燃煤发电厂的粉煤灰应用技术

摘要：粉煤灰是燃煤发电厂的废弃物，目前我国粉煤灰的利用率仅为40%左右，远远落后于欧美等发达国家。所以加强粉煤灰的开发利用的研究工作，不仅有利于减少环境污染，而且可以造福全社会。本文介绍了目前粉煤灰在建材制造、建筑工程、道路工程、农业、废水处理中的应用现状以及未来的应用前景。 根据目前的利用现状，提出粉煤灰的综合利用应以大批量用灰为重点，把提高经济效益、社会效益有机结合作为主攻方向，逐步完善比较成熟的技术，大力推广成熟的技术，积极采用国际先进技术和装备，不断提高利用技术水平。另外还要不断拓宽粉煤灰的利用范围，开拓新的应用领域。 总之，粉煤灰的综合利用不仅有利于消除污染，保护环境，而其能够变废为宝，创造可观的经济效益，是我国一项长期的技术经济政策。 关键词：燃煤电厂；节能减排；粉煤灰；综合利用 粉煤灰是燃煤发电厂的废弃物。火电厂的锅炉一般以煤粉为主要燃料，煤粉在高温下燃烧后，由烟道气带出并经除尘器收集的粉尘。燃烧后产生大量的粉煤灰，必须花费大量人力物力，贮存处理，并对周围环境造成污染。近年来粉煤灰的综合利用得到各方面的广泛重视。 近年来随着电力工业的迅速发展，电厂粉煤灰的排泄量不断增加。1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2009年达到3.75亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产节能减排所面临解决的任务之一。 1粉煤灰的物理化学性质 1.1粉煤灰的物理化学性质 粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度、比表面积、需水量等，这些性质是化学成分及矿物组成的宏观反映。由于粉煤灰的组成波动范围很大，这就决定了其物理性质的差异也很大。我国粉煤灰粒径一般在0.5～300μm之间，平均容量为783kg/m3，平均比重为2.14g/cm3。 在粉煤灰的形成过程中，由于表面张力作用，粉煤灰颗粒大部分为空心微珠；微珠表面凹凸不平，极不均匀，微孔较小；一部分因在溶融状态下互相碰撞而连接，成为粗糙表面，棱角较多的蜂窝状粒子，正是基于此粉煤灰具有非常大的比表面积，一般为1600～3500cm2/g，需水量比约为106%。 1.2粉煤灰的化学性质 粉煤灰主要的化学成分是SiO2、Al2O3和Fe2O3，另外还含有未燃尽的碳粒、CaO和少量的MgO、Na2O、K2O等。这些化学成分主要以玻璃体、海绵状玻璃体、石英、氧化铁、碳粒、硫酸盐、云母、长石、石灰、氧化镁、石膏、硫化物、氧化钛等矿物的形式存在。 粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及水存在时，能在常温，特别是在水热处理(蒸汽养护)条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料[1]。 2粉煤灰主要的用途 2.1在建筑方面的应用 粉煤灰建筑方面上的应用是目前最大的用途，主要技术有：粉煤灰水泥，混凝土掺合料，道路工程等。粉煤灰具有和粘土相类似的化学成分，它可以代替粘土组分进行配料生产水泥[2,3]。已研制出硅酸盐水泥、硅酸三钙水泥、硫酸铝酸钙水泥等，有的粉煤灰掺量可达75%。 由于粉煤灰中含有一定量的未能燃烧的碳粒，所以用粉煤灰配料还能节省燃料。用粉煤灰代替部分粘土烧制的砖。它的性能与普通砖相比，强度相同，而重量约轻20％，导热系数小，能改善物理性质，砖坯不易风裂，易于干燥，可减少晾坯时间和场地，可少用燃料，降低单耗，节约能源。产品使用时与烧结普通砖完全相同，便于应用。 用于烧砖的粉煤灰质量要求较低，化学成分无特殊要求。粘土塑性指数越高，可掺入粉煤灰的比例越大。例如塑性指数在11时，约可接粉煤灰30％（体积比）左右。 粉煤灰用作混凝土掺合料，可改善混凝土的性能，节约水泥，降低成本，成为粉煤灰综合利用的一条有效途径。1980年法国在混凝土中直接掺加的粉煤灰达36万吨，英国为50万吨，美国等国家的商品混凝土70～80％都掺加粉煤灰。 