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  粉煤灰免燒陶粒的主要特點用途和發展方向

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粉煤灰免燒陶粒的主要特點用途和發展方向

 

粉煤灰免燒陶粒國家專利發明人:杜世永

 

摘要:本文闡述了國際國內粉煤灰陶粒的發展以及粉煤灰免燒陶粒的特點、用途;提出了我國宜使用粉煤灰、廢石膏、尾礦等廢渣為主要原料生產粉煤灰陶粒;為了環保節能,宜采用國內先進技術發展高摻量原狀粉煤灰免燒陶粒的技術路線。

關鍵詞:原狀粉煤灰、免磨、免燒結化學反應工藝粉煤灰免燒陶粒、非煅燒粉煤灰輕集料。

    我國大量利用粉煤灰等工業廢渣研究與開發人造輕集料,經歷了漫長而又曲折的過程。20世紀60年代,至今已50多年。20世紀7080年代是我國粉煤灰陶粒發展的高峰時期,此時除天津廠又擴建外,陸續又在遼寧清河、蘭州、廣州、齊齊哈爾和北京5個省市建立了5座生產規模為1030m3/y燒結粉煤灰陶粒廠,其總生產能力達到101m3/年,占全國陶粒總生產能力的50%左右。了1995年,我國人造輕集料生產廠家己有30多家,年產量達200m3,同時伴隨著混凝土技術的發展,高強輕集料的發展出現強勁勢頭。20056月國務院頒發了《國務院辦公廳關于進一步墻體材料革新和拰廣節能建筑的通知》。通知的頒發大大推動了輕集料的發展,2005年我國人造輕集料產量達到400m3

傳統燒結方法生產輕集料工藝優點是產量高、吃灰量大;產品質量穩定,控制靈活,操作簡便;生產的輕集料強度高,容重小,綜合性能優良。其缺點是:工藝復雜,燃燒煤耗大、設備笨重用電量大,目前每生產1M3輕集料需耗電27-28KW;更嚴重的是不但燃燒煤耗大,向空氣當中排放的二氧化碳、硫等廢氣更大。嚴重的污染了環境和浪費了能原,不適合我們國家“節能減排”的國策。

我國是一個人多地少且人均資源占有量十分匱乏的發展中國家,經濟規模以近10%的速度在逐年快速增長,隨之而來的霧霾天氣、水、土壤等環境污染問題已成為我國最大的民生問題。環境污染、資源短缺在某種程度上制約了我國的經濟發展,我國要實現可持續發展關鍵問題之一是處理好經濟發展與環境保護的關系。保護環境早已引起黨中央和國務院的高度重視,國家對社會環境改善前后出臺各種與改良環境污染相關的政策,人們己認識到必須改變日益惡化的環境,淘汰嚴重污染環境的落后工藝。國外一些國家,在利用粉煤灰生產免燒輕集料方面己進行了大量開發和研究;如荷蘭吉爾圖登堡年產35萬噸粉煤灰免燒陶粒,主要生產建筑砌塊生口;美國佛羅里達年產20萬噸粉煤灰免燒陶粒,主要用于磚石砌塊、預制構件、結構混凝土;印度旁哲普年產20萬噸粉煤灰免燒陶粒,主要用于砌塊、預制構件、混凝土、路基等;俄羅斯90年代末建成了半工業化粉煤灰免燒陶粒線,生產粉煤灰免燒陶粒性能優于粘陶粒。

我國在這方面的研究起步較晚,但出了許多研究成果,如安徽省建筑科學研究院、華北電力大學龐蘭輝、清華大學馮乃謙、本文作者杜世永、中南電力設計院馬彥濤等研制了粉煤灰免燒輕集料(下稱粉煤灰免燒陶粒)。

“環保節能”早已引起黨中央和國務院的高度重視,“環保綠色”正成為人與自然和諧的世界語。國家對社會環境改善前后出臺各種與改良環境污染相關的政策,我們的生活環境污染整治便是當下的頭等大事。全國人大常委會2014424日審議通過了修訂后的《環境保護法》,該法將于201511日施行。給大綜利用粉煤灰、工業附產石膏等固體廢渣生產環保節能系列綠色建材行業提供了高速發展的機遇。

