【正文】 ................... 31 第四章 總 結 .......................................................................................................................... 32 實驗最終產品指標和工藝流程 ............................................................................... 32 技術指標 ................................................................................................................... 33 主要創(chuàng)新點 ............................................................................................................... 33 感想與展望 ............................................................................................................... 34 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 參考文獻 .................................................................................................................................. 35 附錄 A ...................................................................................................................................... 37 附錄 B....................................................................................................................................... 45 致 謝 ...................................................................................................................................... 51 1 第一章 緒 論 課題的提出 背景 粉煤灰的產生與研究歷史淵源 國內外對粉煤灰的研究，可追溯到 1920 年以后的電廠大型鍋爐革新，那時開始了燃燒煤粉，也就有人開展了這方面的研究。但真正引起人們重視是在 20 世紀 50 年代之后，尤其是 70 年代中期石油危機之后，許多國家發(fā)電廠的燃料結構發(fā)生了變化，都轉向以煤炭為主要燃料。隨之而來的是大量灰渣的排放，這進一步促使更多的人重視粉煤灰資源綜合利用。于是在一些工業(yè)發(fā)達國家，也就形成了這樣一個粉煤灰綜合利用的新興產業(yè)。例如：以美國國 家灰渣協(xié)會為主的一些單位，自 1967 年以來以連續(xù)召開了多屆粉煤灰渣利用會議，并在 1974 年就把粉煤灰列為國家最豐富的第七位固體礦物資源 [1,2]。 我國粉煤灰利用起始于 20 世紀 50 年代，并于 60 年代設定了專門機構，開展了這方面的工作。最初的發(fā)展方向是制作建筑制品和建筑材料，但進展較緩慢。 1979 年以前的利用率還不及 10%。作為一項重大的經濟政策，并提到戰(zhàn)略高度，則是在改革開放以后，國家和地方制定了一系列鼓勵粉煤灰資源綜合利用政策，這有力的推進了粉煤灰的利用，1995 年粉煤灰的利用率上升到 %[3]。 粉煤灰的用途及利用存在問題 由于粉煤灰性能穩(wěn)定、價格低廉，其綜合利用主要是在建材、建工、道路、填筑、農業(yè)和其他等方面。在建材方面，主要用作水泥原料、水泥混合料、建筑砌塊、加氣混凝土制品、燒結粉煤灰磚、燒制陶粒等；在建工方面，主要用于混凝土和砂漿，其中包括大體積混凝土、泵送混凝土、高標號混凝土、低標號混凝土、砌筑砂漿、抹灰砂漿等；在道路建設方面，主要用于路面基層、路堤、路面等；在填筑方面，主要用作回填、水壩填筑、礦井回填等；在農業(yè) (種植 )方面，主要用于改良土壤、制作農肥、農藥載體等。內蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 賈得義等 [4]利用焦作電廠產生的粉煤灰對重黏土地進行改良，試種小麥，試驗結果顯示，施用粉煤灰比不施粉煤灰的小麥產量有明顯增加；在一定的施用量范圍，施粉煤灰多少與小麥產量呈正相關關系。在其他方面，主要用于提取有用物質，如提取微珠、炭、鐵、鋁等，以及利用粉煤灰表面積大、孔隙多、吸附性能好的特點，可處理各種工業(yè)污染。粉煤灰在制備新型材料方面也具備一定用途。美國學者 Lu Zhe 等研究將精細煤粒燃燒后產生的粉煤灰用于制備聚合物復合材料。在韓國， Kim ChulHwan 等將粉煤灰作為一種新的造紙原料來研究，并通過電子顯微鏡分 析粉煤灰提高紙張抗拉強度和內部粘結強度的原理。 就目前有關資料來看，我國對粉煤灰綜合利用主要集中在用于燒磚、筑路、做水泥和混凝土的摻合料、選取漂珠、改良土壤等方面，只有少部分用于化工工業(yè)和廢水處理 [5]。綜合以上分析，我國粉煤灰綜合利用在傳統(tǒng)項目上，如燒磚、筑路、做水泥和混凝土的摻合料等方面會有繼續(xù)深入發(fā)展，并陸續(xù)產生新的工藝。粉煤灰作為一種重要的固體資源，開始是作為一種廉價替代物來使用，后來應用領域逐步向塑料、橡膠填料等附加值較高的的領域轉變。另外，粉煤灰在以下 3 個方面的綜合利用將具有可觀的發(fā)展前 景 [6]： （ 1）以粉煤灰為原料做吸附材料、絮凝劑等，應用于化工和環(huán)保方面。國內對用粉煤灰制無機絮凝劑的研究雖然已有報道，但工藝設計仍處于摸索階段，研究才剛起步，還沒有實現(xiàn)工業(yè)化， 目前，在日本和西歐的一些國家利用粉煤灰生產高效絮凝劑現(xiàn)已實現(xiàn)了工業(yè)化生產。 （ 2）礦物質和高附加值產品的提取應用。粉煤灰中含有 Al2O Fe2O Si2O鍺（ Ge）、鎵（ Ga）、釩（ V）等有用物質?？山梃b國外相關生產工藝，從粉煤灰中提取這些貴金屬產品。 （ 3）以粉煤灰為回填料，應用于煤礦采空區(qū)回填，控制地表沉陷，以 粉煤灰為原料制備聚合物復合材料，纖維材料等。 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 但粉煤灰的綜合利用存在以下問題： (1)粉煤灰綜合利用率偏低，我國粉煤灰綜合利用率只有 30%左右，而國外對粉煤灰的利用率則高達 70%～ 80% 。 (2)粉煤灰綜合利用途徑相對狹窄，國內粉煤灰綜合利用主要集中在筑路和建工建材領域，在其它領域使用較少，在化工工業(yè)和環(huán)保領域的使用也只處于起步階段。 (3)在綜合利用過程中，尚存在對環(huán)境的某些負面影響，如貯灰場和運輸車的揚塵污染、提取有用物質后廢渣的處理、農用過程中重金屬積累及建材制品的放射性問題等。 (4) 政策落實難，利用工作不盡人意。許多企業(yè)、基層干部及部分領導不知道有關粉煤灰綜合利用政策，不關心粉煤灰綜合利用政策的宣傳和貫徹，領導不力。 粉煤灰浮選脫碳技術的研究是粉煤灰綜合利用研究的主要組成部分，目前，國內粉煤灰綜合利用尚處于探索和發(fā)展階段，我國粉煤灰綜合利用的途徑還很單調，與發(fā)達國家相比還有較大差距，主要表現(xiàn)在在影響粉煤灰質量的煤燃燒技術、粉煤灰收集與分選技術，以及粉煤灰制品的質量控制體系，比如技術標準、規(guī)范、質量檢測等方面 [7,8]。所有這些都需引起相關研究、生產人員，不斷提高我 國粉煤灰資源綜合利用的水準，拓寬應用范圍。 粉煤灰全球形勢與背景 粉煤灰排放量驚人，已成工業(yè)固體污染之首。 2021 年 9 月 15 日，國際環(huán)保組織綠色和平在北京發(fā)布《 2021 中國粉煤灰調查報告》指出，火力發(fā)電產生的粉煤灰排放已經成為中國工業(yè)固體廢物的最大單一污染源，但這卻長期被忽視。粉煤灰是火力發(fā)電的必然產物，是煤炭在發(fā)電廠鍋爐中燃燒后排放的一種人造火山灰材料，且每消耗 4 噸煤就會產生 1 噸粉煤灰。雖說粉煤灰是電廠的廢物，但在建材、熱工、筑路、鑄造、冶金、化工、環(huán)保等傳統(tǒng)工業(yè)以及高科技領域有著廣泛的應用，尤其是 在建材行業(yè)。 中國的火電裝機容量從 2021 年起呈現(xiàn)出爆炸式的增長，因此，粉煤灰排放也在過去內蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 10 年內增長了 3 倍。綠色和平在報告中指出： 2021 年中國粉煤灰產量達到了 億噸，相當于當年中國城市生活垃圾總量的兩倍多，其體積可達到 億立方米，相當于每兩分半鐘就倒?jié)M一個標準游泳池，或每天一個水立方。目前， 21 世紀我國年粉煤灰排放量將達到 16 億 t，全球粉煤灰的排放量之大，占地之廣，已經對環(huán)境造成了很大的危害。當前，人口、資源與環(huán)境是各國面臨的全球性問題，我國人口眾多，資源日益緊張，環(huán)境不斷惡化，對工業(yè) 廢渣中最大排放量的粉煤灰進行綜合利用是一項具有重大經濟、環(huán)境與社會效益的工作，也是造福于子孫后代的具有長遠戰(zhàn)略性的課題 [9]。 