2013粉煤灰深加工及综合利用产业研究

粉煤灰深加工及综合利用前言粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，现阶段我国年排渣量已达3000万t。

随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。

大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。

因此，粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的注意。

我国有丰富的煤炭资源，近期电力工业的发展，仍然是以燃煤的火力发电为主。

由于燃煤机组的不断增加，电厂规模的不断扩大，导致了粉煤灰排放量的急剧增加。

1985年火电厂排灰渣总量为3768万吨，到1995年增加到9936万吨，平均每年增加560万吨。

按目前的煤种，以全国平均计，每增加10MW装机容量每年约增加近万吨粉煤灰的排放量。

到2000年粉煤灰排放量已达到1.2亿吨。

按目前的排灰状况和利用水平，冲灰用水量和贮灰场占地将要增加1倍，分别达到10多亿吨和40多万亩。

以上海市为例，按1978~2001年的统计，全市共排放粉煤灰5512.2万吨，累计利用量为4822.6万吨，按每处置1吨灰包括贮灰场基本建设和运行费用15元计，则为国家共节约资金7.23亿元，而且减少贮灰场占地约1万亩，其中有的利用途径还具有明显的经济效益。

一、粉煤灰概述1、概念：从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称为粉煤灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。

粉煤灰的燃烧过程：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，而煤粉中的不燃物(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。

随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷呈玻璃体状态，从而具有较高的潜在活性。

在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器，被分离、收集，即为粉煤灰。

2、粉煤灰使用的优点在混凝土中掺加粉煤灰节约了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。

3、粉煤灰的用途1）等级标准：国标一级：采用优质粉煤灰和高效减水剂复合技术生产高标号混凝土的现代混凝土新技术正在全国迅速发展。

国标二级：优质粉煤灰特别适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、抗硫酸盐混凝土和抗软水侵蚀混凝土及地下、水下工程混凝土、压浆混凝土和碾压混凝土。

国标三级：粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性强、终饰性改善、抗冲击能力提高、抗冻性增强等优点。

2）粉煤灰的品种及主要用途煤在锅炉中燃烧后有两种形状的固态残留物——灰和渣。

随烟气从锅炉尾部排出的，主要是经除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰，简称灰或飞灰；颗粒较大或呈块状的，是从炉堂底部收集出来的称为炉底渣，简称渣。

我们通常讲粉煤灰综合利用，也包括渣在内。

根据燃煤电厂燃烧的煤种不同,排放收集的粉煤灰就有低钙粉煤灰和高钙粉煤灰之分.按照上海市标准DBJ08—230—98<高钙粉煤灰混凝土应用技术规程>的规定,凡氧化钙含量大于8%或游离氧化钙含量大于1%的粉煤灰称为高钙粉煤灰.故一般情况下,高钙灰和低钙灰都是以测定粉煤灰中氧化钙含量或游离氧化钙含量的数值来区分的.通常高钙粉煤灰的颜色偏黄,低钙粉煤灰的颜色偏灰。

随着人们对煤灰研究开发利用的不断深入,粉煤灰综合利用途径趋广泛。

目前粉煤灰可应用于墙体材料,水泥生产,混凝土和砂浆,筑路,回填等领域。

4、粉煤灰基本性质煤炭燃烧过程中产生大量粉煤灰，2011年我国利用煤炭产量达32亿吨，其中近半煤炭用于发电，按照四吨煤一吨灰，2011年我国产生4亿吨粉煤灰，根据国家十二五煤炭发展规划，2015年我国煤炭产能将达41亿吨，煤炭产量39亿吨，其中一半用于发电，届时新增粉煤灰将达到约5亿吨，数量惊人，有效合理利用粉煤灰已成为许多人研究探索的课题。

1）粉煤灰的物理特征粉煤灰是一种白色或灰色粉状物料，是一种多孔性松散固体的集合物，燃煤产地、燃烧条件与处理方法等因素决定了粉煤灰的组成及性质，它的PH值在9~11之间，表观密度0.55~0.8g/cm3，孔隙率60~70%，比表面积2900~4000cm2/g。

2）粉煤灰的物质组成粉煤灰元素组成复杂，主要氧化物有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等，其含产量随着燃煤产地不同而有所区别，其中SiO2含量在30~60%之间，Al2O3含量在25~50%之间，SiO2、Al2O3、Fe2O3总和在70%左右，Al2O3含量以蒙煤、晋煤和陕煤所产生粉煤灰最高，最高者Al2O3含量接近50%。

物质组成具体数据如下表：表1-1 粉煤灰中的主要氧化物3）粉煤灰的物相组成粉煤灰来自于煤中的无机组分，粉煤灰的物相组成是粉煤灰的一个重要指标。

煤粉在燃烧过程中，其无机矿物经历了分解、烧结，熔融及冷却等过程，冷却后的粉煤灰基本上可分为玻璃体及结晶矿物两大类，粉煤灰玻璃体组分主要是SiO2、Al2O3、Fe2 O3等，晶体矿物主要是莫来石（3 Al2O3•2SiO2）、石英、磁铁矿、赤铁矿等，而且通常是玻璃晶体包裹晶体矿物的形态方式存在，粉煤灰中物相大致组成如下表：表1-2 粉煤灰中物相组成4）粉煤灰的物相组成对其活性的影响粉煤灰的活性不仅取决于其化学成分，而且与其物相组成密切相关，玻璃体是粉煤灰中具有活性的物相，玻璃体含量越高，粉煤灰活性越高，也就是说粉煤灰越容易参与化学反应，而莫来石（3 Al2O3•2SiO2）含量越高，则活性越差，活性低的粉煤灰只有在特殊的化学环境条件下，才能参与化学反应。

