粉煤灰精细化综合利用项目可行性研究报告20200912155228

1、粉煤灰精细化综合利用项目粉煤灰俗称飞灰，是火力发电厂的废弃物，即煤粉在1500 C-1700 C下燃燃后，由烟道气带出并经除尘器收集的粉尘。据统计,每燃烧 1 t 煤就能产生 250-300 kg 的粉煤灰和 20-30 kg 的炉渣。近年来随着电力工业的迅速发展，电厂粉煤灰的排泄量不断增加。我国的粉煤灰大部来自大、 中型火电厂的煤粉发电锅炉， 另一部分则是来自城市集中供热的粉煤锅炉。粉煤灰排放目前大多是湿排， 需耗用大量的水；堆放需占用大量的土地。 1999 年，我国粉煤灰排 放量达到 1.6 亿吨， 2000 年粉煤灰年排放量 1.53 亿 t ， 2005 年达 到 3 亿 t 以上。据

2、有关资料统计分析和预测，按目前排灰状况和利 用水平，排灰用水达 10 亿多吨/ 年；贮灰占地约达 50 万亩，历年累 积堆放总量已达 10 亿吨以上，虽每年利用量在不断增加，但总利用 率还不足每年排放量的 50%。随着电力工业装机容量增加，排灰量、用水量、占地量还要相应增加。同时，湿法排灰不但费水、费电、污 染环境，还降低了粉煤灰的活性，不利于它的综合利用。随着我国对 除尘、干灰输送技术的不断成熟， 今后电厂的粉煤灰应积极采用高效 除尘器，并设计分电场干灰收集装置使粉煤灰具有更大的用途。 对湿 式除尘器收集的粉煤灰， 应尽量设置脱水装置或使其晾干， 尽量降低 水分至 30%以下，为粉煤灰的综合

3、利用创造条件。粉煤灰露天堆放， 刮风天灰尘污染空气， 下雨天渗水污染地下水。根据国内外试验研究发现，粉煤灰渗水使地下水产生不同程度的污 染，比较明显的是使pH值升高、有毒有害的铬、砷等元素增加。再 加上粉煤灰贮灰场大多位于江、河、湖及城市水源保护区域，水源保 护问题也十分迫切。近年来随着国际性能源供需矛盾加剧和对环境保护越来越高的 要求，长期被作为固体废弃物的粉煤灰成为人们综合利用的研究对 象，并取得了一定的成就。美国、欧盟等国家粉煤灰的利用率达到了70 %-80 %，目前我国粉煤灰的利用率仅为40 %左右，远远落后于欧美发达国家。在南京，250家粉煤灰综合利用企业已形成了一个年产值达40亿元

4、的产业群，南京粉煤灰综合利用率达到了125%超过全国平均利用率80个百分点。一、粉煤灰的物理化学性质粉煤灰是一种高分散度的集合体，是人工火山质材料。它由大小不等、形状不规则的粒状体组成，其粒径在0. 5-300 am之间。我国粉煤灰的平均容重为 783 kg/ m3，平均密度为2.14 g/ cm3 。在 粉煤灰的形成过程中，由于表面张力作用，粉煤灰颗粒大部分为空心微珠，微珠表面凹凸不平，极不均匀，微孔较小；一部分因在溶融状 态下互相碰撞而连接成为表面粗糙，棱角较多的蜂窝状粒子，正是基于此，粉煤灰具有非常大的比表面积，一般为1 600-3 500cm2/ g , 需水量比约为106 %。粉煤灰

5、的主要化学成分是 SiO2、AI2Q和Fe2Q，另外还含有未燃尽的碳粒、CaO和少量的MgO NqO K2O等。这些化学成分主要以玻璃体、海绵状玻璃体、石英、氧化铁、碳粒、硫酸盐、云母、长 石、石灰、氧化镁、石膏、硫化物、氧化钛等矿物的形式存在。矿物组成一般是玻璃体占优势，质量分数最高可达85%以上，矿物结晶体则较少。其活性主要取决于非晶态的玻璃体成分及其结构和性质，而 不取决于结晶矿物。二、我国粉煤灰综合利用技术1. 粉煤灰作建筑材料我国粉煤灰最早用于生产建筑材料。 粉煤灰烧结砖、 生产水泥熟 料及用作混合材、生产陶粒、砌块、加气混凝土、墙体材料等，都是 国家推广的成熟技术。1.1 粉煤灰生

