粉煤灰的綜合利用

（一）粉煤灰來源

全國煤炭產(chǎn)量的大約30％用于發(fā)電，產(chǎn)生的粉煤灰和爐底渣的量非常大，1988年已達(dá)0．64×108t，被利用量約0．36×108t。

粉煤灰的主要來源是以煤粉為燃料的火電廠和城市集中供熱鍋爐，其中90％以上為濕排灰，活性較干灰低，且費(fèi)水、費(fèi)電、污染環(huán)境，也不利于綜合利用。為了更好地保護(hù)環(huán)境并有利于粉煤灰的綜合利用，考慮到除塵和干灰輸送技術(shù)的成熟，干灰收集應(yīng)成為今后粉煤灰收集的發(fā)展趨勢(shì)。 ·

我國多數(shù)大中型電廠粉煤灰的化學(xué)成分與粘土很相似，但其二氧化硅含量偏低，三氧化二鋁含量偏高。含碳量少于8％的占68％，隨著鍋爐燃燒技術(shù)的提高，含碳量趨向于進(jìn)一步降低。粉煤灰的細(xì)度隨煤粉細(xì)度、燃燒條件和除塵方式不同而異，多數(shù)電廠粉煤灰細(xì)度為4900孔篩篩余10％～20％。各電廠粉煤灰容重差異較大，一般為700～1000kg／m3。

（二）粉煤灰綜合利用技術(shù)

目前，我國粉煤灰的大宗利用途徑是生產(chǎn)建筑材料、筑路和回填。

粉煤灰建筑材料的性能與傳統(tǒng)的建筑材料相比有許多優(yōu)點(diǎn)。如粉煤灰加氣混凝土，其干容重只有500kg／m3，不到粘土磚的1／3；導(dǎo)熱率為0．11～0．13W／(m·K)，約為粘土磚的1／5，具有輕質(zhì)、絕熱、耐火等優(yōu)良性能。硅酸鹽砌塊強(qiáng)度達(dá)到100～150號(hào)，導(dǎo)熱系數(shù)比普通混凝土小一倍，且砌筑效率高。粉煤灰燒結(jié)磚比普通粘土磚輕15％～20％，，導(dǎo)熱系數(shù)只有粘土磚的70％。粉煤灰陶粒性能優(yōu)于天然輕骨料，用其配制的混凝土不僅容重輕，而且具有保溫、隔熱、抗沖擊等優(yōu)良性能，在高層建筑、大跨度構(gòu)件和耐熱混凝土中得到應(yīng)用。粉煤灰硅酸鹽水泥干縮性小，水化熱低，抗裂性、和易性與可泵性好，特別適用于大壩工程及泵送混凝土施工。

粉煤灰含有一定的殘留碳，用其燒制建筑材料可節(jié)約大量能量。當(dāng)粉煤灰熱值為500×4。19kJ／kg，摻用量為40％時(shí)，可節(jié)約燒磚用煤50％。生產(chǎn)粉煤灰砌塊的能耗僅為同體積粘土磚的60％左右。

利用粉煤灰生產(chǎn)建筑材料、筑路和回填可以節(jié)約大量粘土。對(duì)粉煤灰燒結(jié)磚，粉煤灰摻加量一般為30％一50％，最高到70％，相應(yīng)節(jié)約用土30％～?0％。

粉煤灰用于筑路和回填是投資少、見效快的一種直接大用量利用粉煤灰的途徑。此種道路壽命長(zhǎng)，維護(hù)少，可節(jié)約維護(hù)費(fèi)用30％～80％。

目前我國粉煤灰綜合利用技術(shù)主要有以下九種。

1、生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚

粉煤灰燒結(jié)磚是以粉煤灰和粘土為原料，經(jīng)攪拌、成型、干燥、焙燒制成的磚。粉煤灰摻量30％～70％，其生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備與普通粘土磚基本相同，主要是多了粉煤灰的貯運(yùn)、計(jì)量、脫水和攪拌設(shè)備。利用粉煤灰生產(chǎn)燒結(jié)磚技術(shù)成熟，所用的粉煤灰燒失量不限，只要粘土有足夠的塑性，在生產(chǎn)粘土磚的基礎(chǔ)上，添加些必要的設(shè)備，仍采用擠出成型，無論是在輪窯還是在隧道窯里都能燒制粉煤灰磚。過去磚廠采用國產(chǎn)設(shè)備和傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，粉煤灰摻量只有40％左右。近幾年采用了國外的技術(shù)和設(shè)備，粉煤灰摻量提高到60％～70％。

實(shí)踐表明：用于燒制粉煤灰燒結(jié)磚的粉煤灰中Si02的含量不宜高于70％，超過此含量，混合料的塑性大大降低，制品的抗折和抗壓強(qiáng)度較低；A1203的含量以15％～25％為宜，低于10％時(shí)，制品強(qiáng)度低，高于25％時(shí)，雖制品強(qiáng)度高，但燒成溫度提高；Fe203含量以5％～10％為宜，含量過高，將縮小混合料的燒成溫度范圍，給焙燒工序操作造成困難；MgO和硫化物含量越小越好，MgO含量一般不應(yīng)超過3％，硫化物的含量最好小于1％。