一般情况下，粉煤灰中Al2O3大部分存在于莫来石中，这就决定了想要粉煤灰中绝大部分Al2O3参加化学反应，必须强化其活性，以破坏莫来石中的SiO2—Al2O3键。

5）粉煤灰的资源利用粉煤灰应用和研究在技术上分为低、中、高三个方面，低技术是指粉煤灰用于筑路、土壤改良等方面。

中技术是指粉煤灰用于水泥工业、混凝土的掺和料或分离出空心玻璃微珠，以用于耐火材料、保温材料等等，目前中、低技术的应用日趋完善，但粉煤灰的大量常规金属如铝等未能有效利用，如何结合各地的地缘和资源优势，充分利用粉煤灰的有效成分，变废为宝，解决环境压力，已成为精细化利用的主要内容，如利用粉煤灰生产聚合硫酸铝、结晶氯化铝、聚合氯化铝，提取氯化铝等。

6）粉煤灰的颜色：粉煤灰外观类似水泥，由于燃烧条件以及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，它不仅可以反映含碳量的多少和差异。

而且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。

二、粉煤灰加工处理方式为了更有效拓宽粉煤灰开发和利用渠道，提高粉煤灰利用挡次，以进一步提高企业经济与社会效益。

近几年来，各电站普遍对粉煤灰进行精加工。

即选用1、分选2、磨细3、分选+磨细组合方式。

1、选用分选或磨细或两者组合方式的先决条件.1）应确保电除尘器或布袋收尘器及气力输灰系统运行可靠.2）应力求煤源包括掺烧煤源的稳定，掺烧煤种应力求掺均，特别是应重视灰中Cao和f—Cao含量的变化。

2、选用分选方案分选即将电除尘器或布袋收尘器第一电场分离下来的粗灰下行筛选，将掺混在粗灰内的部分一、二级细灰分离出来进入细灰库，将分离后残留的粗灰进入粗灰库。

再按质销售。

所以在选用分选分案时应首先将原灰进行检测。

若原灰中一、二级细灰的含量低于20％，则选用分选方案意义不大，即效益太低。

若接近40％，则可选用。

选用分选方案的优点(1)系统简单(2)施工时间短，见效快。

一般安装、调试仅需2—3月。

(3)分选技术日趋完善，分级机的运行可靠性提高.(4)分选后粉煤灰外层玻璃体未遭破坏，其化学内能和表面自由能大，活性较高，对混凝土强度的贡献较大。

如三峡水电站掺用粉煤灰全部是经分选后的一级灰.3、选用磨细方案所谓磨细即将电除尘器或布袋收尘器第一电场分离下来的粗灰全部进球磨机进行碾磨，而磨细灰可全部达国家一级或二级灰标准。

再进入细灰库。

选用磨细方案的优点(1)粗粉煤灰可100％全部利用。

产量高，磨细灰质量也较稳定.(2) 当碾磨高钙灰时，能降低和改善士f—Cao的功能。

4、选用分选和磨细的组合方案所谓分选和磨细的组合方式即上述两种方式的叠加。

即对选用分选方案经分离后残留的粗灰再进至球磨机进行碾磨。

其磨细灰与分选后细灰均进至细灰库内。

该组合方式的优缺点更明显，即同时吸取分选和磨细方案的优点，当然，其投资、维护工作量、运行费用等环保问题的处理均明显增加。

但其经济效益和社会效益可观。

一般情部下，投资回收期也就一年左右。

5、如何正确选择上述粉煤灰精加工方案。

1）电站锅炉若已投产1—2台，燃用煤种稳定为低钙灰煤种，且在原灰中一、二级细灰的含量达30—40％左右，一般推荐选用分选方案.2）电站锅炉若已投产3～4台或更多台数，燃用煤种稳定为低钙灰煤种。

上述各锅炉已装置分选系统，考虑到粗灰能100％全部利用及改善周边环境状况，推荐选用磨细方案，可增装1台球磨机为碾磨全部粗灰的补充。

若该锅炉燃用高钙灰的煤种，又未选用分选系统，则为了降低和改善f—Cao含量，可考虑选用磨细方案.3、组合方案应在全厂锅炉投产超过3—4台后统一选择为妥。

例如：××电站的选用颇为稳妥。

该厂一期2X300MW机组，燃用神府东胜煤，其灰属高钙灰。

为降低和改善f—Cao含量，选用磨细方案，即安装一台FMF系列球磨机。

每小时可磨制原灰14～15吨。

随着××电站二期工程4X600MW机组先后投产，共选用2套分选方案。

其排放粗灰，再运至一期球磨机进行碾磨，并已留有再增加一台球磨机空间，以碾磨4X600MW机组全部粗灰。

这方案比在1~2台锅炉上选用组合方案要合理多了。

6、上述方案投用后应做工作不管选用分选或磨细或组合方案，投用后应抓紧做好性能和出力试验，完善粉煤灰计量装置，建立和完善粉煤灰质保体系，包括定期监测粉煤灰细度和各项指标等内容。

尽快开拓粉煤灰在周边地区应用力度，建立销售网络，健全运作机制，可以说，粉煤灰应用的前景是相当好的。

三、粉煤灰精细化利用的主要工艺路线粉煤灰精细化利用提铝、硅等有用物质，前人已进行了大量研究，工艺方法各不相同，各种发明专利也很多，但不外乎煅烧、引入助溶剂、一定温度压力下酸浸、使用微波辐射或这些方法配合使用等，主要方法叙述如下：1、石灰石烧结法石灰石烧结法的基本原理是通过高温烧结活化，莫来石和石英分别转化为七铝酸十二钙和硅酸二钙，然后用碳酸钠溶出得到铝酸钠溶液，实现固液分离，溶液进入氧化铝生产工序制得Al2O3。