6、产烧结砖粉煤灰的用量从 30%到 70%，主要工艺和设备与普通粘土砖基本相同。用粉煤灰生产烧结砖的吉林某厂利用吉林热电厂的湿排粉煤经 自然脱水至含水率在 30%左右，按粉煤灰 55%、粘土 40%和 5%的炉渣 等工业废渣进行配比。该厂年用粉煤灰 40 万米 3，产粉煤灰烧结砖 2.4亿块，年节省粘土 430km，节约标煤9600吨/年，具有较好的社会效益和经济效益。1.2 粉煤灰生产蒸汽养护砖（简称蒸养砖）粉煤灰蒸养砖的配料除粉煤灰可占 65%左右外，还需配入适量的骨料生石灰和石膏，经坯料制备、压制成型，经常压或高压蒸汽养护 后烧制成砖。 它对粉煤灰的要求是灰的含碳量越低越好， 灰的活性越

7、高越好。1.3 粉煤灰制取免烧免蒸砖江西贵溪电厂为了使粉煤灰变害为宝， 经过研制开发出了免烧免蒸、低温养护的新型粉煤灰砖。其主要配料是：粉煤灰占70%，炉底渣占 15%、生石灰 15%（作为激发剂），产品可达到 75 号粉煤灰砖标 号，生产中总掺灰量达 85%，以年产 1000 万块砖计，可用去灰量 2 万吨，年创效益 50 万元，节省排灰浆费用 30万元。节约灰场建设费 40-50 万元，少占耕地 130m2 ，具有较好的环境效益和经济效益。1.4 粉煤灰生产硅酸盐砌块粉煤灰硅酸盐砌块以粉煤灰、 石灰和石膏和胶结料为原料， 在配 料中除炉渣为主占 55%左右外， 粉煤灰用量也可达 30%。经

8、加水搅拌，振动成型，蒸汽养护而成。 此工艺对粉煤灰质量的要求是其烧失量低 于 15%。适用于工业及民用建筑， 且比粘土砖的保温性能好， 自重轻， 能满足一般建筑物承重墙的耐火极限要求。1.5 粉煤灰制泡沫玻璃泡沫玻璃是一种新型建筑材料，它可由粉煤灰（可占 70%）为主 要原料烧制而成，其密度在 0.5-0.8t/m 3 之间。具有抗压、隔热、隔 音、防水、能浮出水面等性能，是现代高层建筑的优质材料。泡沫玻 璃作大型雕塑材料，可制成大块，可任意切割装配。用泡沫玻璃制成的墙体砖，密度仅为普通粘土砖的5%-10%，而强度却高出 8-15 倍，所以，它具有质轻、强度大、节能等优点。用它作为保温、隔热、

9、隔音材料具有物美价廉的优点，有较高的经济效益和社会效益。1.6 粉煤灰制造加气混凝土粉煤灰生产加气混凝土是以粉煤灰为基本原料，配以适量的水泥、石膏及铝粉等添加剂以制成一种轻质的混凝土，其粉煤灰用量可占 70%左右。北京某厂利用高井电厂的干排粉煤灰为原料，年可生产加气混凝土制品200km。主要用于屋面保温、内外墙体和阳台隔断。具有较好的社会和经济效益。1.7 粉煤灰生产陶粒利用粉煤灰为主要原料，加入一定量的胶结料和水，经成球、烧结而成的轻骨料为烧结粉煤灰陶粒。它是一种性能良好的人造轻骨 料，其粉煤量用量可达 80%左右。可以配制 300号混凝土。天津市某 厂利用天津一电厂的湿排粉煤为原料， 年生

10、产粉煤灰陶粒达 9万米 3。由于其有密度小、耐热度高、抗掺性好、耐冲击力强等优点，可替代 天然渣石配制 150-300 号的混凝土，广泛地用于工业与民用建筑、 制作各种混凝土构件，还可用于桥梁、窑炉和烟囱的砌筑。如南京长 江大桥公路桥道板，使用粉煤灰陶粒配制 250-300 号的陶粒混凝土 就降低了大桥的自重。1.8 粉煤灰在砂浆中代替部分水泥、石灰或砂砂浆在建筑工程中的用量很大， 且对粉煤灰的质量不高， 可改善 混凝土的特性并节约水泥。 此项技术可大量利用粉煤灰， 每立方米混 凝土可用粉煤灰 50-100kg ，节约水泥 50-100kg 。三峡工程中大量 使用了优质粉煤灰，年用量已近 30

