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　　粉煤灰加工处理及其在建材行业中的综合利用

　　

　　

　　

　　张金山1，刘菊2

　　

　　

　　1.内蒙古科技大学建工学院，内蒙古    包头    014010

　　

　　2.包头市政府采购办公室，内蒙古    包头    014010

　　

　　摘  要：针对高含碳量粉煤灰综合利用问题，介绍了粉煤灰脱碳和分级处理方法，以及

　　

　　粉煤灰在加工处理后的综合利用方向和有关试验结果。

　　

　　关键词：粉煤灰；加工处理；粉煤灰混凝土；粉煤灰沥青混凝土

　　

　　

　　

　　

　　1 前    言

　　粉煤灰作为火力发电厂的一种工业废料，它的堆存不仅占用了大量的耕地，而且也对环 境造成一定的污染。因此，粉煤灰的开发利用早已为人们所关注。内蒙古地区作为我国的煤 炭基地，近年来火电发展十分迅速，全区火力发电装机容量已超过600万kW，每年排放粉煤 灰600多万t，历年堆存的粉煤灰更是达数千万t之多，而综合利用率不到6%。包头市作为内 蒙古地区的重要工业城市，目前有电厂四座，正在筹集或扩建的有3座，现年排粉煤灰达120 万t，远期年排灰量将超过300万t。因此，对粉煤灰的研究开发和综合利用已势在必行。

　　在对包头地区粉煤灰物理和化学性质进行较为系统和全面分析的基础上，我们发现：包 头地区粉煤灰含碳量较高(一般为10%～19%)，粒度较粗(0.074mm方孔筛筛余量为14%～26%)， 按国家标准进行划分，均属于三级粉煤灰。这些原状粉煤灰给实际应用带来了很大的困难， 因此，如何对粉煤灰进行加工处理，使其由三级灰变成为一级灰，是粉煤灰能否大量、高效 综合利用的关键所在。

　　

　　2 粉煤灰加工处理方法

　　本次试验采用包头钢铁公司热电厂的粉煤灰，经检测该灰含碳量为14%，筛余量(0.080mm 方孔筛)为19%。针对粉煤灰含碳量高的问题，目前国内外主要采用的脱碳处理方法有浮选脱 碳和电选脱碳。而解决粉煤灰的细度问题，主要采用分级处理和磨细加工。采用什么样的分 级、脱碳处理方法，在很大程度上取决于粉煤灰的物理特性、化学成分和该方法的经济实用 程度。根据国内外粉煤灰处理的经验，电选脱碳和磨细加工多用于干灰的处理，而包头地区 的粉煤灰均为湿灰，为此我们选择了特别适合于湿灰处理的浮选机分级、旋流器分级、高频 振动筛分级和浮选脱碳的粉煤灰加工处理方法。

　　
2.1 粉煤灰分级

　　粉煤灰分级是解决原状粉煤灰的细度问题，经过分级处理使其达到一级粉煤灰所要求的 细度标准。在试验中，根据粉煤灰粒级分布情况将粉煤灰主要分为三类，并采用相应的分级 方法进行处理。

　　(1) 粉煤灰所含粗颗粒多为碳粒时。试验证明：在此情况下，可采用浮选脱碳的方法， 脱碳的同时也将粗颗粒选出，为了提高脱碳和分级效率，关键在于配制合适的浮选药剂和确 定合理的浮选时间。

　　(2) 粉煤灰所含细灰量较多时(接近二级灰细度标准)。在这种情况下，可选择旋流器分 级方法。旋流器投资少、使用方便和维修保养简单，主要缺点是分级效率较低。但考虑到该 类型粉煤灰中细灰含量较高，而旋流器的细灰产率也非常高，比较适合。

　　(3) 粉煤灰所含粗灰量较多时(接近三级灰细度标准)。由于旋流器的分级效率较低，若 使用旋流器分级，所得到的细灰量将受到影响。在试验中，我们选用了高频振动筛，并选择 适当的灰水比可得到较为满意的分级效果。

