粉煤灰高附加值利用

1、粉煤灰可行性研究报告    我国电能大部分由燃煤电厂提供。全国燃煤电厂废弃的粉煤灰约有30亿吨，挤占了大片土地，对环境造成极大污染。    粉煤灰是一种细粒的复合矿物原料，对它进行整体开发利用不仅减免了对原材料的投入，也是减少固体废物污染的治本之道。目前，热电粉煤灰主要用于道路工程、回填、改良土壤、灰场复土、水泥和其他建筑材料制造，或是从中提取特定物质，并没有大幅度提升再生产品的附加值，也没有充分利用废弃的粉煤灰，这是因为一般仅从各自行业的需求出发，只对粉煤灰的特殊用途或特定物质做了单向选择利用，并没有全面考虑粉煤灰的综合利用价值，有

2、较大的局限性。粉煤灰是一种复杂的、主要由无机和少量有机组分组成的混合物。无机组分大部分为硅酸铝盐类物质，伴有少量碱性元素和微量的贵重金属元素；有机物主要为未燃烧碳粒和游离碳。粉煤灰粒径小，是一种含有大量高附加值的可再利用的资源。1、粉煤灰的资源特性分析1.1粉煤灰的化学成分、颗粒组成及物理性能粉煤灰是火力发电厂排出的一种工业固体废弃物, 它是由磨成一定细度的煤粉在煤粉炉中经过11001500 的高温悬浮燃烧之后, 由原煤中粘土质矿物发生分解、氧化、熔融等变化, 在表面张力的作用下形成细小的液滴, 在排出炉外时, 经急速冷却形成粒径为0.1380m的玻璃质微细球形颗粒，然后, 同未被燃烧的可燃物

3、一起由除尘器所收集,或者由水流管道排放到储灰厂。粉煤灰的化学组成取决于原煤的无机物组成和燃烧条件，粉煤灰中70%以上都是由二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁组成, 我国大中型电厂粉煤灰的化学组成和物理性能分别见表1和表2. 粉煤灰是由各种颗粒机械混合而成的颗粒群体,主要颗粒为圆球形, 其中视密度大于1的微珠含量通常为50%70%, 最大可达85%.主要颗粒形式有:漂珠:在粉煤灰中含有0.5%-1%, 形成空心的主要原因是矿物质转变过程中产生的co2、co、等气体, 被包裹于熔融的灰滴中心, 成为圆球型薄壁空心球体,含sio2量较高, 达60%左右, al2o3约30%, 其最大特点为质轻壁薄,

4、视密度小于1；微珠：粉煤灰中含有50%70%的空心微珠, 厚壁, 视密度大于1, 强度很高；富铁微珠：以富集氧化铁而命名, 颜色黑, 有磁性；海绵状多孔体：是粉煤灰中含量较多的一种颗粒成分, 其形貌特点为多孔不规则, 以海绵状为最典型, 粒径差别较大, 视密度较小, 比表面积则较大；碳粒：碳粒在粉煤灰中大致有3种, 即多孔碳、碎屑碳和碎片碳。粉煤灰中矿相物质组成1  中空微珠    中空微珠的壁层主要由硅酸铝（莫来石化）玻璃体构成，中空，比重轻，常漂浮于排灰水面，又称漂珠。其形似珠，具有质轻、导热系数小、耐磨、耐高压、耐酸、隔热、绝缘盒高吸附量等优异性能

5、，可用作聚合物的轻体填充剂，防火、隔热、隔音、绝缘材料以及化学吸附剂、催化剂等，广泛应用于航空航天、舰船及海洋工程、化工制造和节能建筑等行业。中空微珠深化处理后，可制备生产莫来石/沸石中空微珠，可应用于催化、离子交换、吸附、缓释胶囊和中间载体等高新技术产业。2  占粉煤总量1.0%2.5%的玻璃体微珠    这部分玻璃体微珠主要由硅酸铝莫来石化玻璃体构成，部分珠体中空，但珠璧较厚，比重较漂珠大，沉于排灰水，又称沉珠。具有珠形、硬度大、耐磨、耐高压、耐酸、聚散性好等特性，可作为化工塑料添加剂、干粉砂浆料、耐热耐酸混凝土，应用于冶金、石油、化工和建材行业。3

6、  氧化铁磁珠    主要由富铁硅酸铝、氧化铁钛聚合物或铁钛硅酸铝和氧化铁微粒组成。氧化铁钛磁珠可作为冶金原料，也可用于高密实混凝土的防辐射材料，或生产颜料、催化剂的原材料。氧化铁钛磁珠占粉煤灰总量的12%18%。4  超细干粉    粉煤灰中约有25%30%的超细干粉，超细干粉绝大部分为微晶珠形结构物质，粒径小于30µm，主要用于生产复合水泥，轻体保温墙体、干粉砂浆料、矿物聚合材料和人造石材、塑料填充剂、防水剂、改性酚醛泡沫板等。5  碳粉    碳粉为原煤在电厂

