粉煤灰的特性及应用-漂珠板

粉煤灰的特性及应用-漂珠板

2023-11-25 19:12:36

粉煤灰的特性及应用
摘要:中国是以煤炭为主要能源的国家,电力产量的76%是由煤炭产生的,每年用煤超过4亿吨,占全国原煤产量的三分之一。1997年全国排放的粉煤灰已达到1.6亿t,成为世界最大的排灰国。但是,目前我国的粉煤灰利用率仅为30%左右,主要用于筑路基和回填,每年仍有1亿t未能利用的粉煤灰,储存于灰场中。每年需征地3 333 hm2用于储灰,建灰场费用和运行费用都很高;另外,粉煤灰用于筑路或回填会受地区、时间的限制,存在使用不均衡、不连续的问题。因此,应该大力拓展粉煤灰在其他领域的应用。
关键词:粉煤灰特性综合利用
1.粉煤灰特性
1.1化学特性
燃料煤由有机物及无机物组成,有机物燃烧后生成碳、氢、氧,无机物燃烧后即生成粉煤灰。粉煤灰的化学成分与煤种、产地、燃烧炉型等有关。我国低钙灰的成分比较接近,其化学组成见表1。
由表1可见,粉煤灰的主要成分为氧化硅、氧化铝及氧化铁,其总量约占粉煤灰的85%左右。低钙煤中氧化钙含量较低,基本无自硬性;但是,目前我国高钙灰的排放量有明显增长的趋势,而高钙灰含有一定的自硬性矿物,有利于增进粉煤灰的强度贡献。另外,近年来随着锅炉容量的不断提高,炉内煤粉燃烧趋于完全,代表影响材料长期稳定性的烧失量也逐渐降低,因此可以说,经过高温燃烧后的粉煤灰是相当纯净的建材原料。
粉煤灰的化学组成Ⅲ
成分SiO2 A12O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O 烧失量
含量50.6 27.2 7.0 2.8 1.2 0.3 0.5 1.3 8.2
1.2物理特性
煤粉在锅炉中燃烧时,其无机物经历了分解、烧结、熔融及冷却等过程,冷却后的粉煤灰颗粒主要由硅铝玻璃体和少量碳粒组成,玻璃体又以单珠、连珠体和海绵状不规则多孔体组成。粉煤灰的品质主要取决于这些粒径、形貌不一的各种颗粒成分的组合比例。其中,粉煤灰的活化能力主要靠硅铝玻璃体,而在常温下硅铝玻璃体以多聚物组成为主,活化能力较低。因此,常温下粉煤灰是一种性质稳定的材料。
1.3粉煤灰的放射性和浸出物毒性
在人类日常的生活环境中,到处都存在着微量天然的放射性物质,主要为238 U、232 Th、226 Ra和40 K等4种放射性元素,只要其含量不超过一定的标准,对人类健康就不会带来负面影响。GB 6763—86中规定,建筑材料用工业废渣中放射性物质的含量应满足下列要求: ARa/330+An/260+AK/3800≤1 (1
ARa/200≤1 (2
根据杨钦元[4]等测得的粉煤灰天然放射性元素的比活度,按上述两个公式[2][33计算的结果分别为o.93和o.73,均未超出国家标准,说明粉煤灰产品的放射性对人体是安全的。
粉煤灰中除了主要元素外,尚有一定量的镐、砷、铬、铅、汞、铜、锌、镍等对人体健康可能不利的微量元素。这些微量元素对环境的影响主要通过浸出作用体现。吴贤中[53等人
的研究结果证明,粉煤灰中有害元素在水体中的浸出极微,基本不会影响环境水质,浸出后的水质尚符合国家地表水水质二级标准。

