1、粉煤灰的性質(zhì)及其資源化利用,1,粉煤灰的定義及產(chǎn)生,(GBT15962005)用于水泥和混凝土中的粉煤灰中定義： 電廠煤粉爐煙道氣中收集的粉末稱為粉煤灰。 粉煤灰主要產(chǎn)生于燃煤電廠。煤粉在爐膛中呈懸浮狀態(tài)燃燒，燃煤中的絕大部分可燃物都能在爐內(nèi)燒盡，而不燃物(主要為灰分)大量混雜在高溫?zé)煔庵?，這些不燃物因受到高溫作用而部分熔融，同時由于其表面張力的作用，形成大量細(xì)小的球形顆粒，在鍋爐尾部引風(fēng)機(jī)的抽氣作用下，含有大量灰分的煙氣流向爐尾，隨著從高溫到溫度急劇下降的過程中形成了大量表面光滑的球狀玻璃體,其顆粒比水泥細(xì),比表面積很大,因此具有很強(qiáng)的活性。在引風(fēng)機(jī)將煙氣排入大氣之前，上述這些細(xì)小的球形顆粒

2、，經(jīng)過除塵器被分離、收集，即形成粉煤灰。,2,1 燃煤電廠發(fā)電流程,3,2 粉煤灰對環(huán)境的影響,2010年9月15日, 世界綠色和平組織發(fā)布調(diào)研報告稱“火力發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰排放，已經(jīng)成為中國工業(yè)固體廢物的最大單一污染源，但這種對環(huán)境和公眾健康損害巨大的污染物卻長期被忽視。2009年，中國粉煤灰產(chǎn)量達(dá)到了3.75億噸，相當(dāng)于當(dāng)年中國城市生活垃圾總量的兩倍多，其體積可達(dá)到4.24億立方米。,4,2 粉煤灰對環(huán)境的影響和危害,2.1 污染水源 目前,國內(nèi)對粉煤灰的大批量處理主要是回填,而回填帶來的主要問題是粉煤灰潛在的毒性對環(huán)境的長期影響,從而對地下水、土壤造成污染。粉煤灰浸出的一些微量重金屬元素也

3、會對環(huán)境造成影響。同時由于浸出的元素的環(huán)境遷移性,會對環(huán)境造成潛在的長期影響。,5,2 粉煤灰對環(huán)境的影響和危害,2.2 污染大氣 一般來講,對于粉煤灰的處理主要是回填和儲灰池存儲。電廠粉煤灰屬于固體廢物中細(xì)粒,粉塵隨風(fēng)飛揚(yáng),污染大氣。一些城區(qū)SO2、NOX能達(dá)到國家空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn),但總懸浮物和降塵這兩項(xiàng)污染物均超標(biāo),尤其是降塵污染較重。,6,2 粉煤灰對環(huán)境的影響和危害,2.3占用土地、污染土壤 粉煤灰的貯放方式可分為濕法貯灰與干法貯灰兩種。濕法貯灰運(yùn)行簡單、費(fèi)用低,無噪聲污染,輸送過程的揚(yáng)灰污染較易解決。但貯灰場的一次投資較高,解決滲漏與水質(zhì)污染問題比較困難,灰場貯滿后場地的利用較困難,

4、存在著灰漿漏失或潰壩的危險。我國粉煤灰的存儲量大,其堆放占用大量土地,而且遇水容易使粉煤灰中的元素滲透到土壤,污染環(huán)境。,7,3 國內(nèi)外粉煤灰綜合利用概述,3.1 國外粉煤灰利用情況 國外20世紀(jì)30年代就用粉煤灰配置混凝土 英國粉煤灰利用率為46.2%,德國65%, 法國75%。 美國把粉煤灰列入礦物資源的第七位，排在礦渣石灰與石膏之前。美國20世紀(jì)30、40年代就用粉煤灰建造水壩 日本也從20世紀(jì)50年代起用粉煤灰建造水壩 3.2 國內(nèi)粉煤灰利用情況 我國粉煤灰的綜合利用技術(shù)有近200 項(xiàng)，其中得到實(shí)施應(yīng)用的近70 項(xiàng)。但是相對來說我國粉煤灰的利用率還是較低產(chǎn)生的附加值并不是很高。所以我們

