工业绿色处理论文
摘要：通过对粉煤灰性质的分析，来解释粉煤灰在各个领域中的应用。接着总结了我国现阶段粉煤灰主要综合应用技术。最后阐述了对于粉煤灰应用前景的展望与期待。
Abstract: Through analysis of the nature of the fly ash, fly ash to explain in various fields of application. Then summed up the fly ash at the present stage of China’s major integrated applications. Finally, on the fly for the application and look forward to the prospect.
关键词：粉煤灰、改性、混凝土、掺入、展望。
Key words: Fly, modified, concrete, mixing , look forward to.
引言：粉煤灰是火力发电厂炼粉锅炉排除的一种工业废渣，二十多年来，由于石油价格的上涨，大多数国家在火力发电的燃料结构中，煤所占比例都在70％左右，这样粉煤灰的排放量就很大。90年代初，全国大小电厂年排灰量已达到7000万吨以上，到1995年增加到9936万吨，预计到2000年，年排灰量将达到1.6亿吨。大量的粉煤灰不仅严重污染环境，还占用了大面积的土地堆放。因此，无论从节约能源，再利用资源，还是从保护地球环境来说，粉煤灰的有效利用都是很迫切的。一些发达的国家如美国、英国、德国、前苏联、日本等都把粉煤灰再利用技术作为国策的一环。在我国，粉煤灰综合利用也是经济建设发展中的一个重要问题。
就粉煤灰的化学组成来看，主要是硅质和硅铝质材料，其中氧化硅、氧化铝及氧化铁等的含量一般在85％左右，其它氧化钙、氧化镁和氧化硫的含量较低。上述成分与粘土矿物的化学成分很类似，这就为粉煤灰在替代粘土方面的应用奠定了基础；就粉煤灰的矿物组成来看，粉煤灰主要由晶体矿物和玻璃体组成，在经历了高温分解、烧结、熔融及冷却等过程后，玻璃体的结构在粉煤灰中占据了主要地位，晶体矿物则以石英、莫来石等为主，这种矿物组成使得粉煤灰具有独特的性质；就粉煤灰的颗粒特性来看，主要由玻璃珠、多孔玻璃体及碳粒组成，其粒径在0.001～0.1毫米之间，与粉质粘土和砂土相比，其粒径分布较窄，是一均质级配材料。作为工业废渣大量排放的粉煤灰及其特定的组成与结构为其在工农业生产中的广泛应用奠定了坚实的物质基础。 建筑领域的应用：目前人们利用粉煤灰主要生产的建筑材料有粉煤灰水泥、粉煤灰砖粉、煤灰混凝土。粉煤灰建筑材料的性能与传统的建筑材料相比有许多优点。如粉煤灰加气混凝土，其干容重低，绝热率好，具有轻质、绝热、耐火等优良性能。粉煤灰陶粒性能优于天然轻骨料，用其配制的混凝土不仅容重轻，而且具有保温、隔热、抗冲击等优良性能，在高层建筑、大跨度构件和耐热混凝土中得到应用。粉煤灰硅酸盐水泥干缩性小，水化热低，抗裂性、和易性与可泵性好，特别适用于大坝工程及泵送混凝土施工。
化工领域的应用：从粉煤灰中提取高纯度明矾用以合成矾土、粉煤灰制备SiC粉末及粉煤灰制取玻璃陶瓷等。
水利、道路工程的应用：将近20%的粉煤灰主要用于稳定路面作为基层，沥青混凝土，并且用于护坡、护堤工程和修筑水库大坝等。
农业领域的应用：利用粉煤灰中的硅镁钾等元素，制成磁化飞、微生物复合肥等肥料来改良土壤。
环境保护领域的应用：利用改性粉煤灰良好的物理吸附沉降作用，以及大量SiO2、Al02,能提供大量Si,Al等活性分子，有利与化学吸附的进行。它是良好的水处理剂。我认为今后的一大热点问题将在与此。同时，研究新型粉煤灰材料用以吸附室内外有害气体也将成为热点问题。