粉煤灰免燒陶粒是一種大量利用粉煤灰等廢渣制成的人造粉煤灰免燒輕集料。中華人民共和國國家標準《輕集料混凝土小型空心砌塊》GBT152292002給它定名為《非煅燒粉煤灰輕集料》;中華人民共和國建筑工業行業標準JGT407-2013標準給它定名為《非煅燒粉煤灰輕骨料》。

目前,發展人造輕骨料的環境和空間與過去相比,形勢大好,但為什么粉煤灰陶粒從跌落低谷后卻遲遲發展不起來,為此,筆者提出幾點粗淺看法及今后發展方略和同仁們探討,不妥之處,希批評指正。

1  目前我國粉煤灰的品質和利用現狀

1.1  粉煤灰的品質現狀

1.1.1  資源化性能差

粉煤灰的品質受煤種、煤粉細度、鋼爐類型、燃燒條件、除塵設備等等諸多因素影響,我國電廠排放的粉煤灰品質極不穩定,資源化性能差。從表139家電廠排放粉煤灰的燒失量和細度測定結果的統計可知,粉煤灰中其大于80μ篩余和燒失量的差異極大。

1    39家電廠排放粉煤灰的燒失量和細度測定結果

   

波動范圍(%

平均值(%

標準差

變異系數

細度>80μ篩余

0.2569.85

66.12

12.14

1.14

燒失量

0.3157.44

20.63

17.08

0.83

1.1.2  高含碳量、濕排灰

20世紀70年代以前建設的燃煤電廠及后來所建成的大量小電廠,大多采用低效干式除塵器或濕式除塵器,粉煤灰中最有用的、性能最好的細顆粒被排入大氣,收集下來的顆粒既粗含碳量又高,一般均在15%左右,并均為濕排灰。

1.1.3  干排灰少

20世紀80年代以來,新建20KW以上燃煤電廠,全部采用高效電除塵器,但不少電廠輸灰系統仍采用水沖,甚至灰渣混排,電除塵器24電場的優質粉煤灰也被沖入貯灰場。因此從排灰的總量而言,干灰的比例很小。

1.2  粉煤灰的利用現狀

A.粉煤灰雖已在建材、建工、筑路、回填、農業及提取礦物等領域被利用,利用率已達45%左右。但是,由于大部分電廠排放粉煤灰品質極不穩定,含碳量偏高,特別是一些中小型電廠含碳量在10%以上,限制了粉煤灰的利用范圍,制約了粉煤灰綜合利用技術的發展。

B.各地區的粉煤灰利用很不平衡,在經濟發達地區,如上海、長江三角洲、珠江三角洲等地區利用比較好,特別是上海、南京二地,其利用率已超過100%。而在欠發達的西部地區及中、小城市粉煤灰利用率還很低。

C.建材部門是利用粉煤灰的穩定大戶。其利用量已占總利用量的30%左右,在這些利用項目中主要是水泥、粉煤灰燒結磚、加氣粉煤灰砌塊等,而粉煤灰陶粒卻長期徘徊在利用之外。

2  對粉煤灰的品質要求

粉煤灰陶粒對粉煤灰的品質要求,是根據其采用不同的工藝技術和產品類型而有所不同。

A.采用回轉窯燒脹工藝。當采用回轉窯燒脹型工藝技術時它對粉煤灰燒失量的限制很嚴,并對其化學組成也有要求,這是因為粉煤灰的燒脹是物料在高溫軟化條件下,氧化鐵和碳元素反應并受其混合料的化學組成和碳鐵比的制約而形成的,過大或過小的碳鐵比能使燒脹反應無法實現,一般的碳鐵比可控制在0.4左右。

B.當用回轉窯生產燒結型產品時,它對粉煤灰的化學組成比燒脹型要求低,但對燒失量仍有限制,這是因為無論采用單筒或雙筒回轉窯,它對粉煤灰的除碳效率是很低的,因此,過高的含碳量會影響產品質量,當產品的燒失量≥5%時,則不符合輕集料國家標準中對有害物質含量要求的規定,因此也必須有所限制。