11、 万 t ，并创造了世界年浇注量和最大浇注强度的世界纪录。这项技术的用灰比例在10%以上。1.9 粉煤灰代替粘土作生产水泥原料由于粉煤灰的化学成分和粘土相似， 可代替粘土生产水泥。 其生 产工艺和技术装备与生产普通硅酸盐水泥一样。 沈阳市水泥厂利用沈 阳热电厂的湿排粉煤灰作配料年生产火山灰硅酸盐水泥 12 万吨。1.10 粉煤灰作生产水泥的混合材在用质量合格的粉煤灰做混合材磨制水泥时， 可分别生产普遍硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥（掺入量不高于15%）、粉煤灰水泥（掺入量为 20%-40%不等），低标号砌筑水泥掺入量为 60%-70%。德州某建材厂利用德州电厂的干排粉煤灰可年产硅酸盐水泥 15 万

12、多吨，先 后生产出了 325号和425号R型粉煤灰硅酸盐水泥。取得了年产利润 70 万元以上的经济效益和良好的环境效益。江苏盐城水泥厂利用盐 城电厂的干排粉煤灰 25%左右生产出 425号粉煤灰硅酸盐水泥，也取得年盈利 100 多万元的经济效益以及良好社会效益。1.11 高档粉煤灰外墙装饰砖09 年 11 月 29 日，在大唐洛阳热电厂生产区内，由洛阳中冶重 工机械有限公司与洛阳豫电电力集团共同投资设立的中鸿建材科技有限公司投资 2.25 亿元的高端新型墙体材料项目，整个项目所需设 备全部从德国引进。其中，一期工程投资 6500 万元，引进两条德国 全自动墙体砖及包装生产线， 生产高品质的粉煤

13、灰承重、 非承重墙体 砖和高档外墙装饰砖， 预计明年 5 月投产。前国内所有粉煤灰利用项 目中，粉煤灰的添加率在 30%至 60%，而这个项目粉煤灰的添加率高达 70%至 90%。；二期工程投资 1.6 亿元，重点是建成国内首条年产10 万吨阿尔法半水石膏生产线。整个项目建成后，每年可就地吃掉30 万吨粉煤灰和 10 万吨脱硫石膏，实现大唐洛阳热电厂固体污染物 的零排放。1.12 轻质多孔墙板技术轻质多孔墙板是以粉煤灰、 低碱水泥、 膨胀珍珠和抗碱玻璃纤维 为主要原料，加入一定比例的外加剂， 采用当今先进的叠模生产工艺， 经过搅拌、振动、浇注、抽芯、养护、脱模等工序制作而成。它具有 重量轻、强

14、度高、防潮保湿、隔热、隔音、阻燃等特点，广泛用于高 层、超高层建筑的分室、分户及厨房、卫生间等非承重部位。该产品 粉煤灰利用量达 50%以上，是目前建筑业广泛使用的墙材新产品。2. 粉煤灰作井下回填和充填矿井塌陷区平顶山矿务局十一矿为开采倾斜和急倾斜煤层， 曾用附近姚盂电 厂的粉煤灰作井下注浆防火和充填材料试验获得成功。 用粉煤灰注浆 充填采空区可达到防火效果，同时还能较大幅度地减少地表移动值， 粉煤灰充填采空区后对围岩和煤柱起到了加强的作用， 增强了煤柱的 强度，有利于巷道维护。 亦有利于厚煤层分层开采， 提高煤炭回收率。淮北矿务局利用淮北电厂的粉煤灰充填相城、 朱庄、张庄和岱河 等煤矿的塌

15、陷区。 1997年，安徽省回填用灰 65 万吨，占当年用灰量 的 26%。填方造地用灰的比例在 25%左右，取得了较好的社会效益和 经济效益。3. 粉煤灰用于筑路工程用于公路的路面基层，用二灰石（石灰、粉煤灰、石子）代替传 统的碎石，可使公路质量大大提高并提高了施工速度，降低造价。现 粉煤灰已大量用于高等级公路的路堤， 质量高于使用粘并大量节约了 土地。近几年筑路用灰的比例上升很快，已达到 30%左右。仅沪宁高速公路就使用粉煤灰 700 万吨。4. 从粉煤灰中提取多种化学、化工原料4.1 煤灰生产氧化铝联产活性硅酸钙国外利用粉煤灰提取氧化铝 /氢氧化铝的研究起步较早， 早在 20世纪 50 年