目前我国粉煤灰综合利用技术主要有以下九种：1、生产粉煤灰烧结砖粉 煤灰烧结砖是以粉煤灰和粘土为原料，经搅拌、成型、干燥、焙烧制成的砖。粉煤灰掺量30％～70％，其生产工艺及主要设备与普通粘土砖基本相同，主要是多了粉煤灰的贮运、计量、脱水和搅拌设备。利用粉煤灰生产烧结砖技术成熟，所用的粉煤灰烧失量不限，只要粘土有足够的塑性，在生产粘土砖的基础上，添加些必要的设备，仍采用挤出成型，无论是在轮窑还是在隧道窑里都能烧制粉煤灰砖。过去砖厂采用国产设备和传统生产方法，粉煤灰掺量只有40％左右。近几年采用了国外的技术和设备，粉煤灰掺量提高到60％～70％。实践表明：用于烧制粉煤灰烧结砖的粉煤灰中Si02的含量不宜高于70％，超过此含量，混合料的塑性大大降低，制品的抗折和抗压强度较低；A1203的含量以15％～25％为宜，低于10％时，制品强度低，高于25％时，虽制品强度高，但烧成温度提高；Fe203含量以5％～10％为宜，含量过高，将缩小混合料的烧成温度范围，给焙烧工序操作造成困难；MgO和硫化物含量越小越好，MgO含量一般不应超过3％，硫化物的含量最好小于1％ 。2．生产粉煤灰蒸养砖 粉煤灰蒸养砖是以粉煤灰为主要原料，掺人适量骨料生石灰、石膏，经坯料制备、压制成型、常压或高压蒸汽养护而制成的砖。粉煤灰在湿热条件下，能与石灰、石膏等胶凝材料反应，生成具有一定强度的水化产物。粉煤灰掺量约为65％，生产工艺分高压养护和常压养护两类。高压养护的砖强度较高。对粉煤灰要求含碳量低，活性高。生产工艺包括原料处理、计量、搅拌、消化、轮碾、成型和养护等工序。消化可提高料温，缩短砖坯静停时间；轮碾可起到搅拌、活化和压实的作用。砖坯通常采用半干压法成型，常用设备有八孔、十六孔转盘式压砖机及杠杆式压砖机等。采用蒸汽养护时，蒸汽压力一般为0．8MPa。3．生产粉煤灰硅酸盐砌块 粉煤灰硅酸盐砌块以粉煤灰、石灰、石膏为胶结料，以炉渣为骨料，经加水搅拌、振动成型、蒸汽养护而成。粉煤灰掺量为30％左右，炉渣占55％。生产粉煤灰硅酸盐砌块对粉煤灰的质量要求是烧失量不大于15％。胶凝材料中要含有足够高的氧化钙，水灰比不宜大于0．55。生产工艺包括原材料加工处理、混合料的计量和制备、振动成型和蒸汽养护。砌块的容重一般为1800kg／m3左右，抗压强度可达100—150号，其缺点是收缩值偏大，碳化系数偏低，抗冻性稍差。4．生产加气混凝土 粉煤灰加气混凝土是以粉煤灰为基本原料，配以适量的生石灰、水泥、石膏及铝粉等添加剂制成的一种轻质混凝土建筑材料，粉煤灰掺量一般可达70％。这一产品的生产技术成熟，产品质量已过关。国家颁布的有关加气混凝土的试验方法(JG 256—275—80)、产品标准(JG 315—82)、应用技术规范(JCl7—84)等，都包括了粉煤灰加气混凝土。生产工艺和设备大体上与其他品种加气混凝土相同。将经过加工的、符合要求的原料按一定比例混合，并加入发泡剂等，经搅拌浇注入模、发泡膨胀、静停、切割，进高压釜养护。养护的蒸汽压力一般为1—1．6MPa。若生产加气混凝土板材，还需配备钢筋车间，浇注前先将加工好的钢筋网片固定在模具中。粉煤灰加气混凝土的性能和其他品种加气混凝土基本相同，使用范围也相同。5．生产粉煤灰陶粒 以粉煤灰为原料，加入一定量的胶结料和水，经成球、烧结而成的轻骨料即为烧结粉煤灰陶粒。它是一种性能较好的人造轻骨料。其用灰量大，还可以充分利用粉煤灰中的热值，粉煤灰掺量约80％。生产工艺一般由原料的磨细处理、混合料加水成球、焙烧等工序制成。烧结通常采用带式烧结机、回转窑或立波尔窑。带式烧结机对原料的适用范围大，生产操作方便，产量高，质量较好，工艺技术成熟。用烧结机生产的粉煤灰陶粒的容重一般为650kg／m3，可以配制300号混凝土 6．代替粘土做生产水泥的原料 粉煤灰的成分与粘土相似，可以替代粘土配料生产水泥，还可利用其残余碳，在煅烧水泥熟料时可节约燃料。生产工艺和技术装备与生产普通硅酸盐水泥一样，无特殊工艺技术要求。但要注意配料方案的调整，严格控制各种原料的掺入量，以保证出磨生料化学成分符合要求。熟料煅烧采用机立窑或回转窑均可。7．粉煤灰做生产水泥的混合材料 在磨制水泥时，除掺加3％～5％的石膏外，还允许按水泥的品种和标号添加一定量的材料与熟料共同粉磨，习惯上称此材料为混合材料。用粉煤灰做混合材料时，其质量需达到GBl596—881、Ⅱ级灰的要求。