5、必須加緊對粉煤灰在高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究。 據(jù)資料統(tǒng)計，中國的粉煤灰堆積量已達(dá)到120億t，且每年以1.6 億t 速度增加，用這些粉煤灰堆成4 m 寬、4m 高的城墻，長達(dá)80，000km，比萬里長城長16 倍多，可以繞地球兩圈以上 目前我國粉煤灰利用率約為45左右,8,4 粉煤灰基本性質(zhì),物理性質(zhì) 粉煤灰外觀類似水泥，顏色在乳白色到灰黑色之間變化。粉煤灰的顏色是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，可以反映含碳量的多少和差異。在一定程度上也可以反映粉煤灰的細(xì)度，顏色越深，粉煤灰粒度越細(xì)，含碳量越高。 粉煤灰就有低鈣粉煤灰和高鈣粉煤灰之分。通常高鈣粉煤灰的顏色偏黃,低鈣粉煤灰的顏色偏灰。 粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩

6、狀組織，比表面積較大，具有較高的吸附活性，顆粒的粒徑范圍為0.5300m。并且珠壁具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高達(dá)50%80%，有很強(qiáng)的吸水性。,9,4 粉煤灰基本性質(zhì),化學(xué)性質(zhì) 粉煤灰是一種人工火山灰質(zhì)混合材料，它本身略有或沒有水硬膠凝性能，但當(dāng)以粉狀及有水存在時，能在常溫特別是在水熱處理(蒸汽養(yǎng)護(hù))條件下，與氫氧化鈣或其它堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬膠凝性能的化合物，成為一種增加強(qiáng)度和耐久性的材料。這也正是粉煤灰能夠用來生產(chǎn)各種建筑材料的原因所在。 粉煤灰化學(xué)成分的變化范圍及典型粉煤灰的學(xué)成分,10,4 粉煤灰基本性質(zhì),物相 粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物。 一般礦物含有石英、

7、莫來石、磁鐵礦、方鎂石、生石灰及無水石膏等。 非晶體礦物包括玻璃體、無定型碳和次生褐鐵礦等,其中玻璃體含量一般在50 %左右。,11,4 粉煤灰基本性質(zhì),形態(tài) 粉煤灰中主要有5 類特征顆粒: 不規(guī)則玻璃質(zhì)顆粒 未燃盡炭粒 復(fù)珠 富鐵微珠 富硅鋁玻璃微珠,12,不規(guī)則玻璃質(zhì)顆粒 粉煤灰中普遍含有數(shù)量不等的形態(tài)不規(guī)則、結(jié)構(gòu)疏松、粒徑較粗的多孔玻璃質(zhì)顆粒。這類多孔玻璃質(zhì)顆?；钚圆?多孔結(jié)構(gòu)需水量大,干燥時易使制品開裂,因此對于生產(chǎn)硅酸鹽燒結(jié)制品是不利的。,4.4 粉煤灰形態(tài),13,未燃盡炭粒 粉煤灰中的炭粒一般是形狀不規(guī)則的多孔體。炭粒內(nèi)部多孔、結(jié)構(gòu)疏松、易碾碎、孔腔吸水性高 。粉煤灰中炭粒粒徑較大

