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  粉煤灰免烧陶粒的主要特点用途和发展方向

http://www.fajc.com.cn   发布时间:2017.3.1  访问593次
 
 
  

粉煤灰免烧陶粒的主要特点用途和发展方向

 

粉煤灰免烧陶粒国家专利发明人:杜世永

 

摘要:本文阐述了国际国内粉煤灰陶粒的发展以及粉煤灰免烧陶粒的特点、用途;提出了我国宜使用粉煤灰、废石膏、尾矿等废渣为主要原料生产粉煤灰陶粒;为了环保节能,宜采用国内先进技术发展高掺量原状粉煤灰免烧陶粒的技术路线。

关键词:原状粉煤灰、免磨、免烧结化学反应工艺粉煤灰免烧陶粒、非煅烧粉煤灰轻集料。

    我国大量利用粉煤灰等工业废渣研究与开发人造轻集料,经历了漫长而又曲折的过程。20世纪60年代,至今已50多年。20世纪7080年代是我国粉煤灰陶粒发展的高峰时期,此时除天津厂又扩建外,陆续又在辽宁清河、兰州、广州、齐齐哈尔和北京5个省市建立了5座生产规模为1030m3/y烧结粉煤灰陶粒厂,其总生产能力达到101m3/年,占全国陶粒总生产能力的50%左右。了1995年,我国人造轻集料生产厂家己有30多家,年产量达200m3,同时伴随着混凝土技术的发展,高强轻集料的发展出现强劲势头。20056月国务院颁发了《国务院办公厅关于进一步墙体材料革新和拰广节能建筑的通知》。通知的颁发大大推动了轻集料的发展,2005年我国人造轻集料产量达到400m3

传统烧结方法生产轻集料工艺优点是产量高、吃灰量大;产品质量稳定,控制灵活,操作简便;生产的轻集料强度高,容重小,综合性能优良。其缺点是:工艺复杂,燃烧煤耗大、设备笨重用电量大,目前每生产1M3轻集料需耗电27-28KW;更严重的是不但燃烧煤耗大,向空气当中排放的二氧化碳、硫等废气更大。严重的污染了环境和浪费了能原,不适合我们国家“节能减排”的国策。

我国是一个人多地少且人均资源占有量十分匮乏的发展中国家,经济规模以近10%的速度在逐年快速增长,随之而来的雾霾天气、水、土壤等环境污染问题已成为我国最大的民生问题。环境污染、资源短缺在某种程度上制约了我国的经济发展,我国要实现可持续发展关键问题之一是处理好经济发展与环境保护的关系。保护环境早已引起党中央和国务院的高度重视,国家对社会环境改善前后出台各种与改良环境污染相关的政策,人们己认识到必须改变日益恶化的环境,淘汰严重污染环境的落后工艺。国外一些国家,在利用粉煤灰生产免烧轻集料方面己进行了大量开发和研究;如荷兰吉尔图登堡年产35万吨粉煤灰免烧陶粒,主要生产建筑砌块生口;美国佛罗里达年产20万吨粉煤灰免烧陶粒,主要用于砖石砌块、预制构件、结构混凝土;印度旁哲普年产20万吨粉煤灰免烧陶粒,主要用于砌块、预制构件、混凝土、路基等;俄罗斯90年代末建成了半工业化粉煤灰免烧陶粒线,生产粉煤灰免烧陶粒性能优于粘陶粒。

我国在这方面的研究起步较晚,但出了许多研究成果,如安徽省建筑科学研究院、华北电力大学庞兰辉、清华大学冯乃谦、本文作者杜世永、中南电力设计院马彦涛等研制了粉煤灰免烧轻集料(下称粉煤灰免烧陶粒)。

“环保节能”早已引起党中央和国务院的高度重视,“环保绿色”正成为人与自然和谐的世界语。国家对社会环境改善前后出台各种与改良环境污染相关的政策,我们的生活环境污染整治便是当下的头等大事。全国人大常委会2014424日审议通过了修订后的《环境保护法》,该法将于201511日施行。给大综利用粉煤灰、工业附产石膏等固体废渣生产环保节能系列绿色建材行业提供了高速发展的机遇。