上海在1988年掺入混凝土中的粉煤灰达6万多吨，仅以节约水泥估算，创经济价值1000余万元，降低工程造价700余万元。在混凝土中掺加粉煤灰综合经济效益显著。一般每立方米混凝土中磨细灰用量50～90kg，节约水泥幅度为37～57kg。砌筑砂浆中可用磨细灰取代25～30％水泥，相应可节约混凝土或砂浆成本3～5％。 掺用磨细灰还可以大幅度降低水泥混凝土的单位能耗，150～200号普通混凝土单位能耗为66kg标准煤/立方米，用70kg磨细灰代50kg水泥的150～200号掺灰量混凝土单位能耗55kg标准煤/立方米，节能17％，节约水泥23％，相应300号掺入混凝土大约可节能耗20％。混凝土中掺加粉煤灰综合经济效益和社会效益显著[4,5]。 粉煤灰在道路工程中作为填筑材料使用，是大用量、直接利用的一种重要途径，用灰量占利用总量的20％。国内外已广泛应用于道路路堤和广场、机场、港区的地基，以及用于拦水坝和地貌改造等工程。 用粉煤灰、石灰及其它掺入材料（碎石）按合适的比例、最佳含水量、合理的工艺配合拌制均匀而成的混合料修筑道路基层和代替土修筑路堤。粉煤灰石灰类混合料是一种缓凝性的硅酸盐材料，用它铺筑的道路基层将会结成整体层。这种混合料适用于修筑道路基层、底基层。上海的沪嘉、莘松高速公路及河北省石安高速公路等也都大量地使用了粉煤灰修筑路堤。 2.2在环境治理方面应用 粉煤灰具有比表面积大、孔隙多、吸附性能好等特点，用于处理各种工业污水[10]。当粉煤灰与工业废水接触后，就吸附废水中的有机和无机等污染物，直接达到吸附平衡为止。吸附包括物理吸附和化学吸附。 物理吸附效果取决于粉煤灰的多孔性及比表面积；化学吸附主要是其表面具有大量的Si–O–Si键、Al–O–Al键与具有一定极性的分子产生偶极-偶极键的吸附，或是阴离子与粉煤灰中次生的带正电荷的硅酸铝、硅酸钙、硅酸铁之间形成离子交换或离子对的吸附。粉煤灰所含的Al3+、Fe3+具有絮凝沉淀作用，与粉煤灰构成吸附絮凝沉淀[6,7]。 使用粉煤灰处理印染纺织废水[8]，COD去除率一般在85%左右，色度去除率高达95%，对悬浮物的去除效果最好，为96.6%，处理效果令人满意。 另外，粉煤灰中含有的沸石、碳粒等无机离子有交换特性和很强的吸附脱色作用。它对含铜、铬、氟[9-11]无机离子的污染物具有很好的去处作用。总之粉煤灰可制成絮凝剂，高分子筛和过滤介质等，对造纸、电镀、印染、中草药等行业产生的废水具有一定的净化作用，还可利用不同pH值的粉煤灰处理酸性和碱性废水。利用粉煤灰处理污水不仅处理效果好，运行稳定，而且费用特别低，是一种非常好的废水处理工艺。 2.3粉煤灰的其它应用 根据粉煤灰中化合物化学性质，利用多种化学反应，目前已提取出铝、锗、镓、银、镉、铀等多种金属。铁矿物很容易用磁选方法回收。一般除铁率在50-60%。铝的量很大，已开发出酸浸法(氢氟酸、盐酸、硫酸、硝酸、有机酸等)、碱性烧结法以及高温氧化法等。可用电热法制取硅铝钡铁合金。这是粉煤灰综合利用的一条可行途径。粉煤灰中部分具有工业价值的稀有元素通常在细粒飞灰中富集，若达到工业品位，可予以提取利用。 粉煤灰中除少量未燃尽煤和磁性铁外，其余的大部分物质具有良好的机械性能、化学稳定性及绝缘热性能，可用作廉价的填料。但粉煤灰属于亲水性无机矿物质，需进行改性处理，使之能均匀稳定地分散于有机基质中与基体牢固结合。可作表面改性的有偶联剂和脂肪酸类。经过处理的粉煤灰可部分或全部替代轻质炭黑、白炭黑、轻质碳酸钙等常规橡胶填料。 结论 粉煤灰的综合利用应以大批量用灰为重点，把提高经济效益、社会效益有机结合作为主攻方向，逐步完善比较成熟的技术，大力推广成熟的技术，积极采用国际先进技术和装备，不断提高利用技术水平。另外粉煤灰作为一种人造资源还应加大开发力度，开拓新的应用领域。由于粉煤灰的种类日趋复杂和多样化，其资源化利用向多元化方向发展。 像在粉煤灰中筛选活性炭，提取矿物和各种金属化合物，冶炼三元合金等。加大作为填充材料在塑料、橡胶行业的研究推广力度。总而言之，粉煤灰的综合利用不仅有利于消除污染，保护环境，而其能够变废为宝，创造可观的经济效益，是我国一项长期的技术经济政策。 来源：北极星节能环保论坛