根据粉煤灰的掺量，可生产普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥(粉煤灰掺量≤15％)和粉煤灰水泥(粉煤灰掺量20％～40％)。由于粉煤灰掺量增加，粉煤灰水泥与普通硅酸盐水泥性能有所不同，主要是早期强度有所降低。在生产中对粉煤灰的均匀性要求严格。用60％～70％粉煤灰、25％～30％水泥熟料及少量石膏进行研磨，可生产低标号水泥，称为砌筑水泥。这种水泥用灰量大，生产成本低，市场容量大，是很有开发前途的利废产品。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。干排灰可由密封罐车、密封罐船或通过管道用气体输送进厂，经贮库、加料仓进入水泥磨与熟料和石膏混磨。 8．粉煤灰在砂浆中可以代替部分水泥、石灰或砂 用于砂浆中的粉煤灰质量要求不高，砂浆在建筑工程中用量很大，可利用大量粉煤灰。目前尚无国家或行业技术标准和施工规范，在使用前需经过配比试验。用粉煤灰作混凝土掺和料，要求粉煤灰有较高的质量，如细度要大、活性要高、含碳量要低。因此常用磨细粉煤灰，每立方米混凝土可用灰50～100kg，节约水泥50～100kg。掺粉煤灰的水泥凝结较缓慢，和易性好，能减少离析人泌水，可泵性能好，有利于较长距离运输和泵送施工。掺粉煤灰混凝土的制作工艺流程与普通混凝土基本相同，只是增加了粉煤灰这种原料需要增加相应的储存、计量和输送设备。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搅拌可制作路面基层材料。掺加量最高可达70％，对粉煤灰质量要求不高，可根据相关施工暂行技术规定进行生产和施工。粉煤灰代替粘土筑路堤有全灰和间隔灰两种，施工设备和步骤与粘土路堤相同。粉煤灰均可满足对填方材料的质量要求，且粉煤灰对水质不会造成污染。工程回填、围海造田和矿井回填等可大量使用粉煤灰。
展望：粉煤灰的综合利用率虽然在逐渐提高，但利用高等技术方面还较薄弱，在提取有用的矿物，保护环境等有待进一步开发。首先，粉煤灰作为良好的水处理剂可以进一步研究发展。我国产生的许多工业废水都排泄无门，特别是一些中小型企业中，运用高科技处理废水需要大量资金，相信通过对粉煤灰的改性，可以做到除去废水中的有害物质、重金属等化学污染。有关研究已表明，将粉煤灰用浓HCl溶液在一定温度下浸泡1h，将粉煤灰烘干后后得到改性粉煤灰，由于酸溶液的作用，经酸处理后，粉煤灰颗粒表面和微孔内表的更加粗糙，有利于对废水中杂质的吸附；另外改性还使粉煤灰内部可溶性SiO2,Al2O3溶出，增强了粉煤灰的吸附能力。改性粉煤灰对有害物质苯酚有很强的吸附能力，同时能快速吸附废水中其他的有害物质，时间短，见效快，治理废水效果比较显著。相信在不久的将来，随着科学技术的提高，粉煤灰通过各种处理，形成行之有效的一种模式，处理各种污染水。同时，我们应向国外的相关技术学习。例如以高温活化粉煤灰和壳聚糖为原料，准备壳聚糖包裹粉煤灰颗粒（ CWF ） 。印染废水处理的CWF ：对pH值，颗粒浓度，搅拌时间，温度等因素对脱色率， COD去除率，浊度率和NH3 - N去除率四项指标进行过调查。根据正交试验和单因子研究，它表明，最佳配方CWF剂量4克，混合时间20分钟，温度为35摄氏度， pH值4 ，和5小时的时间解决。在最佳条件CWF对印染废水COD去除率为80 ％ ，脱色和浊度率可能高达97 ％和NH3 - N去除率为75 ％。同时，我认为研究新型粉煤灰材料用以吸附室内外有害气体必将成为当今一大热点。由于一级粉煤灰很细，具有很高的比表面积，能够吸附有害气体。从理论上看，将来一定可以这种环保型建筑材料，涂料。相信不少人在为新居刚装修的气味而烦恼，通过改性粉煤灰的掺入，涂料可以吸收有害气体，通过建筑的表层再发挥发出去。这一问题将不再困扰我们。此外，城市焚烧的固体废弃物大大影响了我们生活的空气质量，危害了人们的身体健康。在台湾，一项研究显示，聚氨酯/粉煤灰混合，形成的粉煤灰混合聚氨酯泡沫塑料是一种新的和有效的回收方法来处理垃圾。随着我国科技的实力的不断提高，我坚信我国粉煤灰的综合利用技术将日趋成熟，在发展经济的同时为环境保护做出贡献。
