粉煤灰烧结陶粒工艺特点与应用技术

范学明，孟 影，雷振凯

(1.神华国能河曲发电有限公司生产技术部，山西忻州036507;2.北京斯蒂奇科技有限公司，北京100102)

神华国能河曲发电有限公司位于山西省河曲县城黄河河畔，由山东鲁能集团、山西晋能集团、山西国际电力集团分别按比例出资共同创建。公司是国家“西电东送”北通道首批开工建设项目，一期工程为2×600mw国产临界湿冷燃煤发电机组;二期工程建设为2×600mw燃煤脱硫空冷发电机组。全年燃煤量为680万t;排放粉煤灰170万t;灰渣约30万t，处理这些固体废弃物每年需花费4000多万元。

燃煤发电厂排放的粉煤灰是当地空气质量最大的污染源之一，燃煤机组每燃烧1t煤就会产生20%多的粉煤灰和灰渣等固体废弃物。这些物质的排放，会对土壤、水、和空气造成严重污染，危害人体健康，既占用大量土地又给当地环境带来严重危害。现在三期工程即将开工，将会增加110万t固体废弃物，解决此公害，已成为当务之急，迫在眉睫。

1 基本研究思路

针对粉煤灰和灰渣等特性，找出一条根本的解决路径和发展新思路是我们重点研究的内容。

(1)对粉煤灰化学成分进行相关测试和分析。

(2)根据粉煤灰的化学成分特点，进行陶粒模拟试验。

(3)根据模拟试验情况和结合市场调研，编制可行性研究方案，确定粉煤灰综合利用方向。

(4)引进MeTech粉煤灰烧结陶粒成套生产装备及技术。

(5)结合国家政策、市场需求进行粉煤灰陶粒产品设计和应用与推广。

2 粉煤灰化学成分

神华国能河曲发电公司粉煤灰化学成分见表1。

表1 粉煤灰的主要化学成分 /%

由粉煤灰有效化学成分的分析可知:SiO2含量为49.78%;Al2O3含量为39.89%;Fe2O3含量为3.60%;而且含硫低，是生产粉煤灰烧结陶粒及陶砂的上好原料。硅铝含量高对烧结陶粒强度十分有利;Fe2O3含量适中对控制燃烧温度比较有益。

3 粉煤灰烧结陶粒工艺流程

粉煤灰烧结陶粒工艺流程见图1。

图1 粉煤灰烧结陶粒工艺流程

4 粉煤灰烧结陶粒特点

1.强度高密度小、容重轻。粉煤灰陶粒自身的堆积密度为700～900kg/m3。以粉煤灰陶粒为骨料制作的混凝土密度为1400～1900kg/m3，筒压强度不低于5MPa

2.保温、隔热。粉煤灰陶粒由于内部多孔，故具有良好的保温隔热性。

3.耐火性好，陶粒具有优异的耐火性。特别是用它配制的混凝土耐火性是普通混凝土的4倍多。

4.抗震性能好。陶粒混凝土由于质量轻，弹性模量低，抗变形性能好，故具有较好的抗震性能。

5.吸水率低，抗冻性能和耐久性能好。

粉煤灰造粒成球后，经过多次烧结试验，由国家建材检测中心测试，均可达到或超过国家GB/T17431-2010《轻集料及其试验方法》标准。是一种质优价廉且经济实惠用途广泛的轻骨料建材产品。

5 产品应用技术

(1)轻集料陶粒混凝土 用粉煤灰烧结陶粒可以配置LC30、LC40、LC50多用途轻质混凝土，可将其用于地面、屋顶、墙体和楼板的建设施工;用于建造大跨度桥梁、耐酸、耐热混凝土等特殊工程，效益则更为显著。

(2)矿用喷射混凝土 目前河曲地区煤矿设计产量在2400万 t左右，混凝土需求量大约在 20万m3/年，主要用于煤矿井下锚喷和巷道地面的敷设。

试验表明:粉煤灰轻集料混凝土采用粉煤灰陶粒作为骨料，与普通喷射混凝土的差异性有以下几点:

(a)粉煤灰陶粒混凝土中作为骨料的陶粒呈规则的圆球状，生产过程中粒径大小和密实度均可控，可以有效避免施工过程中的堵管现象，提高施工效率。

(b)回弹率小。降低混凝土容重是降低回弹率的最有效途径，因此要保证一定的混凝土强度。粉煤灰陶粒混凝土的轻质和高强度特性是解决这一难题的最佳选择，而且粉煤灰陶粒可以实现陶粒骨料的连续级配，能有效增加混凝土的内部附着力，从而大大降低回弹率，节约施工用材及高效施工。

(c)耐酸腐蚀。井下环境一般呈现酸性环境，粉煤灰陶粒中的矿物质成分可以有效吸收一定的酸性物质，防腐蚀性能更好，从而增强了使用环境的安全性。

(3)用于污水处理滤料方面 粉煤灰烧结陶粒内部有许多微孔，具有极强的吸附力，可以用做污水处理厂的生物滤料，一般使用粒径为0.5mm～9mm。

6 结论

粉煤灰是一种放错地方的资源。通过MeTech机械设备加工处理并结合化学处理的方法，变废弃物为可充分利用的建筑骨料(粉煤灰陶粒)及填充砂料(粉煤灰陶砂);还可生产砌筑砂浆、保温砂浆、轻质混凝土和矿井混凝土制品(巷道锚喷、巷井道路);以及公路铺路、废弃农田复耕、污水处理、园林美化、花坛花池、屋面保温，地暖工程、河道的护坡护堤等均可大面积应用。实现废弃物零排放目标。既符合国家固体废弃物循环再利用政策，又可节省大量排废资金，同时可改善当地生态环境，提高空气质量。实现广泛的社会效益和良好的经济效益。