工学论文：粉煤灰在工业生产中的有效利用

 　　粉煤灰是煤燃烧后排放的固体废弃物。燃煤电厂将煤磨细至100微米以下的细粉，用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧，产生高温烟气，经收尘器或废气管道从烟气中收集的细灰称粉煤灰，若黏结成块，由炉底排除的废渣称为炉渣，粉煤灰约占灰渣总量的80%左右，每一万千瓦发电机组的排灰渣量约0.9万~1.0万吨。供热公司的燃煤锅炉也会由炉底排除部分炉渣。据相关资料介绍：我国的能源消耗是以煤炭为主，约占总能源消耗的70%左右，近年来，煤炭消耗量超过30亿吨，估计粉煤灰排放量4亿多吨 .如何合理有效利用粉煤灰，变废为宝，成为社会有关行业一直关注的问题。下面从粉煤灰的化学成分、物相组成及其性能，谈谈粉煤灰的有效利用。

　　1粉煤灰的化学成分

　　粉煤灰的化学成分近似于黏土，主要化学成分（重量百分比）SiO240% ~60%,Al2O319% -34%,Fe2O35%-19%,CaO 1%-10%,烧失量15%.由于不同地区煤的成分不同，因而粉煤灰的成分变化较大。

　　2粉煤灰的物相组成及性能

　　粉煤灰的颗粒组成。按照粉煤灰颗粒形貌，可将粉煤灰颗粒分为：玻璃微珠；海绵状玻璃体（包括颗粒较小、较密实、孔隙小的玻璃体和颗粒较大、疏松多孔的玻璃体）；炭粒。我国电厂排放的粉煤灰中微珠含量不高，大部分是海绵状玻璃体，颗粒分布极不均匀，在使用中需筛选或加工处理。

　　粉煤灰的物相组成十分复杂。无定形相主要为玻璃体，含量约50%,最高达80%.它蕴含有较高的化学内能，具有良好的化学活性。粉煤灰中的玻璃体为空心球状，主要成分为SiO2和Al2O3,结晶相主要有莫来石、方石英、长石和少量方镁石等，莫来石呈微晶质。

　　粉煤灰的密度1.8~2.4g/cm³,松散容重0.6~1.0g/cm³,颗粒粒径10.5~100微米，平均为10~30微米。

　　3粉煤灰在工业生产中的有效利用

　　由于粉煤灰本身化学成分及其性能，决定了它在工业生产中有不同的用途。

　　3.1生产建筑材料

　　3.1.1生产通用硅酸盐水泥

　　粉煤灰作为生产通用硅酸盐水泥的混合材料，因品种不同，其掺加量也各不相同，在不影响其各项技术指标的情况下，在普通硅酸盐水泥中，粉煤灰可掺加量为5%~20%,在粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅 酸 盐 水 泥 中，粉 煤 灰 的 掺 加 量 可 达20% ~40%,粉煤灰作为混合材的大量使用，使得通用硅酸盐水泥的生产成本大大降低；在配制硅酸盐水泥的生料时，粉煤灰还可替代部分粘土，与石灰石、铁质原料（如，铁粉、铜矿渣）等其它原材料按照一定的配比混合，经粉磨后，在高温下煅烧，可生产硅酸盐水泥熟料。粉煤灰代替部分粘土，既降低了生产熟料的成本，又减少了从耕地取土，保护了自然环境。

　　3.1.2生产矿物聚合材料

　　以粉煤灰废弃物为主要原料，与其它材料一起经压制等工艺过程处理后，生产出矿物聚合材料，在制备过程中低成本，无污染排放，矿物聚合材料的力学性能和耐酸碱性能良好。是一种绿色新型环保材料，应用前景广阔。

　　3.1.3生产蒸压加气混凝土砌块

　　以粉煤灰为主要原料，掺入适量水泥、石灰、砂石、铝粉等材料，通过坯料制备、加压成型、高压蒸气养护而成，可生产蒸压加气混凝土砌块 ,其各项技术指标符合GB11968的规定；在建筑工程中广泛应用，可替代烧结普通粘土砖和烧结多孔砖。

　　3.1.4生产粉煤灰混凝土小型空心砌块

　　以粉煤灰为主要原料，掺入适量水泥、砂石、碎石等集料，通过坯料制备、加压成型、养护而成。生产的粉煤灰混凝土小型空心砌块，其各项技术指标符合标准要求，可作为大型建筑物框架结构的添存料。

　　3.1.5生产粉煤灰砖

　　以粉煤灰为主要原料，掺入适量水泥、石灰、石膏等材料，通过坯料制备、加压成型、高压或常压蒸汽养护而成，可生产粉煤灰砖，其各项技术指标符合标准要求，代替普通粘土砖作为建材材料。