C.采用燒結機工藝。國內技術對粉煤灰品質要求遠比引進技術要求低。因此,它對各種粉煤灰的適應性強,可使用區域廣,符合普遍發展粉煤灰陶粒的條件。燒失量的限制,可根據混合料內含碳量的要求而定,一般為5%8%,如混合料內含碳量過高,可使物料過燒熔融,影響產品質量和正常生產。

D.采用免燒結化學反應工藝。無需蒸汽養護,無需燒結,無需用球磨機將粉煤灰等材料全部磨細的免蒸免燒免磨快速生產粉煤灰陶粒的工藝方法。不加粘土、不加水泥,以粉煤灰(85%左右)為主要的原料,(也可用尾礦、原狀脫硫石膏和磷石膏替代大部分粉煤灰),以石灰(或電石渣)為輔助材料,以FAJ型綠色激發劑(高分子復合型化工原料)為外加劑,經過計量、攪拌、陳化、活化、成球,進反應室反應等步驟即成成品,省去了球磨機、蒸汽鍋爐、小型回轉窯或者燒結機等大型設備,節約了設備投資,降低了能源消耗,縮短了反應時間,減少了場地占用,有利于粉煤灰免燒陶粒的大批量工業化生產。

3  發展方略

綜上所述,在發展粉煤灰陶粒時,既要考慮各種工藝技術對粉煤灰品質要求,又要考慮到我國當前粉煤灰品質的現狀及粉煤灰的使用成本,才有可能使粉煤灰陶粒得到全面、迅速的發展。

3.1  利用原狀粉煤灰生產

鑒于粉煤灰陶粒的價位受種種因素制約,其價位不能高,否則無法進入市場。因此它不可能與其他附加值高的利用項目去爭量少、價高的優質灰來發展自己的產品,只能想方設法在量大、面廣、價廉的原狀灰上找發展,才是較現實的途徑。

3.2  新建項目

各地在新建粉煤灰陶粒項目時,仍應按因地制宜、擇優選擇的原則來確定工藝技術、生產規模及產品使用的主供對象等。

A.采用國內技術發展以免燒結化學反應為主的工藝技術。

20世紀6080年代,在國內一些重點工程中,采用輕骨料的主要是粉煤灰陶粒,如南京長江大橋橋面工程、寧波解放大橋、反帝橋工程,90年代初天津市63幢高層中采用粉煤灰陶粒有37幢,其中全部采用粉煤灰陶粒混凝土的有3幢,最高為26層,這些足以說明我國的粉煤灰陶粒質量是不差的,因此 ,國內工藝技術水平也并不比國外差。

根據目前我國粉煤灰品質現狀,要普遍發展粉煤灰陶粒,其工藝技術必須要適合各類粉煤灰的品質,而國內工藝技術的特點之一是對各類粉煤灰的適應性強,因此只有采用國內技術才最合適。粉煤灰免燒結工藝技術特點之二,能根據需要其規模可大可小,投資低,易上馬,更適合民營投資。

B.生產規模。為了在有條件地區普遍發展粉煤灰陶粒,特別在中、小城鎮,初始階段規模不宜大,因陶粒是地方性材料,產品應就地消化,規模一般控制在510m3/y為宜。這樣,投資小,易上馬,適于民營資本進入。當然也不排斥在有條件地區或大城市上規模大的生產廠。

C.開發國產免燒結陶粒生產線。陶粒行業在我國雖已有40余年的生產實踐,但在20世紀90年代初期,陶粒行業尚無定點的生產設備廠家和專用的生產設備,這在一定程度上制約和影響了陶粒的發展。我們已經獨立的開發出了年產5萬立方米的免蒸免燒免磨粉煤灰陶粒生產工藝以及配套設備,已規模化生產,同時年產10萬立方米以上的全自動陶粒生產線已研制成功,將為我國的建筑節能做出應有的貢獻,同時為我國盡快趕上發達國家在輕骨料角度的應用提供了技術基礎。

