电厂粉煤灰的再利用

浅谈电厂粉煤灰的再利用
刘素萍
(内蒙古电力培训中心,内蒙古呼和浩特　010010)
摘　要:我国是一个以煤为主要能源资源的消耗国,在一次能源消耗中,煤炭消耗量一直占据主导,约占总消耗量的75%,燃煤火电厂产生大量的粉煤灰,这种粉煤灰只有一小部分被利用,大部分被堆存,堆存的粉煤灰不仅占用了大量耕地,还会污染环境,给当地生存环境造成极大的危害,制约了当地国民经济的可持续发展。

因此,粉煤灰的再利用是我国火电工业发展中的紧迫又长期的任务。

本文主要是对我国粉煤灰的现状和目前粉煤灰的用途做出了介绍,对粉煤灰提取氧化铝的工艺做了更详细的介绍。

关键词:粉煤灰;用途;氧化铝;工艺
中图分类号:T M6 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0093—02
粉煤灰,是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。

我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、T iO2、Mg O、K2O、Na2O、SO3、M nO2等,此外还有P2O5等。

其中氧化硅、氧化钛来自黏土,岩页;氧化铁主要来自黄铁矿;氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。

20世纪70年代以来,粉煤灰的综合利用已经被世界各国所关注,在一些工业发达国家粉煤灰综合利用逐渐形成了一个新兴产业,粉煤灰成为当今世界瞩目的废物资源化的首批对象之一,如美国在1974年就把粉煤灰列为国家最丰富的第七位固体矿物资源。

1　粉煤灰的用途
目前,粉煤灰主要用来生产粉煤灰水泥、粉煤灰砖、粉煤灰硅酸盐砌块、粉煤灰加气混凝土及其他建筑材料,还可用作农业肥料和土壤改良剂,回收工业原料和作环境材料。

1.1　粉煤灰可以掺加在混凝土中
节约大量的水泥和细骨料,减少了用水量,改善了混凝土拌和物的和易性,增强混凝土的可泵性,减少了混凝土的徐变,减少水化热、热能膨胀性,提高混凝土抗渗能力,增加混凝土地修饰性。

1.2　粉煤灰在水泥工业和混凝土工程中的应用
粉煤灰代替粘土原料生产水泥,由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰加入适量石膏磨细制成的水硬胶凝材料,水泥工业采用粉煤灰配料可利用其中的未燃尽炭,粉煤灰作水泥混合材。

1.3　粉煤灰在建筑制品中的应用
蒸制粉煤灰砖,以电厂粉煤灰和生石灰或其他碱性激发剂为主要原料,也可掺入适量的石膏,并加入一定量的煤渣或水淬矿渣等骨料,经过加工、搅拌、消化、轮碾、压制成型、常压或高压蒸汽养护后而形成的一种墙体材料。

1.4　粉煤灰作农业肥料和土壤改良剂
粉煤灰具有良好的物理化学性质,能广泛应用于改造重粘土、生土、酸性土和盐碱土,弥补其酸瘦板粘的缺陷,粉煤灰中含有大量枸溶性硅钙镁磷等农作物所必需的营养元素,故可作农业肥料用。

回收工业原料。

1.5　作环保材料
利用粉煤灰可制造分子筛、絮凝剂和吸附材料等环保材料;粉煤灰还可用于处理含氟废水、电镀废水与含重金属例子废水和含油废水,粉煤灰中含有的A l2O3、CaO等活性组分,能与氟生产配合物或生产对氟有絮凝作用的胶体离子,还含有沸石、莫来石、炭粒和硅胶等,具有无机离子交换特性和吸附脱色作用。

1.6　粉煤灰提取氧化铝
粉煤灰中SiO2-Al2O3的总质量分数约达80%,主要以Si-O-Al键结合,其中Al2O3质量分数可达15%～40%,有些高铝粉煤灰中Al2O3质量分数高达50%,是制备氧化铝的一种很好的资源。

2　高铝粉煤灰提取氧化铝的背景
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　2012年第23期 内蒙古石油化工
我国铝土矿资源相对稀缺。

截至2009年底,铝土矿资源量约32亿t,其中可采储量只有10亿多t。

2010年我国氧化铝的年生产能力约4500万t,氧化铝产量2896万t,约占全球氧化铝总产量的1/3。

2011年我国的氧化铝产量已超过3600万t。

国内已探明的铝土矿储量,按目前的开采量计算,最多只能供应10多年,采储比在全球属于最高水平,资源过度开采情况严重,因此铝土矿资源的短缺已成为中国铝工业可持续发展的最大忧患,极度有限的资源已不能支撑铝行业的高速增长。

