粉煤灰

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什么是粉煤灰

2012-08-09 16:41 作者:黎明重工

什么是粉煤灰,粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰,粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。粉煤灰會污染空氣和水源,可作為混凝土的摻合料。


概念
  粉煤灰的燃燒過程: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,而煤粉中的不燃物(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,形成大量細小的球形顆粒。在鍋爐尾部引風(fēng)機的抽氣作用下,含有大量灰分的煙氣流向爐尾。隨著煙氣溫度的降低,一部分熔融的細粒因受到一定程度的急冷呈玻璃體狀態(tài),從而具有較高的潛在活性。在引風(fēng)機將煙氣排入大氣之前,上述這些細小的球形顆粒,經(jīng)過除塵器,被分離、收集,即為粉煤灰。
  粉煤灰是我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一,現(xiàn)階段我國年排渣量已達3000萬t。隨著電力工業(yè)的發(fā)展,燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加,粉煤灰的處理和利用問題引起人們廣泛的注意。

現(xiàn)狀
  我國是個產(chǎn)煤大國,以煤炭為電力生產(chǎn)基本燃料。近年來,我國的能源工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展,發(fā)電能力年增長率為7.3%,電力工業(yè)的迅速發(fā)展,帶來了粉煤灰排放量的急劇增加,燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加,1995年粉煤灰排放量達1.25億噸,2000年約為1.5億噸,到2010年將達到3億噸,給我國的國民經(jīng)濟建設(shè)及生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。另一方面,我國又是一個人均占有資源儲量有限的國家,粉煤灰的綜合利用,變廢為寶、變害為利,已成為我國經(jīng)濟建設(shè)中一項重要的技術(shù)經(jīng)濟政策,是解決我國電力生產(chǎn)環(huán)境污染,資源缺乏之間矛盾的重要手段,也是電力生產(chǎn)所面臨解決的任務(wù)之一。經(jīng)過開發(fā),粉煤灰在建工、建材、水利等各部門得到廣泛的應(yīng)用。
  20世紀70年代,世界性能源危機,環(huán)境污染以及礦物資源的枯竭等強烈地激發(fā)了粉煤灰利用的研究和開發(fā),多次召開國際性粉煤灰會議,研究工作日趨深入,應(yīng)用方面也有了長足的進步。粉煤灰成為國際市場上引人注目的資源豐富、價格低廉,興利除害的新興建材原料和化工產(chǎn)品的原料,受到人們的青睞。目前,對粉煤灰的研究工作大都由理論研究轉(zhuǎn)向應(yīng)用研究,特別是著重要資源化研究和開發(fā)利用。利用粉煤灰生產(chǎn)的產(chǎn)品在不斷增加,技術(shù)在不斷更新。國內(nèi)外粉煤灰綜合利用工作與過去相比較,發(fā)生了重大的變化,主要表現(xiàn)為:粉煤灰治理的指導(dǎo)思想已從過去的單純環(huán)境角度轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合治理、資源化利用;粉煤灰綜合利用的途徑以從過去的路基、填方、混凝土摻和料、土壤改造等方面的應(yīng)用外,發(fā)展到目前的在水泥原料、水泥混合材、大型水利樞紐工程、泵送混凝土、大體積混凝土制品、高級填料等高級化利用途徑。
主要來源
  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,且費水費電,污染環(huán)境,也不利于綜合利用。為了更好地保護環(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,干灰收集已成為今后粉煤灰收集的發(fā)展趨勢。
成份與性質(zhì)
  粉煤灰、沙子、水泥構(gòu)成了生產(chǎn)彩瓦的主要成分
  從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰稱為粉煤灰,粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。粉煤灰的燃燒過程: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,而煤粉中的不燃物(主要為灰分)大量混雜在高溫?zé)煔庵小_@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,形成大量細小的球形顆粒。在鍋爐尾部引風(fēng)機的抽氣作用下,含有大量灰分的煙氣流向爐尾。隨著煙氣溫度的降低,一部分熔融的細粒因受到一定程度的急冷呈玻璃體狀態(tài),從而具有較高的潛在活性。在引風(fēng)機將煙氣排入大氣之前,上述這些細小的球形顆粒,經(jīng)過除塵器,被分離、收集,即為粉煤灰。
  粉煤灰是我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一,現(xiàn)階段我國年排渣量已達3000萬t。隨著電力工業(yè)的發(fā)展,燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理,就會產(chǎn)生揚塵,污染大氣;若排入水系會造成河流淤塞,而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會對人體和生物造成危害。因此,粉煤灰的處理和利用問題引起人們廣泛的注意。粉煤灰使用的優(yōu)點在混凝土中摻加粉煤灰節(jié)約了大量的水泥和細骨料;減少了用水量;改善了混凝土拌和物的和易性;增強混凝土的可泵性;減少了混凝土的徐變;減少水化熱、熱能膨脹性;提高混凝土抗?jié)B能力;增加混凝土地修飾性。