1.4其它特性
(1形态效应。泛指粉煤灰颗粒形貌、粗细、表面粗糙度、级配、内外结构等几何特征及色度、密度等特征在混凝土中产生的效应。粉煤灰的形态效应可以在混凝土材料中起到减水、引水、保水、释水、润滑、减阻、解絮、塑化、增浆、浓化、粘聚、增密、减气、堵孔、调凝、促硬等作用。
(2活性效应。指低钙粉煤灰的玻璃体中活性氧化钙、氧化铝与氢氧化钙发生化学反应,生成胶凝性的水化铝硅酸钙,和高钙粉煤灰的自硬胶凝性的性能。
(3微集料效应。指粉煤灰的微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相中,就象微细的集料,能够增强混凝土的强度。粉煤灰微集料在混凝土中的效应比未水化的水泥颗粒的微集料效应还略胜一筹。
2.粉煤灰的综合利用
国外早在19世纪20年代就开始粉煤灰综合利用的工作。目前在一些工业发达国家中,利用粉煤灰生产建材已逐步形成产业化,如法国生产的粉煤灰水泥已占其水泥总量的60%以上,英国的粉煤灰陶粒已居各种人造骨料产量首位,美国、德国、日本等也都把粉煤灰再利用作为一项国策,除了对现有的利用途径深入研究外,还力图开发一些新途径,以进一步提高粉煤灰利用率。
我国建筑行业对粉煤灰的利用研究,早在20世纪50年代就已开始,经过几十年的实践,摸索出不少经验,现已成为粉煤灰的利用大户。正在建设中的三峡工程预计用粉煤灰量达133.8万t,在修建沪宁、京深及京冀等高等级公路时也大量使用了粉煤灰。
2.1粉煤灰混凝土
粉煤灰混凝土制作的工艺流程与普通混凝土基本相同,只是在搅拌前掺入粉煤灰。掺有粉煤灰的混凝土,能有效改善普通混凝土的性能,并降低水泥、砂子的用量。
粉煤灰混凝土应用面极广,在土木工程、水利工程、建筑工程等方面都可广泛使用。我国上海等城市建设的混凝土工程,如地铁、隧道、污水管道、排水管道、大型基础、地道式立交桥、市郊水利工程等均采用了粉煤灰混凝土。多年的应用实践证明,粉煤灰混凝土在以下方面的应用更能充分显示其优越性:1大体积混凝土,如建造水坝、油井平台、大型基础等;
2泵送混凝土;3预拌混凝土;4振动碾压混凝土。另外,粉煤灰还可生产加气混凝土,即以粉煤灰为基本原料,配以生石灰、水泥、石膏及铝粉等添加剂制成的一种轻质建材。加气混凝土中,粉煤灰的掺量可达70%,值得推广应用。
2.2生产水泥和砂浆
粉煤灰生产水泥即将粉煤灰、水泥熟料和其它材料等磨细并掺和而形成的水泥产品。包括用粉煤灰代替粘土配料做原料和做混合材。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,在煅烧水泥熟料时节约燃料。做混合材时根据粉煤灰掺量不同分为普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥二种。普通硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细而成的产品;矿渣硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和矿渣共同磨细而成的产品。
用粉煤灰生产水泥可以达到改善混凝土性能和节约水泥的目的。每立方米混凝土可用灰50~100 kg,节约水泥50~100 kg。掺粉煤灰的水泥凝结较缓慢,和易性好,可泵性好,有利于长距离运输和泵送施工。但要求粉煤灰有较高的质量,如细度大、活性高、含碳量低等。粉煤灰做砂浆材料即以粉煤灰代替部分水泥、石灰或砂而制成的砂浆。砂浆在建筑工程中用量大,而用于砂浆中的粉煤灰质量要求不高,粗灰、细灰均可应用,因此可利用大量粉煤灰。
2.3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。粉煤灰掺量最高可达70%,而且对粉煤灰的质量要求不高。
粉煤灰代替粘土筑路堤有全灰和间隔灰两类,施工步骤与粘土路堤相同。另外,工程回填、围海造田和矿井回填等都可大量使用粉煤灰,对环境和水质也不会造成危害。因此,筑路和回填也可利用大量粉煤灰。
2.4生产陶质材料
由粘土或主要含粘土的混合物(长石、石英等经成型、干燥、烧制而成的制品通称为陶瓷制品。粉煤灰陶质材料包括粉煤灰粘土烧结砖、粉煤灰陶粒、粉煤灰墙地砖等。其中,粉煤灰粘土烧结砖是以粉煤灰和粘土为原料,经搅拌、成型、干燥、烧制而成的砖,其粉煤灰掺量30%~70%。用于烧制粉煤灰烧结砖的粉煤灰,要求Si02的含量不宜高于70%,否则,混合料的塑性和抗折、抗压强度均会降低,另外,从强度和烧成温度范围考虑,A1。03含量宜为15%~25%,Fez 03含量宜为5%~10%,MgO和硫化物含量越小越好。粉煤灰陶粒是以粉煤灰为原料,加人一定量的胶结料和水,经成球、烧结而成的轻骨料。它是一种性能较好的人造轻骨料,用灰量大,还可充分利用粉煤灰中的热值,其粉煤灰掺量可达80%。粉煤灰墙地砖的生产目前普遍采用半干压成法,一般粉煤灰掺量约在30%~50%,产品规格都比较小,大于300 mm×300 mm的砖较少。
用粉煤灰代替部分粘土生产陶质材料,不仅可以达到节能节土的目的,其制品性能也近似或优于纯粘土原料的产品,因此,有广泛的发展前景。
2.5粉煤灰在农业方面的应用
粉煤灰具有吸持水分的能力,其持水特性与紫砂土、砂壤土或轻壤土相近,与土壤水分相比,粉煤灰水分更易被植物利用。
土壤中掺人粉煤灰,可以改良土壤质地,使其容重、比重、孔隙度、通气性、渗透率、pH等理化性质得到改善,可起到增产效果。用粉煤灰改良粘性土、酸性土效果明显,每亩掺灰量在1.5~3万kg左右,可使粮食作物增产10%~20%。另外,为了减少灰场的二次扬尘,增加绿化面积,可在灰场上直接种植乔灌木,如柳树、荆条、刺槐、紫穗槐等。
2.6粉煤灰的精细利用
粉煤灰是包含多种元素的重要资源可以通过一定的化学或物理方法从中分选或提取出有用的物质。如:粉煤灰漂珠的分选利用;粉煤灰中碳粒的分选利用;粉煤灰中富铁玻璃微珠的分选利用;粉煤灰中铝的提取等。
漂珠是粉煤灰中微态轻质、中空、表面光滑,能漂在灰水面上的珠状颗粒。从湿排灰中分选漂珠,可直接在灰场中人工捞取或用溢流法选取,干排灰则可采用风选法选取漂珠。漂珠具有耐磨、耐高温、导热系数小、电绝缘性好、强度高、无毒无味的特征,可做多种产品
如:漂珠保温、耐火制品;耐磨制品(刹车片等;塑料、橡胶制品填充料;建筑材料、涂料等。碳粒是粉煤灰中的未燃尽碳分,含量可用烧失量衡量,一般为1%~30%不等。碳粒可做砖瓦厂的燃料、碳素制品的原料、冶金用料等,从湿排灰中分选碳粒可用浮选法,干排灰则可采用静电场法分选碳粒。从粉煤灰中分选富铁玻璃微珠,可以补充铁矿来源,改善我国铁矿储量低、品位低的状况,因此,分选价值较高。一般采用磁选法进行分选,选出的富铁玻璃微珠可作为炼铁原料和水泥原料。粉煤灰还含有多种金属元素,可以用碱法、酸浸法、酸碱联合法等提取铝、钒、镓等金属或金属氧化物。
粉煤灰的精细利用范围广、价值高,值得进一步深入开发研究。