可见国内铝土矿资源短缺与需求旺盛的矛盾十分突出,亟待解决,这是中国铝行业发展面临的巨大挑战,铝土矿资源已成为制约中国铝工业发展的瓶颈,严重影响了我国铝工业的可持续发展。

解决这种资源危机的方法有两种:一是合理利用现有铝土矿资源;二是积极找寻并利用其他含铝资源。

3　高铝粉煤灰提取氧化铝的工艺技术
3.1　早期工艺技术
国外利用粉煤灰提取氧化铝、氢氧化铝的研究起步较早,早在20世纪50年代,波兰克拉科夫矿冶学院格日麦克教授以高铝煤矸石或高铝粉煤灰(Al2O3>30%)为主要原料,采用石灰石煅烧法(配料——磨制——熟料烧结——熟料溶出——沉降洗涤——分解——过滤——焙烧),从中提取氧化铝并利用其残渣生产硅酸盐水泥,取得了一些研究成果,并于1960年在波兰获得两项专利。

格罗索维茨厂采用石灰石烧结法处理粉煤灰提取氧化铝工艺,建设了年产30万～35万t水泥和5.5万t氢氧化铝的生产线,并运行多年,到1990年左右停止运行。

美国采用Ames法(石灰烧结法),年处理粉煤灰30万t, Al2O3提取率为80%。

近些年来国外有关这方面的报道较少,较新的研究成果是Par k等采用明矾中间体法从粉煤灰中提取了氧化铝。

我国从粉煤灰中提取氧化铝的研究同样可以追溯到20世纪50年代,至1980年,安徽冶金科研所和合肥水泥研究所提出用石灰石烧结-碳酸钠溶出工艺从粉煤灰中提取氧化铝、其硅钙渣用作水泥原料的工艺路线,于1982年2月通过专家鉴定。

宁夏自治区建材研究院在90年前后展开了碱-石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝的研究,其特点之一就是先对粉煤灰进行脱硅处理之后再采用碱-石灰烧结法从中提取氧化铝。

3.2　近期工艺技术
目前,已有研发基础的从粉煤灰中提取氧化铝的技术可以分为两类:碱法处理粉煤灰提取氧化铝工艺技术和酸法处理粉煤灰提取氧化铝工艺技术。

碱法处理粉煤灰提取氧化铝工艺技术有石灰石烧结法、碱石灰烧结法和预脱硅碱石灰烧结法。

大唐国际发电股份有限公司采用预脱硅碱石灰烧结法处理粉煤灰提取氧化铝工艺,建设了一条设计能力年产24万t氧化铝的生产线。

内蒙古蒙西集团和中国科学院长春应用化学研究所合作,已经进行了将近10年的研究,目前已经获得了一套石灰石烧结法提取氧化铝并联产水泥的技术路线,该项目2006年初通过批准,现已开始投资兴建年产40万t氧化铝的生产线,但产生的硅渣需要配套320万t以上的水泥厂才能消化掉。

酸法处理粉煤灰提取氧化铝技术有硫酸浸出工艺和盐酸浸出工艺。

神华集团建设了一条盐酸浸出法年产4000t氧化铝的试验线,于2011年10月开始试生产。

华电内蒙古能源有限公司和东北大学资源绿色化综合利用课题组合作开展了硫酸铵烧结法处理粉煤灰生产氧化铝工艺的研究。

2011年,华电内蒙古能源有限公司投资在辽宁省抚顺市建设了一条日处理500kg粉煤灰提取氧化铝的扩大试验生产线。

依托该试验生产线,课题组开展了大量试验工作,并取得了一系列成果。

4　结语
近年来,我国的能源工业稳步发展,发电能力年增长率为7.3%,燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加,1995年粉煤灰排放量达1.25亿t,2000年约为1.5亿t,到2010年达到3亿t,给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。

因此大力开发粉煤灰的再利用,提高煤炭综合利用效益,具有特别重大的经济战略意义。

[参考文献]
[1]　赵剑宇,田凯.氟铵助溶法从粉煤灰提取氧化
铝新工艺的研究[J].无机盐工业,2003,35
(4):40～41.
[2]　王福元,吴正严.粉煤灰利用手册(第二版)
[M].北京:中国电力出版社,2004:3～6542.
[3]　李来时,翟玉春.硫酸浸取法提取粉煤灰中氧
化铝[J].轻金属,2006,(12):9～12.
[4]　童军武,孙陪梅,徐红艳.粉煤灰中有价元素的
提取[J].湖南有色金属,2006,(5):46～50.
94内蒙古石油化工 2012年第23期　。