8、,一般大于粉煤灰的平均粒徑,小顆粒以片狀居多,含有少量角粒狀。粉煤灰中的炭粒對粉煤灰的綜合利用會產(chǎn)生負(fù)面影響,其高溫?zé)Y(jié)燒失量大,是制備燒結(jié)磚的有害成分。,4.4 粉煤灰形態(tài),14,復(fù)珠在粉煤灰中,有些微珠里面包含大量細(xì)小玻璃微珠的顆粒,或是柱狀顆粒相互粘連成形狀不規(guī)則顆粒,密度往往較大,置于水中能夠下沉,表面發(fā)育有氣孔,這些稱為復(fù)珠或沉珠。前者通常稱為子母珠,后者稱為珠連體。一些研究證明,含有復(fù)珠是粉煤灰品質(zhì)較好的一個標(biāo)志。,4.4 粉煤灰形態(tài),15,富鐵微珠富鐵微珠是沉珠的一種,其中鐵含量較高，鐵質(zhì)主要構(gòu)成顆粒的殼壁,外觀顏色較深。圓形居多,球體發(fā)育較好,有少量含鐵量較低的呈多孔不定形狀,

9、其中包含有很多小微珠或外層包裹一層莫來石或石英結(jié)晶體。富鐵微珠主要存在于粗灰中。,4.4 粉煤灰形態(tài),16,富硅鋁玻璃微珠 粉煤灰的主要化學(xué)成分為SiO2 和Al2O3 ,兩者含量占60 %以上,鋁硅元素以玻璃體形式存在,玻璃體中以圓球居多，表面較光滑,球形度好。粉煤灰的火山灰活性與硅鋁玻璃體的含量有關(guān),能夠參與化學(xué)反應(yīng)的硅鋁酸鹽玻璃體數(shù)量越多,粉煤灰的活性就越好。,4.4 粉煤灰形態(tài),17,4 粉煤灰基本性能,4.5 水化活性 粉煤灰最主要的三大效應(yīng)。 形態(tài)效應(yīng) 在顯微鏡下顯示，粉煤灰中含有70以上的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑，質(zhì)地致密。這種形態(tài)對混凝土而言，無疑能起到減水作用、致密作用和

10、勻質(zhì)作用，促進(jìn)初期水泥水化的解絮作用，改變拌和物的流變性質(zhì)、初始結(jié)構(gòu)以及硬化后的多種功能，尤其對泵送混凝土，能起到良好的潤滑作用。 活性效應(yīng) 粉煤灰的“活性效應(yīng)”因粉煤灰系人工火山灰質(zhì)材料，所以又稱之為“火山灰效應(yīng)”。這一效應(yīng)能對混凝土起到增強(qiáng)作用和堵塞混凝土中的毛細(xì)組織，提高混凝土的抗腐蝕能力。 微集料效應(yīng) 粉煤灰中粒徑很小的微珠和碎屑，在水泥中可以相當(dāng)于未水化的水泥顆粒，極細(xì)小的微珠相當(dāng)于活潑的納米材料，能明顯地改善和增強(qiáng)混凝土及制品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高勻質(zhì)性和致密性。 這三種效應(yīng)相互關(guān)聯(lián)，互為補(bǔ)充。粉煤灰的品質(zhì)越高，效應(yīng)越大,18,5 粉煤灰的資源化利用,我國燃煤電廠基本上是燃用煙煤，粉煤灰

11、中CaO 含量偏低，屬于低鈣灰，但Al2O3 含量一般比較高，燒失量也比較高，這是其特點(diǎn)。此外，我國少數(shù)電廠用褐煤發(fā)電或?yàn)榱嗣摿蚨鴩姛沂?、白云石產(chǎn)生的灰， CaO 含量都在30%以上。目前開發(fā)中的神木煤就是優(yōu)質(zhì)褐煤，燒成的灰就是高鈣灰。我國自20 世紀(jì)50 年代起開展對粉煤灰的研究,已在許多領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。根據(jù)利用量與技術(shù)水平,可將粉煤灰綜合利用的項(xiàng)目分為以下3類 : 高容量低技術(shù)利用,如粉煤灰回填、筑堤、灌漿等; 中容量中等技術(shù)利用,主要是在建筑材料方面的利用,如用作水 泥原料、混合材等; 低容量高技術(shù)利用,主要指具有較高經(jīng)濟(jì)效益的高新技術(shù),如金屬與礦物的分選等。 目前,就國內(nèi)外粉煤灰綜