16、代，波兰克拉科夫矿冶学院格日麦克教授以高铝煤矸石或 高铝粉煤灰（Al 203 30%为主要原料，采用石灰石煅烧法，从中提取氧化铝并利用其残渣生产硅酸盐水泥， 取得了一些研究成果， 并于1960 年在波兰获得两项专利。美国采用Ames法 （石灰烧结法），年处理粉煤灰30万吨，ALQ 提取率为 80%。大唐国际与清华同方双方的合资公司内蒙古大唐国际再生资源开发有限公司于 2004年 2 月开始进行正式合作，着手进行高铝粉 煤灰提取氧化铝的技术开发及其产业化， 2007年 8 月 8日，大唐国际在呼和浩特和鄂尔多斯已经布局了两个粉煤灰提取氧化铝项目总 体规划 200 万吨。一期项目就是利用托克托电厂

17、高铝粉煤灰年产 14万吨铝硅钛合金， 该项目的核心技术就是利用高铝粉煤灰生产氧化铝 联产活性硅酸钙成套技术。2009 年神华集团进行了粉煤灰综合利用工业化试验项目工艺研发及工厂设计的招投标， 吉林大学在工艺研发项目上中标， 合同总金额为 2539 万元。经过近一年的努力，课题组与中铝集团贵阳设计院 及神华集团进行了多次三方联合调研， 在此基础上完成了中试， 氧化 铝生产工艺由“联合法”变成“一步法”， 缩短了工艺流程， 降低了 设备投资和生产成本， 已经取得了突破性进展。 预计 2010年 10月份试验厂建成并投产。 另据了解， 目前“联合除杂一步法”工艺化技术 系统已申报 1 5项国家发明专

18、利，其中 1 项已获得国家发明专利证书。 从粉煤灰中提取氧化铝的方法按主要添加剂的酸碱性来说可分为酸 法、碱法以及酸碱混合法， 一些常见方法的优缺点及存在的主要问题 介绍如下：酸法较有代表性的方法是硫酸浸取法， 该方法为：首先用一定浓 度及体积的NH4F作为助溶剂对粉煤灰进行浸泡，然后用一定浓度和 体积的H2SO在一定温度下进行溶解，Al以AI2(SO4)3的形式被从粉煤 灰 中 浸 出 ， 除 去 杂 质 Fe 后 加 入 (NH4)2SO4 与 之 反 应 生 成NHAI(SO4)212H2Q 最后在 950C下加热 NHAI(SO4)212H2O 就可得到Al 2O3。碱法研究的较为深入

19、和全面， 具有代表性的方法是石灰石烧结法 和碱石灰烧结法。 石灰石烧结法系五六十年代我国从前苏联引进， 该 方法也是国内外从粉煤灰中提取氧化铝最为常用的方法。混合法就是先用Na2CO以一定比例和粉煤灰混合焙烧，然后用稀 盐酸(或者稀硫酸)进行溶解，生成硅胶和 AICI 3或者 AI 2(SO4)3 溶液，将硅胶过滤用于进一步制备白炭黑，对滤液进行除杂后加入NaOH进行中和，溶液达到一定 PH值后沉淀出AI(OH)3，最后煅烧AI(OH)3得到 AI2Q。上述几种方法各有优点，酸法生产的AI 2O3 纯度较高，整个工艺 过程中的成渣量少；碱法工艺较为简单，比较适合于大规模生产；而酸碱混合法在将粉

20、煤灰中超过 90%勺AI2O提出的同时，也将其中的大部分SiO2提取出来，提出的SiO2既可以制作硅胶，也能进一步制备 白炭黑。上述方法均存在一定的缺点：酸法引入了 NHF作为助溶剂,而NH4F在受热过程中很容易挥发分解或与其它物质反应生成氟化物，氟化物对人有很大的危害，且H2SO的大量使用也使得该方案难以产业化；碱法中的石灰石烧结法由于石灰石的使用量过大， 造成能 耗过高，且氧化铝提取后成渣量过大， 每生产 1 吨氧化铝大约要产生9吨渣。更主要的是，粉煤灰玻璃相中的非晶态SiO2等有用组分均没有被合理利用，而是直接进入渣里。由于上述原因，国内用该方法提 取AI2Q的厂家几乎全都停产。4.2

