-1中可以看出，粉煤灰主要利用途径是用于灌浆材料、筑路工程、回填材料、水泥商品混凝土掺合料和生产建筑材料。其中粉煤灰作为灌浆材料、筑路工程、回填材料受地域限制，利用量不稳定，而且利用技术水平低下。而粉煤灰用于水泥和商品混凝土可以改善商品混凝土材料的性能，利用量大、技术水平较高，是粉煤灰在我国利用的最主要的途径。

2. 粉煤灰综合利用和相关技术要求分析

用于水泥和商品混凝土中的粉煤灰标准[4]中，拌制商品混凝土和砂浆用粉煤

灰有7项技术要求：细度、需水量比、烧矢量、含水量、三氧化硫、游离氧化钙、安定性；水泥混合材用粉煤灰有6项技术要求，将前者7项技术要求减少了细度和需水量比，增加了强度活性指数，因此可以粗略地将用于水泥和商品混凝土中的粉煤灰理解为8项技术指标。其中含水量、三氧化硫、游离氧化钙、安定性4项指标是对粉煤灰品质进行的基本规定。游离氧化钙、安定性和三氧化硫检验主要是限制过烧或欠烧CaO、MgO与硫酸盐水化后体积膨胀使商品混凝土开裂而制定的。含水量过高会降低粉煤灰的活性，一般情况下储灰池中陈灰是不可以直接用于商品混凝土掺合料的。

通常粉煤灰都可以满足上述4项指标，真正衡量粉煤灰品质的高低是细度、需水量比、强度活性指数和烧失量。而粉煤灰对商品混凝土最直观的影响是新拌商品混凝土工作性能的需水量比，和对硬化商品混凝土的力学强度（强度活性指数）。需水量对于粉煤灰的很多工程应用是非常重要的物理指标，它是指粉煤灰和水的混合物达到某一流动度下所需要的水量，粉煤灰需水量越小工程利用价值

就越大。有的学者[5]采用下列函数表示粉煤灰需水量比Y与粉煤灰细度X

1

（45μm

筛余%）、密度X

2、烧失量X

3

的关系。

Y=104.3 X

1

0.05 X

2

-0.261 X

3

0.0054 (1.1)

Thomas[6]根据比较多的实验给出需水量比Y与粉煤灰细度X

1

（45μm筛余%）之间的关系如下式。

当烧失量3～4%时 Y=88.76+ 0.25X

1

(1.2) 相关系数r=0.86