阜新電廠粉煤灰綜合利用技術研究

1、阜新電廠粉煤灰綜合利用技術研究項 目 名 稱：阜新電廠粉煤灰綜合利用技術研究承擔項目單位：遼寧工程技術大學項目主管部門：阜新市國土資源局起 止 時 間：2011年4月2011年12月目 錄一、立項依據和研究意義 ································&#

2、183;····················· 1二、國內外研究現狀、水平及發(fā)展趨勢 ·························

3、······· 2（一）國內研究 ·········································&#

4、183;····························· 2（二）國外研究 ··················

5、3;·················································

6、3;·· 2（三）研究發(fā)展趨勢 ·············································

7、3;·················· 3三、項目擬解決的關鍵科技問題 ·····························

8、;·············· 3四、研究工作的可行性分析 ·································&#

9、183;················· 4（一）阜新粉煤灰資源現狀 ······························

10、;······················ 4（二）阜新粉煤灰資源開發(fā)利用現狀 ························

11、3;············ 4（三）阜新粉煤灰的基本特性 ···································

12、·············· 5（四）阜新粉煤灰利用的地區(qū)性優(yōu)勢 ·································

13、;···· 5（五）研究工作基礎依據 ···········································

14、83;············ 5（六）技術、理論進展依據 ···································

15、················· 6五、工作時間及各階段工作安排 ······························&

16、#183;············ 6（一）項目工作期限 ···································&

17、#183;···························· 6（二）各階段工作進度安排 ··················

18、3;································· 6六、研究方法和技術路線 ··············&#

19、183;······································· 7（一）研究方法 ········

20、3;·················································

21、3;············ 7（二）技術路線 ····································

22、··································· 8七、課題的深度、創(chuàng)新點和預期成果 ············

23、;························ 8（一）課題的深度和創(chuàng)新點 ·······················&#

24、183;···························· 8（二）課題的預期成果 ···················&

25、#183;········································ 8八、課題研究經費預算 ·······

26、··················································

27、· 9九、項目承擔單位及可提供的支撐條件 ································ 9（一）項目承擔單位 ···········

28、3;·················································

29、3;·· 9（二）可提供的支撐條件 ·············································&#

30、183;·········· 9一、立項依據和研究意義我國是個產煤大國，決定了我國的能源消費結構中以煤炭為主要燃料的狀況將持續(xù)很長時間。近年來，我國的能源工業(yè)發(fā)展進入快速期，同時也帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，尤其是燃煤熱電廠的粉煤灰排放量逐年增加，1995年為1.25億t ，2000年為1.5億t ，2010年達到3億t 。統計資料顯示，中國的粉煤灰堆積量已達到120億t ，并仍以每年1.6 億t 的速度增加。粉煤灰堆集不僅要占用大量土地，花費大量資金征地、筑壩以及進行管理；同時給周圍環(huán)境造成

31、巨大污染，影響周圍居民的工作和生活，有時甚至會危及周圍居民的生命財產安全，給經濟建設和生態(tài)環(huán)境造成了巨大壓力。粉煤灰作為一種二次資源，若能合理利用，則既能夠用來化解粉煤灰所帶來的環(huán)境問題，又能夠將其作為一個新興的資源以發(fā)展多種實用性產品。目前，世界各國都很重視粉煤灰的資源化利用。一些發(fā)達國家粉煤灰資源化率相當高，如荷蘭達到100%，意大利92%，丹麥90%，比利時73%。美國將粉煤灰列在主要固體資源中的第7位，排在礦渣、石灰和石膏之前。中國粉煤灰的綜合利用，長期以來一直受到國家有關部門的高度重視，在技術和應用方面也取得了較大成果，但是在技術水平上與發(fā)達國家還存在較大差距。國家經貿委、電力工業(yè)部

32、、財政部、建設部、交通部、國家稅務總局等六部委于1994 年以“國經貿節(jié)199414 號”文，頒布了粉煤灰綜合利用管理辦法。該辦法指出：粉煤灰綜合利用是指粉煤灰用于建材生產、建筑工程、筑路、肥料生產、改良土壤、回填和其他產品制作等，以及從粉煤灰中提取有用物。該辦法同時指出：粉煤灰綜合利用的目的是“保護土地資源，保證電廠安全穩(wěn)定運行，治理環(huán)境，促進經濟發(fā)展”；粉煤灰綜合利用的方針是堅持“以用為主”的指導思想，實行“因地制宜，多種途徑，各方協作，鼓勵用灰”和“誰排放，誰治理，誰利用，誰受益”的原則，不斷擴大利用范圍，增加利用量，提高利用率。阜新地區(qū)位于遼寧省西部，是一座因煤炭開采而興起，因煤炭和電

