粉煤灰课件

粉煤灰的Pozzolanic Reaction (火山活性反应)
nSiO2mAl2O3 qCaO +rCa(OH)2＋sH2O=
（粉煤灰） nSiO2mAl2O3q (q+r)CaO (s+r)H2O (含铝C-S-H凝胶）
nSiO2mAl2O3 qCaO +rCa(OH)2＋sH2O+3mCaSO4 2H2O = (粉煤灰） （石膏） nSiO2 (q+r-3m)CaO (s+r-27m)H2O +m(3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O)
2005-2009年粉煤灰产生与利用情况
年份 2005 2006 2007 2008 燃煤机组 装机容量 （万千瓦） 39317 48382 55607 60286 燃煤机组 耗煤量 （亿吨） 11.27 13.14 14.37 14.64 供电煤耗 （克标煤 /千瓦时） 374 367 356 345 粉煤灰 综合 利用率 产生量 利用量 （%） （亿吨） （亿吨） 3.02 3.52 3.88 3.95 1.99 2.32 2.60 2.65 66 66 67 67
由于粉煤灰的化学成分与粘土非 常相近，且粉煤灰中常含有大量的玻 璃体，比常规的粘土煅烧时更容易产 生粘稠的液相，同时粉煤灰中常含有 能够在煅烧过程中产生CO和CO2的碳粉， 因此大部分粉煤灰都适合代替粘土来 烧制陶粒。
陶粒是生产陶粒承重砌块、 陶粒隔墙砌块、陶粒隔墙板、和 轻骨料现浇混凝土的原料。这些 建材产品都具有良好的隔热隔音 功能，是建造节能建筑的主要原 料。 陶粒还在废水处理工艺中被 作为优良的生物滤池的滤料。
工业固体废物综合利用
Re-Utilization of Industrial Solid Wastes
主讲教师：倪文
粉煤灰的综合利用
发展现状与未来规划
粉煤灰是粉尘状的燃煤固体废弃物。我国是世界上少
数几个以煤为主要能源的国家之一，煤在能源构成中占
75%以上，2009年全国煤炭消耗量己超过30亿吨，燃煤 所造成的大气污染、水污染、及粉煤灰的大量产生都严 重地威胁着生态环境。近十多年来，在我国电力工业迅 速发展，燃煤发电机组已占装机总容量的75％以上，燃 煤发电机组容量、燃煤消耗量及灰渣产生量均居世界第 一。
如何强化上述效果
1.选择低含碳量的粉煤灰或进行除碳 处理 2.进一步进行磨细处理
3.掺入水淬高炉矿渣一起磨细
4.对粉煤灰进行预激发并进一步磨细
胶凝材料粒级与活性的双重协同 优化原理
粉煤灰活性最低，平均粒径5微米， 并含较多亚微米及纳米颗粒； 矿渣活性中等，平均粒径20微米， 并含较多10微米以下的颗粒； 水泥熟料活性最高，平均粒径60微 米，很少10微米以下的颗粒。
地质聚合物材料取得强度的原理是：
高活性的硅铝基物料（如轻烧高岭土）在 强碱溶液的激发下和在低聚合度硅酸根离子的参 与下发生溶解再聚合，最后形成由硅氧四面体和 铝氧四面体连接的三位空间网络体，具有非晶态 的特征。原始硅铝物基物料中未溶解的部分则作 为细集料保存下来，并与新形成的硅铝网络体形 成没有截然边界的整体，而溶液中的阳离子则以 平衡电价的方式进入网络体被固定下来。
提取物5% 填筑材料 15% 建材产品 45%
农业15%
道路工程 20%
我国粉煤灰主要利用途径比例
2010和2020年粉煤灰排放量预测 根据装机容量 预测 粉煤灰排放量
总装机 容量 （万千 瓦） 粉煤灰 排放量 （万吨 ）
年份
根据发电量预 测 粉煤灰排放量
总发电量 （亿千瓦 时） 粉煤灰 排放量 （万吨 ）
2009
65205
15.36
342
4.2
2.83
67
目前，我国粉煤灰综合利用途径主要包 括以下几个方面：粉煤灰用于生产建材（水 泥、砖瓦、砌块、陶粒、混凝土、砂浆）， 筑路（路堤、路面基层、路面），回填（结 构回填、建筑回填、填低洼地和荒地、充填 矿井、煤矿塌陷区、建材厂取土坑、海 涂 等），农业（改良土壤、生产复合肥料、造 地），粉煤灰充填料，从粉煤灰中回收有用 物质及其制品等。
对于含碳 低的粉煤灰
典型煤粉炉粉煤灰精细分选
多孔碳微粒 漂珠 超细微珠 磁珠
载体、吸附 剂、水处理
保温材料
填料 保温材料
磁载体 水处理
尾灰
水泥混合材、混凝土掺合料、 加气混凝土、砌块、路基材料
Pozzolanic Reaction (火山活性反应)
nSiO2+mCa(OH)2+qH2O = nSiO2mCaO (m+q)H2O ( C-S-H 凝胶 )
粉煤灰的产生与分类
粉煤灰的化学成分（％）
成 分
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO
Na2O和 K 2O
SO3
烧 失 量
1 － 20
含 量
30－60
20－40
4－10
2.5－ 7
0.5－ 2.5
0.5－2.5
0.1－1.5
煤粉炉炉膛内气流场示意图
粉煤灰电镜照片放大1000倍
粉煤灰电镜照片放大5000倍
粉煤灰路基材料以使用低等级粉 煤灰或等外灰为主，在最低气温在8℃以上的南方地区可以使用残碳量较 高的等外灰，而在北方容易发生冻融 的地区残碳含量应控制在8%以下。粉 煤灰路基材料的强度在20年以内均处 于缓慢增长趋势。
应用例3
粉煤灰生产加气混凝土
对粉煤灰的要求： 1. 可以使用湿灰或干灰 2. 可以使用等外灰 3. 残碳含量≤8% 基本配比：
≤12 ≤ 95 ≤ 5
级别 Ⅱ
≤ 20 ≤ 45
Ⅲ
≤ 105 ≤115 ≤ 8 ≤15
4 5
含水量（%） 三氧化硫（%）
≤ 1
≤3
≤1
≤ 3
不规定
≤3
大掺量粉煤灰碾压混凝土
碾压混凝土又称RCC。在三峡大坝建 设中占混凝土总量的28%，仅纵向围堰 就使用RCC187万m3 三峡工程的RCC设计90天强度等级为 C15－C20,粉煤灰代替水泥40－60%,每立 方米混凝土胶凝材料总用量为160－ 180kg/m3，粉煤灰主要采用Ⅰ级粉煤灰。
粉煤灰陶粒按生产工艺和产品性能不同可分 为烧胀型粉煤灰陶粒和烧结型粉煤灰陶粒。 粘土 粉煤灰 水 成球机 磨细 烧 胀 型 粉 煤 灰 陶 粒 的 生 产 工 艺
混料机
其他粘结剂
烧胀型陶粒 破团、筛分 回转窑
烧胀型粉煤灰陶粒的颗粒
密度一般在1000kg/m3以下。适
于生产对保温性能要求较高的 非承重墙体材料。其缺点是比
硅的四配位同构化效应示意图
Xu等以粉煤灰为主要原料制备的地质聚 合物材料，7d抗压强度达58.6MPa，并认为 粉煤灰较高的CaO含量和超细颗粒的存在对 制品强度的提高具有积极意义。 李刚等将粉煤灰与煅烧高岭土按3：1的 质量混合制备的地质聚合物材料，3d抗压 强度达39.3MPa,将粉煤灰与提钾废液和煅 烧高岭土混合制备的材料，7d抗压强度达 到40-50MPa，耐酸碱性良好。
根据 GDP预测粉煤灰排放 量
GDP (亿元) 预测火力发电 量 （亿千瓦时） 粉煤灰 排放量 (万吨)
2005
51718
23273
24747
23955
182321
22629
27381
2010
2020
84000
125000
37800
56250
36300
56400
35138
54595
2Байду номын сангаас1000
357616
(C-S-H凝胶）
(钙矾石）
粒级与活性双重 协同优化
大球：水泥熟料，活性最高
中球：矿渣微粉 活性中等
中球加入大球中
中球加入大球中
小球：粉煤灰活 性最低
小球加入中球 和大球中
形成粒级和活性的双重协同优化
粉煤灰的分级及品质标准
序 号 1 2 3 指标
Ⅰ
细度（0.045nm方 孔筛筛余）（%） 需水量比（%） 烧失量（%）
烧结型陶粒的生产能耗高40－
50%。
烧结型粉煤灰陶粒的生产工艺： 粘土
混料机
磨细
粉煤灰
水
成球机 烧结机
筛分 破团
其他粘土剂 烧结型陶粒
烧结型粉煤灰陶粒的颗粒密度为 1000~1500kg/m3，适于生产承重陶 粒砌块。
适于生产陶粒的粉煤灰
1、在粉煤灰可以用于水泥的混合材或混凝土 掺合料市场较好的地区，应尽量选用等外 灰和残碳含量比较高的粉煤灰。 2、当细度在0.88mm筛余大于40%时应进行磨 细处理。在粘土资源紧缺的地区应将全部 粉煤灰或部分粉煤灰进一步磨细以便减少 粘土作为粘结剂的用量。
粉煤灰70~80%，水泥5~10%，石灰 15~25%，外加0.1%左右的金属铝粉。
加气混凝土生产工艺
原状粉煤灰 湿法磨机 混料 石灰 浇模 水泥 发泡 铝粉 净养
成品
修边
蒸压养护
切割
应用例4
粉煤灰陶粒的生产
传统陶粒的生产
传统的陶粒是用粘土或粘土页岩烧成的。粘 土的主要成分是SiO2和Al2O3，大部分天然粘 土还富含CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O等成分， 能使粘土在加热到900 ℃ －1300℃的时候就 出现比较多的液相。将这样的粘土与含碳物 质的粉末一起混匀，并预制成结实的球状颗 粒。
应用例5
粉煤灰制备地质聚合物材料
地质聚合物材料又称矿物聚合材料，是 近年来新发展起来的一类新型无机非金属材 料，它是以铝硅酸盐矿物或工业固体废弃物 为主要原料，以轻烧高岭土做配料，硅酸钠 做结构模板，氢氧化钠做激发剂，在20～ 120℃的较低温度条件下成型硬化制成的， 是一类由非晶态铝硅酸盐成分以化学键合的 形式胶结的材料。