粉煤灰免烧陶粒是一种大量利用粉煤灰等废渣制成的人造粉煤灰免烧轻集料。中华人民共和国国家标准《轻集料混凝土小型空心砌块》GBT152292002给它定名为《非煅烧粉煤灰轻集料》;中华人民共和国建筑工业行业标准JGT407-2013标准给它定名为《非煅烧粉煤灰轻骨料》。

目前,发展人造轻骨料的环境和空间与过去相比,形势大好,但为什么粉煤灰陶粒从跌落低谷后却迟迟发展不起来,为此,笔者提出几点粗浅看法及今后发展方略和同仁们探讨,不妥之处,希批评指正。

1  目前我国粉煤灰的品质和利用现状

1.1  粉煤灰的品质现状

1.1.1  资源化性能差

粉煤灰的品质受煤种、煤粉细度、钢炉类型、燃烧条件、除尘设备等等诸多因素影响,我国电厂排放的粉煤灰品质极不稳定,资源化性能差。从表139家电厂排放粉煤灰的烧失量和细度测定结果的统计可知,粉煤灰中其大于80μ筛余和烧失量的差异极大。

1    39家电厂排放粉煤灰的烧失量和细度测定结果

   

波动范围(%

平均值(%

标准差

变异系数

细度>80μ筛余

0.2569.85

66.12

12.14

1.14

烧失量

0.3157.44

20.63

17.08

0.83

1.1.2  高含碳量、湿排灰

20世纪70年代以前建设的燃煤电厂及后来所建成的大量小电厂,大多采用低效干式除尘器或湿式除尘器,粉煤灰中最有用的、性能最好的细颗粒被排入大气,收集下来的颗粒既粗含碳量又高,一般均在15%左右,并均为湿排灰。

1.1.3  干排灰少

20世纪80年代以来,新建20KW以上燃煤电厂,全部采用高效电除尘器,但不少电厂输灰系统仍采用水冲,甚至灰渣混排,电除尘器24电场的优质粉煤灰也被冲入贮灰场。因此从排灰的总量而言,干灰的比例很小。

1.2  粉煤灰的利用现状

A.粉煤灰虽已在建材、建工、筑路、回填、农业及提取矿物等领域被利用,利用率已达45%左右。但是,由于大部分电厂排放粉煤灰品质极不稳定,含碳量偏高,特别是一些中小型电厂含碳量在10%以上,限制了粉煤灰的利用范围,制约了粉煤灰综合利用技术的发展。

B.各地区的粉煤灰利用很不平衡,在经济发达地区,如上海、长江三角洲、珠江三角洲等地区利用比较好,特别是上海、南京二地,其利用率已超过100%。而在欠发达的西部地区及中、小城市粉煤灰利用率还很低。

C.建材部门是利用粉煤灰的稳定大户。其利用量已占总利用量的30%左右,在这些利用项目中主要是水泥、粉煤灰烧结砖、加气粉煤灰砌块等,而粉煤灰陶粒却长期徘徊在利用之外。

2  对粉煤灰的品质要求

粉煤灰陶粒对粉煤灰的品质要求,是根据其采用不同的工艺技术和产品类型而有所不同。

A.采用回转窑烧胀工艺。当采用回转窑烧胀型工艺技术时它对粉煤灰烧失量的限制很严,并对其化学组成也有要求,这是因为粉煤灰的烧胀是物料在高温软化条件下,氧化铁和碳元素反应并受其混合料的化学组成和碳铁比的制约而形成的,过大或过小的碳铁比能使烧胀反应无法实现,一般的碳铁比可控制在0.4左右。

B.当用回转窑生产烧结型产品时,它对粉煤灰的化学组成比烧胀型要求低,但对烧失量仍有限制,这是因为无论采用单筒或双筒回转窑,它对粉煤灰的除碳效率是很低的,因此,过高的含碳量会影响产品质量,当产品的烧失量≥5%时,则不符合轻集料国家标准中对有害物质含量要求的规定,因此也必须有所限制。