33、力生產而繁榮的資源型城市。阜新市目前粉煤灰存量為3000萬t ，每年新產出400萬t 。粉煤灰的大量堆存占用了大量土地，還造成了巨大的環(huán)境污染。近年來，阜新市高度重視粉煤灰的綜合利用，投入大量的人力、物力和財力進行相關產品開發(fā)和環(huán)境治理，先后投入生產的產品有粉煤灰水泥、粉煤灰砌筑砂漿及制品、從粉煤灰中分選鐵粉和玻璃微珠等項目，每年粉煤灰利用量達到200萬噸。但是，由于產品科技含量不高、產值不高、利用率不高，急需開發(fā)產值高、市場廣、可持續(xù)發(fā)展的支柱產業(yè)和龍頭產品，尤其是適應市場需求的高附加值粉煤灰深加工產品，以創(chuàng)造出更好的社會、經濟和環(huán)境效益。二、國內外研究現狀、水平及發(fā)展趨勢（一）國內研究我國

34、粉煤灰研究開發(fā)利用始于20世紀50年代，主要集中在水泥和混凝土應用開發(fā)試驗研究上，并已在工程建設中廣為應用。如50年代中期東北地區(qū)冶金基地建設、三門峽水利樞紐工程和廣西大化水電站的建設及近年來的城市高層建筑如上海東方明珠塔等。目前，粉煤灰主要應用于建筑、建材、交通和土壤改良等方面，在建筑、建材、交通方面的應用占80%，在農業(yè)的應用方面占15%，只有少部分用于工業(yè)、環(huán)保及高值應用，其比重僅占5%。從我國總體情況來看，大部分地區(qū)特別是一些經濟不發(fā)達的地區(qū)利用率還比較低，據不完全統計，全國粉煤灰利用率只有年排放量的50%55%，尚有45%50%的灰沒有得到充分的利用。與此同時，在我國粉煤灰的綜合利用

35、還存在利用價值、利用水平不高的問題。（二）國外研究國外粉煤灰的綜合利用研究，最早可以追溯到上世紀20年代，當時一些發(fā)達國家已開始對粉煤灰進行研究。二戰(zhàn)后，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，出現了大規(guī)模的粉煤灰商品化。目前在國外，粉煤灰已被廣泛應用于建材、建工、交通、農業(yè)、化工和冶金等行業(yè)。其中利用量大，經濟效益好的應屬生產水泥和拌制混凝土。美國利用量的39 %，日本的76 %，荷蘭的59 %都用于這一方面。如今，在比利時、丹麥、德國、挪威、瑞典等國，通常的波特蘭水泥已部分或全部為粉煤灰水泥所取代，不僅創(chuàng)造出較好的經濟效益，節(jié)約了大量水泥，還極大地改善了混凝土的質量。國外粉煤灰產品、品種不斷增加，技術也有了較

36、大提高，利用量逐年增加，主要表現在以下幾個方面:1、從消極存儲為主，轉化為積極進行綜合利用，一些國家的綜合利用率達到100 %；2、從填充、筑路等低級用途轉化為把粉煤灰作為原材料生成建材、化肥和提取金屬、微量元素；3、從收集到加工、銷售有一套完整的設施，自動化程度較高，從過去的自用， 轉向部分出口。如荷蘭的粉煤灰向比利時出口等；4、綜合利用企業(yè)的經濟效益，從過去的虧損或微利企業(yè)，轉向經濟效益較高的專業(yè)化、大規(guī)模企業(yè)。（三）研究發(fā)展趨勢目前國內外對粉煤灰的綜合利用主要向兩個方面發(fā)展：第一方面是以粉煤灰為原料做建筑材料，應用于建筑工程和道路工程等。第二方面是以粉煤灰為原料做吸附材料、絮凝劑等，應用