2、生產(chǎn)粉煤灰蒸養(yǎng)磚

粉煤灰蒸養(yǎng)磚是以粉煤灰為主要原料，摻人適量骨料生石灰、石膏，經(jīng)坯料制備、壓制成型、常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而制成的磚。粉煤灰在濕熱條件下，能與石灰、石膏等膠凝材料反應(yīng)，生成具有一定強(qiáng)度的水化產(chǎn)物。粉煤灰摻量約為65％，生產(chǎn)工藝分高壓養(yǎng)護(hù)和常壓養(yǎng)護(hù)兩類。高壓養(yǎng)護(hù)的磚強(qiáng)度較高。對(duì)粉煤灰要求含碳量低，活性高。生產(chǎn)工藝包括原料處理、計(jì)量、攪拌、消化、輪碾、成型和養(yǎng)護(hù)等工序。消化可提高料溫，縮短磚坯靜停時(shí)間；輪碾可起到攪拌、活化和壓實(shí)的作用。磚坯通常采用半干壓法成型，常用設(shè)備有八孔、十六孔轉(zhuǎn)盤式壓磚機(jī)及杠桿式壓磚機(jī)等。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，蒸汽壓力一般為0．8MPa。

3、生產(chǎn)粉煤灰硅酸鹽砌塊

粉煤灰硅酸鹽砌塊以粉煤灰、石灰、石膏為膠結(jié)料，以爐渣為骨料，經(jīng)加水?dāng)嚢�、振�?dòng)成型、蒸汽養(yǎng)護(hù)而成。粉煤灰摻量為30％左右，爐渣占55％。生產(chǎn)粉煤灰硅酸鹽砌塊對(duì)粉煤灰的質(zhì)量要求是燒失量不大于15％。膠凝材料中要含有足夠高的氧化鈣，水灰比不宜大于0．55。生產(chǎn)工藝包括原材料加工處理、混合料的計(jì)量和制備、振動(dòng)成型和蒸汽養(yǎng)護(hù)。砌塊的容重一般為1800kg／m3左右，抗壓強(qiáng)度可達(dá)100—150號(hào)，其缺點(diǎn)是收縮值偏大，碳化系數(shù)偏低，抗凍性稍差。

4、生產(chǎn)加氣混凝土

粉煤灰加氣混凝土是以粉煤灰為基本原料，配以適量的生石灰、水泥、石膏及鋁粉等添加劑制成的一種輕質(zhì)混凝土建筑材料，粉煤灰摻量一般可達(dá)70％。這一產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)成熟，產(chǎn)品質(zhì)量已過關(guān)。國家頒布的有關(guān)加氣混凝土的試驗(yàn)方法(JG 256—275—80)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(JG 315—82)、應(yīng)用技術(shù)規(guī)范(JCl7—84)等，都包括了粉煤灰加氣混凝土。生產(chǎn)工藝和設(shè)備大體上與其他品種加氣混凝土相同。將經(jīng)過加工的、符合要求的原料按一定比例混合，并加入發(fā)泡劑等，經(jīng)攪拌澆注入模、發(fā)泡膨脹、靜停、切割，進(jìn)高壓釜養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)的蒸汽壓力一般為1—1．6MPa。若生產(chǎn)加氣混凝土板材，還需配備鋼筋車間，澆注前先將加工好的鋼筋網(wǎng)片固定在模具中。粉煤灰加氣混凝土的性能和其他品種加氣混凝土基本相同，使用范圍也相同。

5、生產(chǎn)粉煤灰陶粒

以粉煤灰為原料，加入一定量的膠結(jié)料和水，經(jīng)成球、燒結(jié)而成的輕骨料即為燒結(jié)粉煤灰陶粒。它是一種性能較好的人造輕骨料。其用灰量大，還可以充分利用粉煤灰中的熱值，粉煤灰摻量約80％。生產(chǎn)工藝一般由原料的磨細(xì)處理、混合料加水成球、焙燒等工序制成。燒結(jié)通常采用帶式燒結(jié)機(jī)、回轉(zhuǎn)窯或立波爾窯。帶式燒結(jié)機(jī)對(duì)原料的適用范圍大，生產(chǎn)操作方便，產(chǎn)量高，質(zhì)量較好，工藝技術(shù)成熟。用燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的粉煤灰陶粒的容重一般為650kg／m3，可以配制300號(hào)混凝土。

6、代替粘土做生產(chǎn)水泥的原料

粉煤灰的成分與粘土相似，可以替代粘土配料生產(chǎn)水泥，還可利用其殘余碳，在煅燒水泥熟料時(shí)可節(jié)約燃料。生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備與生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥一樣，無特殊工藝技術(shù)要求。但要注意配料方案的調(diào)整，嚴(yán)格控制各種原料的摻入量，以保證出磨生料化學(xué)成分符合要求。熟料煅燒采用機(jī)立窯或回轉(zhuǎn)窯均可。