C.采用烧结机工艺。国内技术对粉煤灰品质要求远比引进技术要求低。因此,它对各种粉煤灰的适应性强,可使用区域广,符合普遍发展粉煤灰陶粒的条件。烧失量的限制,可根据混合料内含碳量的要求而定,一般为5%8%,如混合料内含碳量过高,可使物料过烧熔融,影响产品质量和正常生产。

D.采用免烧结化学反应工艺。无需蒸汽养护,无需烧结,无需用球磨机将粉煤灰等材料全部磨细的免蒸免烧免磨快速生产粉煤灰陶粒的工艺方法。不加粘土、不加水泥,以粉煤灰(85%左右)为主要的原料,(也可用尾矿、原状脱硫石膏和磷石膏替代大部分粉煤灰),以石灰(或电石渣)为辅助材料,以FAJ型绿色激发剂(高分子复合型化工原料)为外加剂,经过计量、搅拌、陈化、活化、成球,进反应室反应等步骤即成成品,省去了球磨机、蒸汽锅炉、小型回转窑或者烧结机等大型设备,节约了设备投资,降低了能源消耗,缩短了反应时间,减少了场地占用,有利于粉煤灰免烧陶粒的大批量工业化生产。

3  发展方略

综上所述,在发展粉煤灰陶粒时,既要考虑各种工艺技术对粉煤灰品质要求,又要考虑到我国当前粉煤灰品质的现状及粉煤灰的使用成本,才有可能使粉煤灰陶粒得到全面、迅速的发展。

3.1  利用原状粉煤灰生产

鉴于粉煤灰陶粒的价位受种种因素制约,其价位不能高,否则无法进入市场。因此它不可能与其他附加值高的利用项目去争量少、价高的优质灰来发展自己的产品,只能想方设法在量大、面广、价廉的原状灰上找发展,才是较现实的途径。

3.2  新建项目

各地在新建粉煤灰陶粒项目时,仍应按因地制宜、择优选择的原则来确定工艺技术、生产规模及产品使用的主供对象等。

A.采用国内技术发展以免烧结化学反应为主的工艺技术。

20世纪6080年代,在国内一些重点工程中,采用轻骨料的主要是粉煤灰陶粒,如南京长江大桥桥面工程、宁波解放大桥、反帝桥工程,90年代初天津市63幢高层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,最高为26层,这些足以说明我国的粉煤灰陶粒质量是不差的,因此 ,国内工艺技术水平也并不比国外差。

根据目前我国粉煤灰品质现状,要普遍发展粉煤灰陶粒,其工艺技术必须要适合各类粉煤灰的品质,而国内工艺技术的特点之一是对各类粉煤灰的适应性强,因此只有采用国内技术才最合适。粉煤灰免烧结工艺技术特点之二,能根据需要其规模可大可小,投资低,易上马,更适合民营投资。

B.生产规模。为了在有条件地区普遍发展粉煤灰陶粒,特别在中、小城镇,初始阶段规模不宜大,因陶粒是地方性材料,产品应就地消化,规模一般控制在510m3/y为宜。这样,投资小,易上马,适于民营资本进入。当然也不排斥在有条件地区或大城市上规模大的生产厂。

C.开发国产免烧结陶粒生产线。陶粒行业在我国虽已有40余年的生产实践,但在20世纪90年代初期,陶粒行业尚无定点的生产设备厂家和专用的生产设备,这在一定程度上制约和影响了陶粒的发展。我们已经独立的开发出了年产5万立方米的免蒸免烧免磨粉煤灰陶粒生产工艺以及配套设备,已规模化生产,同时年产10万立方米以上的全自动陶粒生产线已研制成功,将为我国的建筑节能做出应有的贡献,同时为我国尽快赶上发达国家在轻骨料角度的应用提供了技术基础。