37、于化工和環(huán)保方面。1、粉煤灰在混凝土中的優(yōu)效應用技術開展粉煤灰用于混凝土工程的機理、高鈣粉煤灰中游離CaO 的控制等研究； 研究“高標號水泥+大摻量粉煤灰+高效減水劑”的方法，發(fā)展高鈣粉煤灰作為混凝土摻和料的應用技術；繼續(xù)完善粉煤灰建材制品的配方和工藝等。2、用粉煤灰做吸附材料粉煤灰為多孔性結構，比表面積大，具有較強的吸附性能。國內外大量研究資料表明，粉煤灰是一種性能良好的吸附劑，它可以吸附污水中的有機物、重金屬離子、氟、磷、細菌等微生物以及懸浮的膠體雜質并能起到脫色除臭的作用。用粉煤灰做吸附劑處理污水既可作為一種水處理方法單獨使用，也可與其它方法聯合使用。目前，用粉煤灰處理廢水已進入應用研究

38、階段，有些技術已應用于工業(yè)實踐。三、項目擬解決的關鍵科技問題1、研究阜新電廠粉煤灰的礦物組成、化學成分，分析其特有的性質及其產生的性能；2、研究阜新電廠粉煤灰的物理性質、如密度、比表面積等。研究粉煤灰中不同形貌顆粒的組成情況及細度；3、進行阜新電廠粉煤灰可生產的水泥制品及粉煤灰在水泥中所起的作用研究，以便在實際生產方案確定時揚長避短、合理配比，使粉煤灰的正面效應充分發(fā)揮；4、研究粉煤灰燒結磚中不同粉煤灰摻量情況下燒結磚的性能發(fā)生的變化，研究其具有的輕質高強和高保溫性能，對高摻量粉煤灰燒結磚作出公正、合理的評價；5、研究提取阜新電廠粉煤灰中的C 、Fe 等的工藝方法；6、研究阜新電廠粉煤灰中的S

39、i 、P 、K 、S 等組分性質，根據阜新地區(qū)土壤的特點研究制作農業(yè)肥料、土壤改良劑的工藝。四、研究工作的可行性分析（一）阜新粉煤灰資源現狀阜新地區(qū)位于遼寧省西部，是一座以煤、電為主導的城市，有國家大型煤礦、火力發(fā)電廠。過去以資源的初級轉化為導向，走的是高消耗和高污染的經濟發(fā)展道路，從而在加劇了資源短缺的同時（2001年已被國家正式列為資源枯竭城市），也加大了環(huán)境的污染和生態(tài)的破壞。阜新火力發(fā)電排放的粉煤灰存量為3000萬t ，目前年排放量約為400萬t 。從20世紀60年代末期開始，阜新市政府和礦務局投入人力、物力和財力進行相關產品的開發(fā)和環(huán)境治理，粉煤灰砌筑砂漿及制品、從粉煤灰中分選鐵粉和

40、玻璃微珠等項目，取得了一定的社會效益與經濟效益。但目前，粉煤灰年利用量不到年排放量的50%，如果不加大力度進行利用和整治，到2015年煤粉煤灰的增加量為800萬t ，將嚴重影響阜新市的生態(tài)環(huán)境，造成新的土地資源浪費。（二）阜新粉煤灰資源開發(fā)利用現狀近年來，阜新市高度重視粉煤灰的綜合利用，取得了一定成效，每年粉煤灰利用量達到200萬t 。一是大力發(fā)展粉煤灰水泥產業(yè)。全市現有大鷹、永盛等8 戶利用粉煤灰生產水泥的企業(yè)。大鷹水泥制造公司現有現代化日產4000 t新型干法熟料生產線一條，年產水泥200 萬t 。全市水泥年生產能力達到300萬t ，年可利用粉煤灰100萬t 。二是大力推廣粉煤灰灰渣混凝土

41、砌塊產品。全市每年生產灰渣混凝土砌塊20萬m 3，利用工業(yè)廢渣和粉煤灰15萬t 。三是積極推進粉煤灰商砼產業(yè)發(fā)展，每年商砼生產利用粉煤灰30萬t 。但是，阜新市距京沈高速公路線上的錦州市也有100km ，周邊都是農業(yè)地區(qū)，市區(qū)人口僅為80多萬，城鄉(xiāng)建設對水泥和粉煤灰磚需求數量有限，低產值的普通水泥和粉煤灰磚長途外運成本增加，競爭力不強，難以形成建材領域的龍頭產品。急需開發(fā)產值高、市場廣、可持續(xù)發(fā)展的支柱產業(yè)和龍頭產品。同時，很多研究還只停留在試驗室階段，沒有真正地與工業(yè)化接軌。（三）阜新粉煤灰的基本特性阜新電廠粉煤灰具有較高的品質，具有較好的開發(fā)利用條件。阜新電廠粉煤灰是阜新發(fā)電廠干法電除塵排