　　

　　2.2 粉煤灰浮选脱碳

　　浮选工艺是选矿生产中最常用而且成熟的工艺之一。粉煤灰浮选脱碳是将粉煤灰中未燃 尽的碳粒选出，使其达到一级粉煤灰对含碳量(或烧失量)的要求。为了提高粉煤灰脱碳效率 和降低浮选脱碳费用，需要确定合适的浮选药剂，为此，我们选择了10多种浮选药剂进行浮 选脱碳的对比试验，经过大量的试验和经济分析，最后确定采用T号浮选药剂。

　　

　　3 粉煤灰加工处理后的综合利用

　　原状粉煤灰在分级、脱碳处理后，经检验为一级粉煤灰(以下称为成品粉煤灰)，这种成 品粉煤灰按国家建设部的有关标准可广泛地应用于混凝土、沥青混凝土、砂浆、水泥混合材 等建筑材料。本次试验中，粉煤灰经分级、脱碳后含碳量为1.78%，烧失量为2.56%，细度

　　

　　(0.045mm方孔筛筛余量)为5.8%。

　　

　　3.1 成品粉煤灰用于高强度混凝土

　　

　　高强度混凝土指抗压强度在35MPa以上。试验结果见表1和表2。

　　
表1    成品粉煤灰高强度混凝土配合比与抗压强度

　　


　　

　　试块号

　　

　　


　　试块成分/kg•m-3

　　

　　水泥    成品粉煤灰    石子    砂子    水

　　


　　塌落度

　　

　　/cm

　　


　　8h蒸养强 度/MPa

　　


　　7d标养强 度/MPa

　　


　　28d标养强 度/MPa

　　


　　A-1    410    0    1280    590    240    2.9    25.5    31.7    42.3

　　

　　D-1    410    50    1280    436    205    3.1    27.0    32.6    44.5

　　

　　D-2    410    100    1280    281    210    2.5    30.3    29.8    40.1

　　

　　D-3    410    150    1280    127    222    3.4    33.8    27.3    38.4

　　

　　

　　

　　表2    成品粉煤灰高强度混凝土取代水泥配合比与抗压强度

　　


　　

　　试块号

　　

　　


　　试块成分/kg•m-3

　　

　　水泥    成品粉煤灰    石子    砂子    水

　　


　　塌落度

　　

　　/cm

　　


　　8h蒸养强 度/MPa

　　


　　7d标养强 度/MPa

　　


　　28d标养强 度/MPa

　　


　　A-1    410    0    1280    590    240    2.9    25.5    31.7    42.3

　　

　　D-4    360    120    1280    305    205    3.5    29.4    28.1    41.3

　　

　　D-5    310    120    1280    370    210    3.8    26.8    23.3    39.8

　　

　　D-6    290    120    1280    395    200    2.2    23.5    21.0    36.7

　　

　　

　　从表1可以看出，在保持水泥掺量不变的情况下，混凝土中添加适量的成品粉煤灰后， 混凝土蒸养强度可提高32.5%左右(D-3配方)。根据表2的试验结果，D-5配方的蒸养强度与基 准配方A-1的蒸养强度基本相当，但每立方米混凝土少用水泥100kg。

　　

　　3.2 成品粉煤灰用于中强度混凝土

　　

　　中强度混凝土是指抗压强度大于20MPa而小于35MPa。试验结果见表3。

　　

　　表3    成品粉煤灰中强度混凝土配合比与抗压强度

　　


　　

　　试块号

　　

　　


　　试块成分/kg•m-3

　　

　　水泥    成品粉煤灰    石子    砂子    水

　　


　　塌落度

　　

　　/cm

　　


　　8h蒸养强 度/MPa

　　


　　7d标养强 度/MPa

　　


　　28d标养强 度/MPa

　　


　　B-1    285    0    1280    720    215    2.8    12.9    16.7    23.6

　　