　　3.1.6生产轻集料混凝土小型空心砌块

　　以粉煤灰为主要原料，掺入适量水泥、砂石、陶粒等集料，通过坯料制备、加压成型、养护而成。生产的轻集料混凝土小型空心砌块，其各项技术指标符合标准要求，可作为大型建筑物框架结构的添存料。

　　3.1.7拌制混凝土和砂浆时作为掺合料

　　粉煤灰需满足GB/T1596规定的细度、需水量比、烧失量、含水量、三氧化硫、游离氧化钙、安定性的技术要求。粉煤灰作为拌制混凝土和砂浆的掺合料，可降低预拌混凝土和砂浆的成本。

　　3.2制取冶金级氧化铝

　　以高铝粉煤灰为原料，利用高铝粉煤灰生产氧化铝技术，该技术通过电热法冶炼硅系列合金及从高铝粉煤灰提取氧化铝，辅以其他成熟的工业技术，最终可生产出国家急需的铝硅钛合金材料。同时，还可将电厂排放的高铝粉煤灰和循环水排污水，以及其他副产品全部消化处理掉。可替代氧化铝进口，提高我国氧化铝供给安全性。

　　3.3生产多孔陶瓷滤料

　　以粉煤灰漂珠为主料，配以粘接剂和造孔剂，可制备高孔隙率陶瓷滤料。常用粘接剂包括羧甲基纤维素与硅胶，长石、方解石和石膏及粘土矿物等。造孔剂可采用小米或聚苯乙烯颗粒、碳粉等。粉煤灰漂珠60%~75%,再配上各种原料粘接剂和造孔剂，采用半干压成型，在一定的温度下保温一定的时间，再经过高温烧结工艺处理可制得多孔陶瓷滤料。这种材料具有发达的孔径分布的高孔隙率多孔陶瓷滤料，具有很高的表面积和显着的过滤净化功能，是一种高活性的水处理用过滤净化材料。

　　3.4制备莫来石陶瓷

　　高铝粉煤灰含有大量莫来石微晶，故可免去烧制前期形成晶核所要求体系自由能较大提高的条件。以高铝粉煤灰为主要原料，与铝矾土按一定量的配合比，在粉煤灰用量达70%,烧结温度1550℃、保温一定时间的条件下，制得的莫来石陶瓷制品的各项技术指标符合GB/T8488耐酸砖的标准。所以莫来石陶瓷制品具有耐腐蚀、低温、高强度等工程领域。

　　3.5制备莫来石微晶玻璃

　　以高铝粉煤灰为主要原料，采用烧结法亦可制备莫来石微晶玻璃，高铝粉煤灰和煅烧铝矾土按一定的比例混合后，经过技术工艺流程处理后，可制得莫来石微晶玻璃，莫来石微晶玻璃具有最佳的综合性能，用作工程和结构材料具有潜在应用前景。

　　3.6制备堇青石微晶玻璃

　　采用浇注法可制备堇青石微晶玻璃，以高铝粉煤灰为主要原料，加入碳酸镁和石英砂，按一定比例混磨均匀后，装入刚玉坩埚内，在1500℃下，保温一定的时间，再经工艺处理后，可制得基础玻璃 ,基础玻璃经核化处理后，外观、颜色均未发生明显变化，继续晶化处理，玻璃表面变得粗糙、不透明，失去玻璃光泽，系由堇青石微晶由基础玻璃中分相、成核和析出所致。堇青石微晶玻璃具有较高的机械强度，底介电常数、低介电损耗和底热膨胀系数等。

　　3.7选取漂珠

　　漂珠是一种具有较高经济价值的空心玻璃球。通过漂浮、水力或风力法选出后，可用于制作保温、耐火、耐磨制品，塑料、橡胶填料，建筑材料、涂料等。目前，我国聚氯乙烯制品中，每年至少有25万吨制品可以添加粉煤灰空心微珠，可节约树脂近13万吨。

　　3.8制备塞隆材料

　　以高铝粉煤灰为主要原料，采用碳热还原碳化工艺，在一定的高温、保温及有关条件的工艺过程处理后，可实现低成本，高产率制备塞隆材料。塞隆材料被认为是最具有应用潜力的高性能结构陶瓷材料之一。

　　4结束语

　　粉煤灰作为工业生产中产生的固体废物，在众多领域得到了合理有效的利用，既解决了粉煤灰在排放时占用土地，处理上污染环境等问题，又符合国家相关发展循环经济，实现资源综合利用的优惠政策。粉煤灰的大量合理有效使用 ,使部分工业产品的生产成本大大降低，增强了企业的获利能力和市场竞争能力，具有很好的经济效益和社会效益。

　　[参考文献]

　　[1]刘浩。利用高铝粉煤灰制备莫来石微晶玻璃的实验研究[J].矿物岩石地球化学通报，25（4）。

　　[2]李世普。特种陶瓷工艺学[M].武汉：武汉工业大学出版社。

　　[3]马鸿文。工业矿物与岩石。矿物材料教材。