就包頭市來講，目前全市共有 4 個灰場，累計粉煤灰堆放量為 4500 萬 t 左右，全部為電廠的濕排灰，碳含量都在 14%左右，新排粉煤灰中，老機組仍然采用的是濕式排灰，品質仍然屬于碳含量高的Ⅲ級粉煤灰。新機組多采用煤粉爐燃燒工藝，電除塵干式排灰，碳含量顯著降低，一般低于 5%，其中Ⅰ級灰占 18%，Ⅱ級灰占 25%，其余為Ⅲ級灰。粉煤灰較高的燒失量（燒失量， Loss on ignition，縮 寫為 LOI，即將在 105～ 110℃烘干的原料在 1000～ 1100℃灼燒后失去的重量 百分比 ） 嚴重制約了包頭粉煤灰的商品化和綜合利用?；诖?，包頭市已將粉煤灰的綜合利用寫入市“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃并重點實施 [10]。 選題的必要性和意義 粉煤灰資源化過程所遇到的主要問題是含碳超過標準。 電廠鍋爐在燃用無煙煤和劣質煙煤的情況下，還存在一部分沒有完全燃燒，造成粉煤灰中含碳量增高，一般波動在 8%～20%的范圍內，全國每年從電站粉煤灰中流失數(shù)百萬噸的煤炭，不但使煤炭資源白白流失，造成極大地浪費，而且由于粉煤灰中含有大量的炭，致使粉煤灰排放量增加，更重要的是由于粉煤灰中含有未燃盡的炭，會造成粉煤灰綜合利用困難，影響了粉煤灰資源的開發(fā)，不利于環(huán)保 [11]。含碳量較高，燒失量也高，這樣對混凝土、水泥制品等產品的內蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 耐久性影響較大，不適宜直接用于混凝土和水泥制品中，嚴重制約粉煤灰的綜合利用與商品化。另外碳粒留在磚中，會影響磚的強度和耐久性。為此，制磚用粉煤灰含碳量一般控制在不大于 10% 。為了降低粉煤灰中的含碳量和充 分利用資源，須對粉煤灰進行脫碳處理， 脫炭好壞成為粉煤灰能否綜合利用的關鍵問題。 目前，粉煤灰綜合利用存在如下問題：①粉煤灰各種成分都是可以單獨利用的資源或能源財富，但由于建筑行業(yè)對選礦不了解，目前利用的灰大部分為原灰，致使原灰中各種有用的成分互相混雜，不但發(fā)揮不出各自的作用，而且互相危害與互相影響。②由于粉煤灰各種成分的混雜，使粉煤灰用量比例很小，一般低于 30％，從而限制了粉煤灰的利用率。為了解決這些問題，需要對粉煤灰分選后進行綜合利用研究 [12]。各種產品對粉煤灰中的含碳量都有一定的要求。根據(jù) GB15961991《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，水泥混合材用粉煤灰燒失量≤ 5%為Ⅰ級灰，≤ 8%為Ⅱ級灰；混凝土摻合料用粉煤灰燒失量≤ 5%為Ⅰ級灰，≦ 8%為Ⅱ級灰，≤ 15%為Ⅲ級灰；根據(jù) JC4091991《硅酸鹽建筑制品粉煤灰》，燒失量≤ 7%為Ⅰ級灰，≤ 12%為Ⅱ級灰，≤ 15%為Ⅲ級灰 [13]。 粉煤灰露天堆放，刮風天氣灰塵會污染空氣，下雨天氣滲水污染地下水。根據(jù)國內外試驗研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰堆放的地方地下水都受到了不同程度的污染，比較明顯的是使 pH值升高，有毒有害的鉻、砷等元家含量增加。再加上粉煤灰 貯灰場大多位于江、河、湖及城市水源保護區(qū)域，水源保護問題也十分迫切 [14]。 盡管粉煤灰在各領域的應用中存在著明顯的缺點和不足，但隨著粉煤灰應用研究的逐漸擴展與深入，將會不斷的克服這些缺點，實現(xiàn)大規(guī)模的使用。可以預見在不久的將來，粉煤灰將從開始的供求遠大于需求轉化為供求基本平衡，減少粉煤灰占據(jù)的耕地。由此可見，粉煤灰綜合利用不論是從節(jié)約土地、保護環(huán)境的基本國策角度，還是從節(jié)約用水、堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的角度，都是十分必要的，都具有現(xiàn)時的和長遠的意義。 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 通過浮選脫碳技術，可將粉煤灰資源化，將“非經濟儲量 ”的大量固體廢棄物粉煤灰劃歸“經濟儲量”， 得到富集炭、中間產物和尾灰三種產品，該三種產品均可以綜合利用， 可 分別用于建材與活性炭行業(yè)，達到變廢為寶， 化害為利 的目的。 粉煤灰浮選脫碳的研究，使粉煤灰商品化，對減少 排土占地和減輕對生態(tài)環(huán)境的破壞有重要的作用， 從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的角度，也都是十分必要的，具有現(xiàn)實的和長遠的意義。也可以對有關環(huán)保部門 提供技術支持和參考，具有廣泛的應用及推廣價