42、灰的收集塵，未經任何破碎、篩分等處理，顏色為暗灰色。含水量低，燃燒狀況較好，為煙煤粉煤灰。主要化學組成有SiO 2 、Al 2O 3、Fe 2O 3 ，它們接近占總量的90%，次要化學組成包括CaO 、MgO 、K 2O 等，該灰屬于鋁硅低鈣粉煤灰。阜新電廠粉煤灰主要由球形玻璃微珠、多孔塊狀物和不規(guī)則塊狀顆粒組成。球形微珠表面光滑，呈球形，顆粒大小不等，這些微珠又分為漂珠和沉珠。大多數漂珠空心內或多或少包裹著更細小的玻璃微珠，外表呈熔渣狀，并有少量氣孔。（四）阜新粉煤灰利用的地區(qū)性優(yōu)勢阜新粉煤灰資源豐富。粉煤灰一方面不僅占用了大量的土地，還釋放出大量的有害氣體；另一方面，常年堆積嚴重污染地下水

43、資源，已構成一大社會公害。煤炭資源日益枯竭的阜新，非煤替代產業(yè)沒有完善，已經造成了巨大的社會和環(huán)境壓力。黨中央、國務院對此問題高度重視，已把阜新市列為資源枯竭城市，經濟轉型試點市。發(fā)展非煤產業(yè)在政策、物資、資金等方面得到了政府各級部門的大力支持。阜新屬于遼西經濟欠發(fā)達地區(qū)，鄉(xiāng)村公路、沉陷區(qū)改造等基礎設施建設需要大量建筑材料，開發(fā)粉煤灰資源，可就地取材，對降低工程造價、加速基礎設施建設發(fā)展具有重要的現實意義。因此，阜新開發(fā)粉煤灰綜合利用項目具備地區(qū)性優(yōu)勢。（五）研究工作基礎依據近年來，阜新市高度重視粉煤灰的綜合利用，投入大量的人力、物力和財力進行相關產品開發(fā)和環(huán)境治理，對阜新粉煤灰的性質特點進行

44、研究并在粉煤灰產品開發(fā)方面進行了相關的技術研究，先后投入生產的產品有粉煤灰水泥、粉煤灰砌筑砂漿及制品、從粉煤灰中分選鐵粉和玻璃微珠等項目，每年粉煤灰利用量達到200萬t 。阜新粉煤灰目前主要應用在建筑、交通等行業(yè)，積累了一定的資料和經驗，取得了很多成果。（六）技術、理論進展依據粉煤灰在水泥、混凝土制品中的應用是目前粉煤灰研究和應用最多的領域。目前對于粉煤灰在此方面的研究和應用主要集中在三個方面：一是高摻量，以提高粉煤灰的利用率；二是超細粉煤灰的應用，以提高或改善制品的性能；三是復合利用粉煤灰等固廢，以優(yōu)化制品。如粉煤灰對混凝土制品的耐久性、耐酸性、砂漿性能、抗裂性能、微觀孔結構等的影響研究。利

45、用粉煤灰制備一些新的產品，如保溫磚、免燒磚、礦物聚合材料、微晶玻璃、陶粒等。這一方面的研究大多集中在影響因素的研究、最佳工藝條件的研究、反應機理研究、應用研究等。其原理主要是考慮到粉煤灰中的硅鋁組分。因為粉煤灰的組成受很多因素的影響，因此這方面研究受粉煤灰原料的影響比較大。粉煤灰中含有一定的SiO 2、Al 2O 3、Fe 2O 3，如果能將其提取出來加以利用，不僅可以緩解因粉煤灰引起的環(huán)境問題，而且可以為國為民造福。目前，在回收這些有用資源時，關鍵的問題是如何有效打開粉煤灰中Si-Al 鍵，使其中的有用元素得以釋放。國內外學者進行了大量的研究工作，獲得了許多方法，如酸溶沉淀法、石灰燒結法、利