12、合利用的情況來看,粉煤灰在建材、建筑、道路、填筑和農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)比較成熟。,19,5 粉煤灰的資源化利用,5.1 粉煤灰在建筑材料方面的應(yīng)用 建筑業(yè)對我國來說是支柱性產(chǎn)業(yè)，在建筑工程及建筑材料生產(chǎn)中對粉煤灰進(jìn)行綜合利用，可以顯著減少粉煤灰的占地，節(jié)約電廠排灰用水，充分利用資源?，F(xiàn)在，粉煤灰在建筑領(lǐng)域的綜合利用已經(jīng)變?yōu)榻ㄖI(yè)經(jīng)濟(jì)增長的一大鏈條。比如，水泥廠每多用1 噸粉煤灰，就節(jié)省1 噸礦石，減少排放1 噸二氧化碳廢氣，至少節(jié)省50 ，節(jié)約占地0.1334m2。 利用粉煤灰生產(chǎn)的建材產(chǎn)品有數(shù)十種,主要產(chǎn)品有粉煤灰水泥、燒結(jié)粉煤灰磚、粉煤灰陶粒、粉煤灰面磚等。,20,5.1 粉煤灰在建筑材料方面

13、的應(yīng)用,粉煤灰水泥 粉煤灰主要由活性SiO2 和Al2O3 組成,因而可替代黏土組分配料用于水泥生產(chǎn)。用粉煤灰生產(chǎn)水泥不僅具有經(jīng)濟(jì)效益,還具有社會效益。目前,國內(nèi)已研制出硅酸三鈣水泥、硫鋁酸鈣水泥、低比重油井水泥、早強(qiáng)型水泥等,有的水泥中粉煤灰的摻量可達(dá)75 %。此外,由于粉煤灰中含有一定量的未能燃燒的碳粒,所以,用粉煤灰配料還能節(jié)省燃料。,21,5.1 粉煤灰在建筑材料方面的應(yīng)用,粉煤灰混凝土 粉煤灰混凝土泛指摻加粉煤灰的混凝土。實(shí)踐證明,在配制混凝土混合料時摻入一定數(shù)量和質(zhì)量的粉煤灰,可達(dá)到改善混凝土性能、節(jié)約水泥、提高混凝土制品質(zhì)量和工程質(zhì)量、降低制品生產(chǎn)成本和工程造價的目的。我國對粉煤

14、灰混凝土的研究開發(fā)已經(jīng)過半個多世紀(jì)的歷程,目前已廣泛應(yīng)用于土木工程、建筑工程以及預(yù)制混凝土制品和構(gòu)件等方面。,22,5.1 粉煤灰在建筑材料方面的應(yīng)用,粉煤灰燒結(jié)磚 粉煤灰磚比粘土磚輕10%20%，可減輕建筑物自重和建筑工人勞動強(qiáng)度；粉煤灰可作粘土塑化劑，磚在干燥過程中裂紋少，損失率低。生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚工藝簡單，建廠速度快，吃灰量大。粉煤灰砌塊和粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊。以粉煤灰、石灰、石膏和骨料為原料、加水?dāng)嚢枵駝雍蟪尚汀Ｕ羝B(yǎng)護(hù)而成的密實(shí)砌塊可用于民用和工業(yè)建筑的墻體和基礎(chǔ)。以粉煤灰為主要原料、水泥為膠凝材料，加白灰、石膏、發(fā)泡劑，經(jīng)配料澆注、靜停切割,高壓蒸養(yǎng)制成粉煤灰加氣混凝土砌塊。具