7、粉煤灰做生產(chǎn)水泥的混合材料

在磨制水泥時(shí)，除摻加3％～5％的石膏外，還允許按水泥的品種和標(biāo)號(hào)添加一定量的材料與熟料共同粉磨，習(xí)慣上稱此材料為混合材料。

用粉煤灰做混合材料時(shí)，其質(zhì)量需達(dá)到GBl596—881、Ⅱ級(jí)灰的要求。根據(jù)粉煤灰的摻量，可生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥(粉煤灰摻量≤15％)和粉煤灰水泥(粉煤灰摻量20％～40％)。由于粉煤灰摻量增加，粉煤灰水泥與普通硅酸鹽水泥性能有所不同，主要是早期強(qiáng)度有所降低。在生產(chǎn)中對(duì)粉煤灰的均勻性要求嚴(yán)格。用60％～70％粉煤灰、25％～30％水泥熟料及少量石膏進(jìn)行研磨，可生產(chǎn)低標(biāo)號(hào)水泥，稱為砌筑水泥。這種水泥用灰量大，生產(chǎn)成本低，市場(chǎng)容量大，是很有開發(fā)前途的利廢產(chǎn)品。

粉煤灰做水泥混合材料最好用干灰，可以降低能耗和二次污染。干排灰可由密封罐車、密封罐船或通過管道用氣體輸送進(jìn)廠，經(jīng)貯庫、加料倉進(jìn)入水泥磨與熟料和石膏混磨。

8、粉煤灰在砂漿中可以代替部分水泥、石灰或砂

用于砂漿中的粉煤灰質(zhì)量要求不高，砂漿在建筑工程中用量很大，可利用大量粉煤灰。目前尚無國家或行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)范，在使用前需經(jīng)過配比試驗(yàn)。

用粉煤灰作混凝土摻和料，要求粉煤灰有較高的質(zhì)量，如細(xì)度要大、活性要高、含碳量要低。因此常用磨細(xì)粉煤灰，每立方米混凝土可用灰50～100kg，節(jié)約水泥50～100kg。摻粉煤灰的水泥凝結(jié)較緩慢，和易性好，能減少離析人泌水，可泵性能好，有利于較長(zhǎng)距離運(yùn)輸和泵送施工。

摻粉煤灰混凝土的制作工藝流程與普通混凝土基本相同，只是增加了粉煤灰這種原料需要增加相應(yīng)的儲(chǔ)存、計(jì)量和輸送設(shè)備。

9、粉煤灰用于筑路和回填

用粉煤灰、石灰和碎石按一定比例混合攪拌可制作路面基層材料。摻加量最高可達(dá)70％，對(duì)粉煤灰質(zhì)量要求不高，可根據(jù)《粉煤灰、石灰道路基層施工暫行技術(shù)規(guī)定》進(jìn)行生產(chǎn)和施工。

粉煤灰代替粘土筑路堤有全灰和間隔灰兩種，施工設(shè)備和步驟與粘土路堤相同。

粉煤灰均可滿足對(duì)填方材料的質(zhì)量要求，且粉煤灰對(duì)水質(zhì)不會(huì)造成污染。工程回填、圍海造田和礦井回填等可大量使用粉煤灰。

粉煤灰的特點(diǎn)及利用途徑

一、粉煤灰的特點(diǎn)

粉煤灰的顆粒組成。按照粉煤灰顆粒形貌，可將粉煤灰顆粒分為：玻璃微珠；海綿狀玻璃體（包括顆粒較小、較密實(shí)、孔隙小的玻璃體和顆粒較大、疏松多孔的玻璃體）；炭粒。我國電廠排放的粉煤灰中微珠含量不高，大部分是海綿狀玻璃體，顆粒分布極不均勻。通過研磨處理，破壞原有粉煤灰的形貌結(jié)構(gòu)，使其成為粒度比較均勻的破碎多面體，提高其比表面積，從而提高其表面活性，改善其性能的差異性。

二、粉煤灰的用途

粉煤灰可用作水泥、砂漿、混凝土的摻合料，并成為水泥、混凝土的組分，粉煤灰作為原料代替黏土生產(chǎn)水泥熟料的原料、制造燒結(jié)磚、蒸壓加氣混凝土、泡沫混凝土、空心砌磚、燒結(jié)或非燒結(jié)陶粒，鋪筑道路；構(gòu)筑壩體，建設(shè)港口，農(nóng)田坑洼低地、煤礦塌陷區(qū)及礦井的回填；也可以從中分選漂珠、微珠、鐵精粉、碳、鋁等有用物質(zhì)，其中漂珠、微珠可分別用作保溫材料、耐火材料、塑料、橡膠填料。