46、用Na 2CO 3 代替CaCO 3 進行燒結反應方法及氟化物在酸性體系中助溶粉煤灰的方法、拜耳法等。粉煤灰可以對土地進行熟化、疏松黏土地、對鹽堿地還有脫鹽作用，施用粉煤灰可提高地溫和土壤保水能力，其中含有的磷、鉀、鈣、鎂、鐵、硅等營養(yǎng)元素可增加農作物營養(yǎng)成分和抗病能力。因此，粉煤灰具有優(yōu)良的土壤改良作用，甚至經過加工處理可制成多種高效復合化肥。目前主要研究粉煤灰作為土壤改良劑對土壤物理性質、化學性質的影響；作為肥料，研究粉煤灰與復混肥、磁化肥、磁化復合肥等；同時將粉煤灰與城市污泥、糞尿混合后，在降低其中重金屬等污染物濃度和活性的同時，利用其中的微量元素，用于農業(yè)生產。綜上所述，認為在阜新地區(qū)

47、進行本項目可行性依據充分而風險較少，如能立項實施將取得良好的環(huán)境、社會和經濟效益。五、工作時間及各階段工作安排（一）項目工作期限2011年4月2011年12月（二）各階段工作進度安排根據本項目研究的總體安排，具體進度安排如下：1、 2011.4-2011.5收集、調研和分析國內外粉煤灰資源利用的相關資料，總結前人工作，結合國內外相關試驗研究數據，進行系統分析研究，提出粉煤灰綜合利用的主控因素和粉煤灰產品的技術開發(fā)方案。2、 2011.5-2011.6研究阜新電廠粉煤灰的物理性質、如密度、比表面積等以及粉煤灰中不同形貌顆粒的組成情況及細度。研究阜新電廠粉煤灰的礦物組成、化學成分，分析其特有的性質

48、及其產生的性能。3、 2011.6-2011.7進行阜新電廠粉煤灰可生產的水泥制品及粉煤灰在水泥中所起的作用研究，制定實際生產方案的合理配比和加工工藝。4、 2011.7-2011.8研究粉煤灰燒結磚中不同粉煤灰摻量情況下燒結磚的性能發(fā)生的變化，研究其具有的輕質高強和高保溫性能，對高摻量粉煤灰燒結磚作出公正、合理的評價。5、 2011.9-2011.10研究提取阜新電廠粉煤灰中的C 、Fe 等的工藝方法。研究阜新電廠粉煤灰中的 Si 、P 、K 、S 等組分性質，根據阜新地區(qū)土壤的特點研究制作農業(yè)肥料、土壤改良劑的工藝。6、 2011.11-2011.12進行項目總結和成果整理，撰寫研究報告、

49、鑒定。六、研究方法和技術路線（一）研究方法本項目需要結合理論研究和具體實驗，相輔相承。以礦物加工科學、環(huán)境地質學、巖石力學等多學科基本理論為基礎，采用現場勘察、室內實驗、理論研究相結合的方法開展研究。1、采用現場勘察的方法，對阜新電廠粉煤灰的資源狀況、環(huán)境影響進行研究；2、采用實驗室測試方法，研究阜新電廠粉煤灰的物理性質，如密度、比表面積等以及粉煤灰中不同形貌顆粒的組成情況及細度。研究阜新電廠粉煤灰的礦物組成、化學成分，分析其特有的性質及其產生的性能；3、采用理論分析和實驗室實驗相結合的方法，進行阜新電廠粉煤灰可生產的水泥制品及粉煤灰在水泥中所起的作用研究，確定實際生產方案的合理配比，使粉煤灰的正面效應充分發(fā)揮。同時研究粉煤灰燒結磚中不同粉煤灰摻量情況下燒結磚的性能發(fā)生的變化，研究其具有的輕質高強和高保溫性能，對高摻量粉煤灰燒結磚作出公正、合理的評價；4、采用理論分析的方法研究提取阜新電廠粉煤灰中的 C、Fe 等的工藝方法。通過測定阜新電廠粉煤灰中的 Si、P 、K 、S 等組分性質，根據阜新地區(qū)土壤的特點研究制作農業(yè)肥料、土壤改良劑的工藝；5、采用工業(yè)實驗方法，實踐驗證項目研究成果。（二）技術路線項目調研現場勘察實驗室測試理論分析工業(yè)實驗。七、課題的深度、創(chuàng)新點和預期成果（一）課題的深度和創(chuàng)新點粉煤灰技術是一項綜合性、邊緣性的科學技術。其技術的可持續(xù)發(fā)展