3.3  引导老厂转向生产环保节能的粉煤灰免烧结陶粒

目前我国用回转窑工艺生产的陶粒厂已分布在全国23个城市(台湾不计在内)。其总生产能力达350m3/y左右,其中粘土陶粒约占70%左右,粉煤灰烧结陶粒占有30%左右,粘土陶粒的比例过高,陶粒需要烧结,这不是我们国家建材发展的方向,也不符合我国可持续发展,环保节能的要求。在有条件地区如将这些年生产能力达240m3/y左右的粘土陶粒将其中的一半,改造成粉煤灰免烧陶粒厂,是既省投资又易上马,见效快的方法,在当前也是一条发展粉煤灰陶粒的好途径。粘土陶粒的生产企业若要改成生产粉煤灰陶粒时,如是采用多组分配原料生产的,则其生产线也适合粉煤灰陶粒的生产;如若是采用单组分原料生产的,则需增加配料、均化工序。有时仅需增加一台粉煤灰高效活化机即可满足生产粉煤灰陶粒的要求。

4  粉煤灰免烧结陶粒的特点

一、粉煤灰免烧陶粒,一般呈圆球状,表皮粗糙而坚硬,呈青灰色,内部有细微气孔,呈灰黑色,其主要特点是容重轻(500900千克/m3),强度高(筒压强度1.57.5Mpa),导热系数低,耐火度高,化学稳定性等耐久性能好,经监测各项技术指标均符合国标GB2838烧结粉煤灰陶粒的各项规定。并可以根据用户的要求调整配方来满足在国标范围内的不同容重、不同强度、不同颗粒级配的要求。

二、粉煤灰免烧陶粒,可以用来生产粉煤灰(或灰砂)标准砖、空心砖、空心砌块、轻质隔墙板等,使之具有容重轻、强度高、保温隔热隔音性能良好的新型墙体材料。

三、粉煤灰免烧陶粒,还可以用来配制各种用途的不同标号的无砂大孔陶粒混凝土、素混凝土、钢筋陶粒混凝土和预应力陶粒混凝土。可用预制、现浇、滑升模板等施工方法制成隔热、围护、承重用构件。还可以替代天然石子用于生产不同标号、等级的轻集料混凝土小型空心砌块、空心砖、路面砖、水工砖等新型建筑材料。

用本发明生产的粉煤灰免烧陶粒作集料生产的混凝土和混凝土构件,可使制品容重降低30%左右,强度高达1030 Mpa。因为:粉煤灰陶粒和水泥基体之间,经过反应形成了一个整体,具有非常强的结合力。而使用砂、石集料时,集料只是被水泥基体包裹起来,集料与胶结料之间不发生反应。

用粉煤灰免烧陶粒作轻集料生产的构件和墙体材料具有容重轻、强度高、导热系数小、隔热保温等优点。用来修建房屋,能减轻建筑物自重,增强建筑物抗震能力,缩小建筑结构断面,降低建筑工程造价,特别是在发展城市高层建筑和提高建筑工业化、装配化程度等方面具有积极意义。

四、该生产工艺基本上是一个完整的半机械化生产线,实现了流水作业和不间断生产。不但提高了生产效益,减少了生产人员,降低了劳动强度和能源消耗,更重要的是每一道工序对陶粒的内在质量都具有促进和保障作用,从而使生产工艺达到了科学化、合理化。

五、粉煤灰掺入量大(85%左右),对粉煤灰无特殊要求,全国各地大多数粉煤灰都可使用。一个年产5万立方米的三免粉煤灰陶粒生产线,一年可治理粉煤灰3.7万吨左右,真正达到了治废利废的目的。

六、生产工艺先进,配方科学,配套设备少而精,生产周期短,厂房和占地面积少,固定资产投放少。

七、粉煤灰资源丰富,特别是有国家免税等优惠政策的支持和工艺先进、投资少等优势,因而产品成本远远低于烧结和蒸养粉煤灰陶粒。

总之,在发展粉煤灰免烧陶粒的征途中,该走出十几年来徘徊的道路,坚定地走国内技术道路,相信粉煤灰免烧结陶粒因为适应国际建材的大方向不久会在我国各地普遍发展起来。

 

      

 

     

 

     

 

     

 

     

 

     

 

 

参考文献: 1、《粉煤灰陶粒》中国建筑工业出版社197410月出版

           2、《浅述粉煤灰陶粒的发展方略》作者:陈烈芳 李寿德

 

 

                                  201731

 

 
 
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