3.3  引導老廠轉向生產環保節能的粉煤灰免燒結陶粒

目前我國用回轉窯工藝生產的陶粒廠已分布在全國23個城市(臺灣不計在內)。其總生產能力達350m3/y左右,其中粘土陶粒約占70%左右,粉煤灰燒結陶粒占有30%左右,粘土陶粒的比例過高,陶粒需要燒結,這不是我們國家建材發展的方向,也不符合我國可持續發展,環保節能的要求。在有條件地區如將這些年生產能力達240m3/y左右的粘土陶粒將其中的一半,改造成粉煤灰免燒陶粒廠,是既省投資又易上馬,見效快的方法,在當前也是一條發展粉煤灰陶粒的好途徑。粘土陶粒的生產企業若要改成生產粉煤灰陶粒時,如是采用多組分配原料生產的,則其生產線也適合粉煤灰陶粒的生產;如若是采用單組分原料生產的,則需增加配料、均化工序。有時僅需增加一臺粉煤灰高效活化機即可滿足生產粉煤灰陶粒的要求。

4  粉煤灰免燒結陶粒的特點

一、粉煤灰免燒陶粒,一般呈圓球狀,表皮粗糙而堅硬,呈青灰色,內部有細微氣孔,呈灰黑色,其主要特點是容重輕(500900千克/m3),強度高(筒壓強度1.57.5Mpa),導熱系數低,耐火度高,化學穩定性等耐久性能好,經監測各項技術指標均符合國標GB2838燒結粉煤灰陶粒的各項規定。并可以根據用戶的要求調整配方來滿足在國標范圍內的不同容重、不同強度、不同顆粒級配的要求。

二、粉煤灰免燒陶粒,可以用來生產粉煤灰(或灰砂)標準磚、空心磚、空心砌塊、輕質隔墻板等,使之具有容重輕、強度高、保溫隔熱隔音性能良好的新型墻體材料。

三、粉煤灰免燒陶粒,還可以用來配制各種用途的不同標號的無砂大孔陶粒混凝土、素混凝土、鋼筋陶粒混凝土和預應力陶粒混凝土。可用預制、現澆、滑升模板等施工方法制成隔熱、圍護、承重用構件。還可以替代天然石子用于生產不同標號、等級的輕集料混凝土小型空心砌塊、空心磚、路面磚、水工磚等新型建筑材料。

用本發明生產的粉煤灰免燒陶粒作集料生產的混凝土和混凝土構件,可使制品容重降低30%左右,強度高達1030 Mpa。因為:粉煤灰陶粒和水泥基體之間,經過反應形成了一個整體,具有非常強的結合力。而使用砂、石集料時,集料只是被水泥基體包裹起來,集料與膠結料之間不發生反應。

用粉煤灰免燒陶粒作輕集料生產的構件和墻體材料具有容重輕、強度高、導熱系數小、隔熱保溫等優點。用來修建房屋,能減輕建筑物自重,增強建筑物抗震能力,縮小建筑結構斷面,降低建筑工程造價,特別是在發展城市高層建筑和提高建筑工業化、裝配化程度等方面具有積極意義。

四、該生產工藝基本上是一個完整的半機械化生產線,實現了流水作業和不間斷生產。不但提高了生產效益,減少了生產人員,降低了勞動強度和能源消耗,更重要的是每一道工序對陶粒的內在質量都具有促進和保障作用,從而使生產工藝達到了科學化、合理化。

五、粉煤灰摻入量大(85%左右),對粉煤灰無特殊要求,全國各地大多數粉煤灰都可使用。一個年產5萬立方米的三免粉煤灰陶粒生產線,一年可治理粉煤灰3.7萬噸左右,真正達到了治廢利廢的目的。

六、生產工藝先進,配方科學,配套設備少而精,生產周期短,廠房和占地面積少,固定資產投放少。

七、粉煤灰資源豐富,特別是有國家免稅等優惠政策的支持和工藝先進、投資少等優勢,因而產品成本遠遠低于燒結和蒸養粉煤灰陶粒。

總之,在發展粉煤灰免燒陶粒的征途中,該走出十幾年來徘徊的道路,堅定地走國內技術道路,相信粉煤灰免燒結陶粒因為適應國際建材的大方向不久會在我國各地普遍發展起來。

 

      

 

     

 

     

 

     

 

     

 

     

 

 

參考文獻: 1、《粉煤灰陶粒》中國建筑工業出版社197410月出版

           2、《淺述粉煤灰陶粒的發展方略》作者:陳烈芳 李壽德

 

 

                                  201731

 

 
 
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