21、碱法提取氢氧化铝有不少煤灰中的AI2Q含量高达25%-40%以上,因此从粉煤灰中 提取氢氧化铝既有经济效益又有环境效益。 如波兰等国用减法提取氢 氧化铝常用高温烧结法（1300C以上），我国则多研究采用常压蒸养、 低温（900C左右）脱水的工艺，其优点是能耗低。4.3 回收铁或磁珠粉煤灰中的铁主要以 Fe2O3、 Fe3O4 和硅酸铁等形态存在。铁的回 收一般采用磁选法。可先经旋流器预选后，再用弱磁选矿机分选，富 集得到高品位精铁矿。 如山东新汶电厂的粉煤灰中的铁含量为 7.68%，经富集、选矿后的精矿品位提高到 55.08%，铁回收率为 47.90%。4.4 回收空心微珠空心微珠是粉煤在13

22、50-1500 C的高温区域内燃烧后呈熔融状态，在高压气流雾化后，靠自身的表面张力凝聚成微珠，排灰时遇冷后所产生的一种空心球形珠体，其粒度一般为0.25-150um，个别有 300um根据珠壁薄厚不同，又分为漂珠和沉珠。漂珠可进行浮选提 纯。如南通天生港发电厂利用这种方法选出 80%左右、烧失量有 0.6%的漂珠，成本仅 10多元吨，可增值 60-80 元/ 吨。采用重力分选法可回收沉珠。 如用水力旋流器一次或多次开路分 级，以攀枝花市 502电厂的粉煤灰为原料， 采用旋流器三段开路分级、 获得了沉珠含量达 85%-95%，回收率大于 75%的分选效果。空心微珠具有球形、微小、质轻、中空、耐高

23、温、电绝缘、高强 度等多种优异特性，可广泛应用于耐火材料、塑料、橡胶、石油、电 子、航空、潜艇和军工等工业中。此外，由于粉煤灰的比表面积大，吸附能力强，具有高分子缩聚 的特性，因此它易吸附、还原和富集锗、镓等某些稀散元素，国内外 均有成熟的工艺和经验。目前用于提取化学化工原料的用灰量占灰量的 2%-3%。5. 粉煤灰生产磁性复混化肥资兴矿务局煤电焦化总厂发电分厂曾用该厂的粉煤灰研制出了 粉煤灰生产磁性复混化肥的产品，肥料中的磁性能刺激作物的生长， 活化土壤，提高作物根系对土壤中养分的吸收。肥料的养分齐全，除 有N P、K三种肥料外，同时还有 Si、Fe、Al、Mg Ca B、Zn、Mn和 Cu

24、 等作物所需的微量元素及必需的养分。该复混化肥曾对水稻、 茶叶、烤烟和桔子等农、果作物做了大面积的推广示范试验，证明对这些作物都有明显的增产作用。这方面的用灰比例在10%左右。6. 粉煤灰生产纸浆据网页了解 2008年 11月，吉林省大安市金川纸业投资 4.1 亿元，建设 4 条粉煤灰纸浆生产线，年产 18万吨粉煤灰纸浆。7. 粉煤灰应用于环境保护粉煤灰具有较大的比表面积，具有固体吸附剂性能，因此，可以 利用粉煤灰的吸附性能，处理一些含有害物质的废弃物。7.1应用粉煤灰的吸附性能净化废水，对 CODBOD、色度等都 有较好的去除作用。用它处理电镀废水，对Cr3+、Zn2+、Cf的去除率可分别达到98.8% 98.3% 90%处理印染废水时，COD去除率为75%BOD5的去除率为76%色度的去除率为50%处理低浓度含油废水， 其出水水质可达标排放。此外粉煤灰对废水中的Pb2+、Hd+、F-和酚类都有良好的去除作用。粉煤灰吸附水中磷时受pH的影响较大，在中性条件下，磷的去除率最高。粉煤灰适合低浓度的含磷污水，当磷浓 度为5mg/L时，磷的去除率达64%另外粉煤灰经处理后可用作废