性質(zhì)

  物理性質(zhì)
  粉煤灰的物理性質(zhì)包括密度、堆積密度、細度、比表面積、需水量等,這些性質(zhì)是化學(xué)成分及礦物組成的宏觀反映。由于粉煤灰的組成波動范圍很大,這就決定了其物理性質(zhì)的差異也很大。
  粉煤灰的基本物理性質(zhì)見表。
  粉煤灰的基本物理特性
  項 目 范 圍 均 值
  密度/(g/cm3) 1.9~2.9 2.1
  堆積密度/(g/cm3) 0.531~1.261 0.780
  比表面積(cm2/g) 氮吸附法 800~19500 3400
  透氣法 1180~6530 3300
  原灰標(biāo)準稠度/% 27.3~66.7 48.0
  需水量/% 89~130 106
  28d抗壓強度比/% 37~85 66
  粉煤灰的物理性質(zhì)中,細度和粒度是比較重要的項目。它直接影響著粉煤灰的其他性質(zhì),粉煤灰越細,細粉占的比重越大,其活性也越大。粉煤灰的細度影響早期水化反應(yīng),而化學(xué)成分影響后期的反應(yīng)。

  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)以粉狀及水存在時,能在常溫,特別是在水熱處理(蒸汽養(yǎng)護)條件下,與氫氧化鈣或其他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,成為一種增加強度和耐久性的材料。
存在形態(tài)
  粉煤灰是以顆粒形態(tài)存在的,且這些顆粒的礦物組成、粒徑大小、形態(tài)各不相同。人們通常將其形狀分為珠狀顆粒和渣狀顆粒兩大類。根據(jù)北京科技大學(xué)宋存義等用掃描式電子顯微鏡的觀察表明,粉煤灰由多種粒子構(gòu)成,其中珠狀顆粒包括空心玻珠(漂珠)、厚壁及實心微珠(沉珠)、鐵珠(磁珠)、炭粒、不規(guī)則玻璃體和多孔玻璃體等五大品種。其中不規(guī)則玻璃體是粉煤灰中較多的顆粒之一,大多是由似球和非球形的各種渾圓度不同的粘連體顆粒組成。有的粘連體斷開后,其外觀和性質(zhì)與各種玻璃球形體相同,其化學(xué)成分則略有不同。多孔玻璃體形似蜂窩,具有較大的表面積,易黏附其他碎屑,密度較小,熔點比其他微珠偏低,其顏色由乳白至灰色不等。在掃描式電子顯微鏡下可以比較容易地觀察到不規(guī)則玻璃體的存在。渣狀顆粒包括海綿狀玻璃渣粒、炭粒、鈍角顆粒、碎屑和粘聚顆粒等五大品種。正是由于這些顆粒各自組成上的變化,組合上的比例不同,才直接影響到粉煤灰質(zhì)量的優(yōu)劣。


用途
  在混凝土中摻加粉煤灰節(jié)約了大量的水泥和細骨料;減少了用水量;改善了混凝土拌和物的和易性;增強混凝土的可泵性;減少了混凝土的徐變;減少水化熱、熱能膨脹性;提高混凝土抗?jié)B能力;增加混凝土的修飾性。
  國標(biāo)一級:采用更好粉煤灰和好的減水劑復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)高標(biāo)號混凝土的現(xiàn)代混凝土新技術(shù)正在全國迅速發(fā)展。
  國標(biāo)二級:更好粉煤灰特別適用于配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B結(jié)構(gòu)混凝土、抗硫酸鹽混凝土和抗軟水侵蝕混凝土及地下、水下工程混凝土、壓漿混凝土和碾壓混凝土。
  國標(biāo)三級:粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性強、終飾性改善、抗沖擊能力提高、抗凍性增強等優(yōu)點。


  粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山灰質(zhì)混合材料。它是燃燒煤的發(fā)電廠將煤磨成100微米以下的煤粉,用預(yù)熱空氣噴入爐膛成懸浮狀態(tài)燃燒,產(chǎn)生混雜有大量不燃物的高溫?zé)煔?,?jīng)集塵裝置捕集就得到了粉煤灰。粉煤灰的化學(xué)組成與粘土質(zhì)相似,主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣和未燃盡碳。目前,粉煤灰主要用來生產(chǎn)粉煤灰水泥、粉煤灰磚、粉煤灰硅酸鹽砌塊、粉煤灰加氣混凝土及其他建筑材料,還可用作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑,回收工業(yè)原料和作環(huán)境材料。粉煤灰在水泥工業(yè)和混凝土工程中的應(yīng)用:粉煤灰代替粘土原料生產(chǎn)水泥,由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰加入適量石膏磨細制成的水硬膠凝材料,水泥工業(yè)采用粉煤灰配料可利用其中的未燃盡炭;粉煤灰作水泥混合材;粉煤灰生產(chǎn)低溫合成水泥,生產(chǎn)原理是將配合料先蒸汽養(yǎng)護生成水化物,然后經(jīng)脫水和低溫固相反應(yīng)形成水泥礦物;粉煤灰制作無熟料水泥,包括石灰粉煤灰水泥和純粉煤灰水泥,石灰粉煤灰水泥是將干燥的粉煤灰摻入10%—30%的生石灰或消石灰和少量石膏混合粉磨,或分別磨細后再混合均勻制成的水硬性膠凝材料;粉煤灰作砂漿或混凝土的摻和料,在混凝土中摻加粉煤灰代替部分水泥或細骨料,不僅能降低成本,而且能提高混凝土的和易性、提高不透水、氣性、抗硫酸鹽性能和耐化學(xué)侵蝕性能、降低水化熱、改善混凝土的耐高溫性能、減輕顆粒分離和析水現(xiàn)象、減少混凝土的收縮和開裂以及抑制雜散電流對混凝土中鋼筋的腐蝕。粉煤灰在建筑制品中的應(yīng)用:蒸制粉煤灰磚,以電廠粉煤灰和生石灰或其他堿性激發(fā)劑為主要原料,也可摻入適量的石膏,并加入一定量的煤渣或水淬礦渣等骨料,經(jīng)過加工、攪拌、消化、輪碾、壓制成型、常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護后而形成的一種墻體材料;燒結(jié)粉煤灰磚,以粉煤灰、粘土及其他工業(yè)廢料為原料,經(jīng)原料加工、攪拌、成型、干燥、培燒制成磚;蒸壓生產(chǎn)泡沫粉煤灰保溫磚,以粉煤灰為主要原料,加入一定量的石灰和泡沫劑,經(jīng)過配料、攪拌、燒注成型和蒸壓而成的一種新型保溫磚;粉煤灰硅酸鹽砌塊,以粉煤灰、石灰、石膏為膠凝材料,煤渣、高爐礦渣等為骨料,加水?dāng)嚢?、振動成型、蒸汽養(yǎng)護而成的墻體材料;粉煤灰加氣混凝土,以粉煤灰為原料,適量加入生石灰、水泥、石膏及鋁粉,加水?dāng)嚢璩蕽{,注入模具蒸養(yǎng)而成的一種多孔輕質(zhì)建筑材料;粉煤灰陶粒,以粉煤灰為主要原料,摻入少量粘結(jié)劑和固體燃料,經(jīng)混合、成球、高溫培燒而制的一種人造輕質(zhì)骨料;粉煤灰輕質(zhì)耐熱保溫磚,是用粉煤灰、燒石、軟質(zhì)土及木屑進行配料而成,具有保溫效率高,耐火度搞,熱導(dǎo)率小,能減輕爐墻厚度、縮短燒成時間、降低燃料消耗、提高熱效率、降低成本。粉煤灰作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑:粉煤灰具有良好的物理化學(xué)性質(zhì),能廣泛應(yīng)用于改造重粘土、生土、酸性土和鹽堿土,彌補其酸瘦板粘的缺陷,粉煤灰中含有大量枸溶性硅鈣鎂磷等農(nóng)作物所必需的營養(yǎng)元素,故可作農(nóng)業(yè)肥料用。回收工業(yè)原料:回收煤炭資源,利用浮選法在含煤炭粉煤灰的灰漿水中加入浮選藥劑,然后采用氣浮技術(shù),使煤粒粘附于氣泡上浮與灰渣分離;回收金屬物質(zhì)粉煤灰中含有Fe2O3、Al2O3、和大量稀有金屬;分選空心微珠,空心微珠具有質(zhì)量小、高強度、耐高溫和絕緣性好,可以用于塑料的理想填料,用于輕質(zhì)耐火材料和好的保溫材料,用于石油化學(xué)工業(yè),用于軍工領(lǐng)域,坦克剎車。作環(huán)保材料:利用粉煤灰可制造分子篩、絮凝劑和吸附材料等環(huán)保材料;粉煤灰還可用于處理含氟廢水、電鍍廢水與含重金屬例子廢水和含油廢水,粉煤灰中含有的Al2O3、CaO等活性組分,能與氟生產(chǎn)配合物或生產(chǎn)對氟有絮凝作用的膠體離子,還含有沸石、莫來石、炭粒和硅膠等,具有無機離子交換特性和吸附脫色作用。