7、锅炉中未完全燃烧的微粒多孔碳，约占粉煤灰的5%11%，有少量无机附着物。其性能接近碳素，可用作碳质填充料，也可用作催化剂、吸附剂或冶金用碳珠。6  不规则硅酸铝中粗粉    剩余的不规则硅酸铝中粗粉是粉煤灰分离提取上述物质后的剩余物，al2o3/sio20.6，fe2o36%，由于粉煤灰中的碱性元素多结合成前述球体材料或呈超细粉被分离，矿物成分纯化，成为生产硅铝矿物的加工工序，且氧化物也经过了改性，冶炼还原性较原矿好。   根据粉煤灰的矿物组分，采用“三步法”生产工艺，可将粉煤灰中各类矿物尽可能的逐次分离，分别提取出碳粉、中空微珠、玻

8、璃体微珠，氧化铁钛磁珠、铝硅铁合金和活性二氧化硅微粉，使它们都能够得到合理利用，实现废弃资源综合利用的最佳化和资源增值的最大化，缓解对高品质自然矿产资源的需求压力，减少资源浪费，并赋予粉煤灰综合利用以全新的理念。围绕这一技术，一个年产3000吨氧化铝的示范厂已由大唐国际发电公司在内蒙古建成，并打通全部工艺流程，生产出了第一批氢氧化铝。针对推动粉煤灰提取氧化铝技术大规模产业化，国家发改委提出4方面举措：一是抓紧大唐生产线的消除设备缺陷，尽快达产达效，同时要认真测算项目的经济性，作为下一步大规模推广决策依据；二是粉煤灰提取氧化铝问题要纳入国家煤炭工业“十二五”发展规划，并作为国家煤炭开发中资源综合

9、利用的战略重点。实践已证明准格尔等地区富铝煤中氧化铝具有很高的经济价值，如在开发过程中将粉煤灰全部资源化利用，既可替代氧化铝进口，提高我国氧化铝供给安全性，又可提高煤炭开发的综合效益；三是认真制定粉煤灰提取氧化铝专项规划，目前国家发改委已完成了粉煤灰提取氧化铝规划的初稿；四是发改委将支持在内蒙古准格尔、托克托两地建设大型粉煤灰提取氧化铝循环经济示范区，构建煤电粉煤灰提取氧化铝、活性硅酸钙、分子筛、水泥电解铝铝后加工产链，做成示范基地。粉煤灰中藏着大铝矿?特约撰稿王成之 我国是全球第一产铝大国，2008年产出原铝1318万吨，占全球总产量的33.4；同时也是全球第一消费大国，2008年消费量达1

10、260万吨，占全球总消费量的32.89。但我国铝土矿资源量却只占全球的3，另一方面，粉煤灰开发利用是国内重要铝资源之一，相当于一个特大型铝矿。如能加大投资力度，其潜力、前景不可限量。 高附加值利用尚未形成产业规模 近年来，科技工作者着眼于粉煤灰理化特性，进行高技术含量、高附加值产品研发，从粉煤灰中提取氧化铝、羟基硅、固态铝酸钠、硅酸铝、硅酸钾、莫来石、水泥助磨剂、稀土农肥等，已日益为人们所重视，前景十分广阔。 粉煤灰的化学成分主要是二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、二氧化钛、氧化镁、氧化钙以及其他碱金属氧化物和稀有元素。其中三氧化二铝含量较高的粉煤灰被称为高铝粉煤灰，具有很高的开发利用价值。依

11、据目前技术水平，含三氧化二铝30以上的就可视为高铝粉煤灰。 普通粉煤灰三氧化二铝含量平均为2528，我国35处粉煤灰样品三氧化二铝平均含量为27.1。国外粉煤灰亦大体类似，日本粉煤灰三氧化二铝平均含量为25.86，美国为20.81，英国为26.99，德国为24.93，只有波兰高达32.39。 上世纪60年代，波兰人曾以石灰石烧结法制取氧化铝，我国安徽、宁夏、江苏等地也曾以类似方式作过试验，在提取氧化铝同时生产活性硅酸钙，但未能形成规模产业。 技术研发不断突破，应用领域不断开拓 经国家发改委批准，两年前，内蒙古鄂尔多斯以高铝粉煤灰为原料，用石灰石烧结法在制取氧化铝同时联产水泥项目成功实现产业化。

12、项目投资18亿元，年产氧化铝40万吨，近期即将投产。去年初，大唐国际托克托电厂与同方环境公司合作，利用托克托电厂粉煤灰制取氧化铝联产羟基硅及电热法炼制铝硅钛合金技术成果发布。托克托电厂年耗煤1600万吨，排放粉煤灰400万吨，灰中氧化铝含量高达54以上，在提取羟基硅后三氧化二铝/二氧化硅(a/s)达2.2。如用于制取氧化铝，回收率按85计，每2.2吨粉煤灰即可制取1吨氧化铝，400万吨灰可产出180万吨氧化铝，这比山东“非中铝”企业用进口矿石生产氧化铝还更具有优势(每3吨矿石产出氧化铝1吨)。 此外，河南巩义成功进行了运用常温常压波加速溶出新技术将粉煤灰与废弃低品位铝土矿制取氧化铝的半工业化试