　　B-7    185    150    1280    415    215    2.5    18.6    11.4    20.0

　　

　　B-8    165    150    1280    440    190    3.2    16.7    9.1    18.7

　　

　　B-9    140    150    1280    472    172    2.9    15.5    6.0    13.3

　　

　　

　　

　　从表3可以看出，B-9配方的蒸养强度与基准配方B-1的蒸养强度相比提高20%，并且B-9

　　

　　配方每立方米混凝土少用水泥145kg，成品粉煤灰添加量为150kg，水泥取代率为51%。

　　

　　成品粉煤灰混凝土的强度增长速度与养护方式有直接关系：在蒸养条件下，成品粉煤灰

　　

　　混凝土强度上升较快；在标养条件下，其强度(特别是早期强度)上升较慢。但大量的试验表

　　
明，成品粉煤灰混凝土的后期强度(60d或90d强度)比普通混凝土的强度有较大的提高，因此 应根据生产和工程条件，利用成品粉煤灰混凝土强度增长特点，设计出合理的粉煤灰混凝土 配合比，以达到提高强度、节约水泥、降低成本的目的。

　　3.3    成品粉煤灰用于沥青混凝土

　　

　　试验条件为：细粒式沥青混凝土AC-10Ⅰ型，级配采用规范中值，锤击次数两面各75次，

　　

　　油石比为6%。

　　

　　配方设计为：(1)全部采用成品粉煤灰代替矿粉；(2)成品粉煤灰取代矿粉50%；(3)全部

　　

　　采用矿粉。

　　

　　经实验室对每个配方进行试验，检测结果见表4～6。

　　

　　表4    成品粉煤灰沥青混凝土试验结果

　　

　　粉煤灰/%    密度/kg•m-3    空隙率/%    饱和度/%    稳定度/kN    流值/×10-1mm

　　

　　5    2410    1.09    88.24    13.16    27.17

　　

　　6    2440    0.68    95.55    14.98    29.69

　　

　　7    2450    0.66    99.60    12.50    33.53

　　

　　

　　

　　表5    成品粉煤灰与矿粉沥青混凝土试验结果

　　

　　粉煤灰/%    矿粉/%    密度/kg•m-3    空隙率/%    饱和度/%    稳定度/kN    流值/×10-1mm

　　

　　2.5    2.5    2450    1.04    93.22    12.22    28.18

　　

　　3.0    3.0    2460    0.67    95.61    11.76    30.05

　　

　　3.5    3.5    2460    0.63    98.28    12.70    38.10

　　

　　

　　

　　表6    矿粉沥青混凝土试验结果

　　

　　矿粉/%    密度/kg•m-3    空隙率/%    饱和度/%    稳定度/kN    流值/×10-1mm

　　

　　5    2440    1.87    89.00    12.28    24.59

　　

　　6    2460    0.86    94.43    12.96    25.41

　　

　　7    2470    0.72    95.31    12.58    25.94

　　

　　

　　由表4可以看出，随着成品粉煤灰掺量的增加，沥青混凝土密度增大，空隙率减小，流 值增大。分析试验结果，我们认为：这主要与成品粉煤灰的物理特性有关，成品粉煤灰为Ⅰ 级特细灰，随着成品粉煤灰掺量的增加，沥青混凝土的级配更加合理，从而使得沥青混凝土 更加密实，因此密度也随之提高。沥青混凝土的流值随成品粉煤灰掺量增加而增大，主要是 由于粉煤灰中含有大量的球状微珠，这与成品粉煤灰用于混凝土后，混凝土塌落度增大有相

　　
同之处。

　　由表4、表5和表6的对比分析可以看出：掺成品粉煤灰后，沥青混凝土的空隙率有所降 低，而稳定度有所提高，与矿粉相比，成品粉煤灰对沥青混凝土的特性有一定的正面影响， 各项试验参数均达到有关标准的规定，因此完全可以使用成品粉煤灰取代沥青混凝土中的矿 粉。