15、有質(zhì)量輕,隔熱保溫,隔音等特性。廣泛用于框架結(jié)構(gòu)填充材料。,23,5.1 粉煤灰在建筑材料方面的應(yīng)用,粉煤灰陶粒 它是以粉煤灰為原料，加入一定量的膠結(jié)料和水，經(jīng)成球、燒結(jié)而成的人造輕骨料，用灰量大(粉煤灰摻量約80%)、質(zhì)輕、保溫、隔熱、抗沖擊，用其配制的輕混凝土容重可達(dá)1353017260N/m3、抗壓強(qiáng)度可達(dá)2060MPa，適用于高層建筑或大跨度構(gòu)件，其質(zhì)量可減輕33%、保溫性可提高3 倍。陶?；炷烈褟V泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑的各類型預(yù)構(gòu)件和現(xiàn)澆混凝土工程中（如預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力的、承重結(jié)構(gòu)或圍護(hù)的、隔熱或抗?jié)B的，靜載或動載的）。陶粒還可應(yīng)用于管道保溫、爐體保溫隔熱、保冷隔熱和隔音吸聲等其他

16、建筑材料；亦可用作農(nóng)業(yè)和園林中的無土基床材料及濾水材料。,24,5.2 粉煤灰在道路工程填筑方面的應(yīng)用,粉煤灰可代替部分傳統(tǒng)筑路材料廣泛用于路面、基層、填筑路堤及結(jié)構(gòu)回填等道路工程中。粉煤灰綜合利用管理辦法規(guī)定：凡具備粉煤灰(包括制品) 綜合利用條件的建筑和道路工程，其設(shè)計部門必須將充分利用粉煤灰及其制品納入設(shè)計方案，建設(shè)、施工單位應(yīng)確保使用。實(shí)踐證明，粉煤灰用于道路施工，工藝簡單，用灰量大，已普遍推廣應(yīng)用。,25,5.2 粉煤灰在道路工程填筑方面的應(yīng)用,粉煤灰用于水泥混凝土路面 粉煤灰與水泥的主要成分相同，但其成本遠(yuǎn)低于水泥。鋪筑水泥路面，用粉煤灰替代部分水泥，不但降低工程造價，且有利于降低

17、混凝土初始坍落度,延長混凝土初凝時間，減少運(yùn)輸過程中的坍落度損失，降低水化熱和混凝土溫度，有利于減少路面收縮裂縫，提高路面的抗壓強(qiáng)度。 粉煤灰用于路面基層 粉煤灰的滲透系數(shù)比粘土的滲透系數(shù)大得多，可提高路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性。石灰穩(wěn)定粉煤灰或石灰粉煤灰穩(wěn)定土在路面基層中的應(yīng)用比傳統(tǒng)材料優(yōu)越。因?yàn)槭铱墒够旌狭系淖罴押吭龃?，最大干密度減小，強(qiáng)度、鋼度、穩(wěn)定性提高，溫度收縮系數(shù)減小，對抗低溫縮裂有重要意義。 粉煤灰混凝土路面磚 粉煤灰混凝土路面磚以水泥和粉煤灰為混合膠結(jié)料，再配以骨料等，經(jīng)計量攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)制成。變更成型模具可制成方磚、連鎖路面磚、仿古磚、綠化植草磚、路沿磚等。采用分層布料，可制成

18、彩色粉煤灰混凝土路面磚。粉煤灰混凝土路面磚除具有普通混凝土路面磚的優(yōu)點(diǎn)和用途，其長期性能更好，已廣泛用于車行道、人行道、園林道路、廣場、庭院、仿古建筑道路、停車道等,26,5.3 粉煤灰在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用,用粉煤灰改良土壤粉 煤灰疏松多孔、比表面積大、保水、透氣好，可增加土壤孔隙度，提高地溫，改善粘質(zhì)土壤，促進(jìn)土壤中微生物活性，使水、肥、氣、熱趨向協(xié)調(diào),便于養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，作物生長。 用粉煤灰生產(chǎn)肥料 粉煤灰中含有大量農(nóng)作物所需的營養(yǎng)元素，如硅、鈣、鎂、鉀等，可生產(chǎn)各種復(fù)合肥，增產(chǎn)效果好，價格便宜。粉煤灰施入土壤，可以防止小麥銹病及果樹黃葉病等，增加農(nóng)作物對病蟲害的抵抗力。蔬菜試驗(yàn)表明，粉煤灰用量012%范圍內(nèi)，隨施用量增加，植物