13、验，郑州龙昌公司利用上述技术从粉煤灰中提取羟基硅的小型试验也获得成功，羟基硅成本不到2000元/吨，所产未经脱水羟基硅以3000元/吨售出。这些技术为粉煤灰高附值开发利用打下了基础。 粉煤灰的另一个高附加值开发利用领域是电热熔炼铝硅钛合金和铝硅铁合金。氧化铝含量大于30的粉煤灰用作炼制铝硅铁时可炼得含铝40以上的合金，除了用于炼钢脱氧外，还可取代硅铁用作炼镁还原剂。 炼制铝硅铁合金，应力求提高合金中铝含量，降低铁含量。焦作李封铁合金厂，试生产期间产出的铝硅铁成分平均如下:硅为34，铁为12.5，铝为47.8，钛为3.3。郑州轻金属研究院曾以铝硅铁取代硅铁作还原剂炼镁，试验所采用的铝硅铁合金成分

14、为:铝含量35.41，硅含量41.54，铁含量16.76。还原温度1100时，镁收率为65.5。与当时以75硅铁为还原剂炼镁的各项指标相比，还原剂单耗略有降低，镁收率则提高56，温度降低50，具有一定优势。 利用途径多样，节能减排优势明显 我国具有高铝粉煤灰资源优势，除了内蒙古外，还有“煤都”山西朔州。朔州煤储量423亿吨，年产煤上亿吨，煤灰中氧化铝含量高于高岭土，而氧化铁含量却相对较低。经对平鲁一矿、二矿及怀仁煤矿等3个煤矿煤灰的化学成份进行化验分析，氧化铝含量依次为:45.73，41.24，54.22；氧化铁含量分别为:2.4，0.44，0.8。此外，经验证，煤矸石中氧化铝含量亦在40以上

15、。朔州的南邻原平，电厂排放粉煤灰氧化铝含量也高达40，并有大量废弃铝土矿。 以粉煤灰为主要原料，电热熔炼铝硅中间合金，以原铝或再生铝进行稀释，配制各种牌号铝硅合金，不仅是综合利用环保项目，而且与以原铝或再生铝与工业硅重熔合成的铝硅合金相比，成本低，可节省能耗约20，减排大量二氧化碳及固体废弃物，降低建设用地和投资，还可大大改善产品质量，提高产品成品率，是国家政策支持的项目。 虽然如此，但铝硅合金毕竟是高能耗产品，其适用范围有一定局限性。一般说来，在高铝粉煤灰出产地、电力充裕电价低的地区、电铝联营企业，以及因政策规定进入门槛提高而被迫停产、有闲置适用(便于改造)的矿热炉、整流设备的企业，都是其用

16、武之地。在不具备发展、推广条件的地区、企业，笔者认为仍应以通常方式开发利用，如上所述，利用粉煤灰生产氧化铝、羟基硅、固态铝酸钠等高附加值产品，既可大批量消化粉煤灰，又有着可观的经济效益。(作者系中国铝冶炼技术开发中心专家顾问) 相关链接 利用率仅为发达国家一半 对燃煤电厂而言，粉煤灰曾是一大包袱。近年来，随着循环经济的推行、发展，国家鼓励政策陆续出台，特别是粉煤灰综合利用技术的新发展，情况有所改变，但因旧灰堆存量大，新灰利用率仍较低(国内粉煤灰利用率只有40，是发达国家利用率的一半)，全国每年仍有约两亿吨新灰未被消化。因而，如何开展综合利用，提高利用率，使其化害为利、变废为宝，仍然是循环经济的

17、重要课题。 国内目前粉煤灰的综合利用方式，仍以大批量利用为主，用作建筑材料的部分占总消化量的50以上，如粉煤灰水泥、加气混凝土砌块、烧结陶粒、烧结砖、蒸压砖、轻型中空隔墙板、复合保温外墙板、保温屋面板、轻质中空楼板等系列板材等；作为填充料，用于道路、机场、港区建设工程的约占总消化量的20以上；用于农业方面改良土壤、制取农用肥料的约占消化量的20以上。<rec> 炼制铝硅钛合金应注意什么? 虽然铝硅钛合金与铝硅铁合金以粉煤灰为主要原料时其氧化铝含量并无一定额度区分，但两种合金性质截然不同，前者是铝合金，后者是铁合金，铝合金对含铁量有严格要求，原料含三氧化二铁量一般不得大于0.8，中间合金含铁量不大于1.2，不是所有粉煤灰都适用。炼制铝硅合金氧化铝含量必须使a/s达到1.3以上才能练出含铝55以上的粗合金。 此外，灰的化学活性也不可忽视，化学活性差反应速度下降，会