3.粉煤灰的最新应用情况
发达国家粉煤灰的利用率为60%以上,深度开发和综合利用率达80%以上,而我国燃煤电厂每年有将近70%的粉煤灰只能排入储灰场,不仅大量占用土地,而且将利用价值很高的粉煤灰弃置不用也非常可惜。重视差距,迎头赶上,在近年来广大专业技术人员的共同努力下,我国的粉煤灰利用技术取得了巨大的成就,各种新技术、新工艺不断推出,使粉煤灰的综合利用整体水平有了相当程度的飞跃。
首先,电力生产系统从源头把关,大力发展30万kW、60万kW大型机组,尽可能选用洗精煤和低粉煤灰,采用先进磨煤机,提高和控制磨细度,增配高效电力除尘器,对灰渣进行分级收集,分级储存、运输,引进消化了粉煤灰分选技术与设备使粉煤灰品质大大提高。采用高效浓相气力输送系统进行远距离输送,为粉煤灰的利用提供了更为方便、有利的条件。其次,作为粉煤灰的最大用户,建筑行业在变废为宝的技术上也不断推陈出新。自主成功开发了掺量在60%以上的粉煤灰震动碾压混凝土施工工艺及相应的筑坝、筑路技术;粉煤灰作为原料代替粘土生产水泥熟料的技术;粉煤灰作为单一掺合料或与高炉炼铁水淬矿渣共同作为掺合料生产粉煤灰水泥、粉煤灰砌筑砂浆及高性能混凝土技术;掺和量为0%~60%的粉煤灰烧结砖成套技术及设备;掺和量为40%~50%的蒸压粉煤灰砖的成套技术及设备;掺和量为70%的蒸压加气混凝土成套技术及设备;生产烧结和非烧结陶粒的成套技术及设备;硅酸盐混凝土密实砌块和小型空心砌块生产技术;干粉煤灰及有用物质分选回收技术及设备。
根据一些最新的专利技术,可以将粉煤灰自身进行预硬化以代替骨料,不加粘土和水泥即可生产标准砖、空心砖、空心砌块和地面砖等,使任何只要有粉煤灰的地方都能生产这些建材;可以用粉煤灰和工业废渣生产常温发泡、常温静停、常温脱模的轻质实芯、空心砌块、内外墙预制隔墙板和代木板等。随着粉煤灰的应用技术的发展,粉煤灰的分选技术也相应发展起来,如今全国各地陆续建起了粉煤灰分选生产线,新的分选工艺不断涌现,为提高粉煤灰的品质和拓展综合利用途径奠定了良好的基础。
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