爐渣和粉煤灰制備免燒磚的工藝設計及效益分析

孔德順，王魯鳳

（六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004）

貴州是我國南方重要的煤炭基地，其煤炭儲量居國家重點建設的十四大煤炭基地之一--云貴煤炭基地之首，也是國家“西電東送”的主戰場之一，在向東部地區輸送大量電力的同時，也產生了大量的爐渣和粉煤灰等工業廢棄物，其中粉煤灰是燃煤電廠除塵器排出的細小顆粒灰塵，爐渣燃煤鍋爐底部排出的廢棄物，這些廢棄物占用了大量的土地，還帶來生態等負面影響[1]。我國2017 年5 月頒布的《資源領域“十三五”科技創新專項規劃》指出：要攻克大宗工業固體廢物循環利用技術，建立固體廢棄物資源循環利用技術體系。由于這些廢棄物的利用率低，所以制約了燃煤電廠的發展。

當今，我國城市的建設也是日新月異，西南地區的城市建設也隨之進入了新時代，隨著我國城鎮化進程的推進，城市建設所需的建材大量增加，其中墻體磚的需求量也大幅增加，但由于生產黏土磚需要消耗黏土，能耗大而逐漸被淘汰，而免燒磚多以工業廢棄物（爐渣、粉煤灰、水泥、河沙等）為主要原料制造[2]，不消耗黏土、無需燒結，成型后經過養護即可達到建材行業相關標準，所以使用電廠爐渣、粉煤灰為原料來制免燒磚，可以減輕電廠壓力，利國利民。

貴州某電廠每年產生超過150 萬噸的爐渣和粉煤灰，其中爐渣約50 萬噸。目前，尚無大規模利用的技術，主要的處理方式是堆放，隨著生產的進行，該電廠排放的廢棄物不斷增加，不僅占用了大量土地，還耗費巨額資金、污染環境，危害較大[3]。為此，本文對利用爐渣和粉煤灰制備免燒磚進行了可行性分析。

1 爐渣、粉煤灰制磚技術現狀

1.1 制燒結磚

利用電廠爐渣、粉煤灰等來生產燒結磚是常見的固體廢棄物綜合利用方法，隨著人們對環保問題的日益重視，對空氣質量要求的日益提高，人們意識到爐渣、粉煤灰等廢棄物制造燒結磚帶來的二次污染問題，尤其是利用含硫高的電廠爐渣、粉煤灰，采用燒結工藝制磚比燒制普通黏土磚對大氣污染還嚴重，摻量越大，污染越嚴重[4]。

煙氣脫硫又增大了生產成本，因此，要避免粉煤灰/爐渣燒結磚燃燒時所排放硫氧化物對大氣的“二次污染”。

1.2 高溫蒸汽養護免燒磚

粉煤灰及爐渣還有采用添加熟石灰、石膏來生產蒸壓粉煤灰磚的方法，該法雖比粉煤灰燒結磚在有害物排放方面下降了許多。但是，該技術需要在較高溫度下進行蒸汽養護[5]，生產蒸汽需要消耗燃料，這不符合低碳生態發展的要求。

1.3 存在的問題

上面的兩種利用方法，都存在二次污染的問題，所以，應當從源頭控制和減少污染，從而實現新型墻體材料可持續發展。為此，發展非燒結常壓常溫養護的爐渣燒結磚是一個節能環保的方法。

2 工藝路線的設計及特點分析

2.1 工藝流程

該工藝以貴州某電廠的爐渣和粉煤灰為主要物料，經脫水以后，配以水泥等輔料，經陳化后加壓成型；常溫常壓養護后獲得免燒磚，具體的工藝流程如圖1 所示。

圖1 電廠爐渣和粉煤灰制備免燒磚的工藝流程

2.2 工藝特點

1）煤渣、粉煤灰和水泥按照一定的比例混合，使原料中的硅、鋁、鐵、鈣四大主量元素的含量滿足生產需求，本項目就是針對電廠廢渣和粉煤灰的特點進行級配，達到節約配料，充分利用爐渣及粉煤灰的目的。

2）采用程序加壓進行成型，以盡可能排出磚坯中的空氣、水分，有利于各種級配、各種顆粒間的交互搭接，使磚坯達到較高的均勻度、密實度和強度[6]。

3）成型后采用常溫常壓養護，氣溫較低時采取保溫措施，充分利用水泥硬化產生的熱量進行溫度調節，促進了水化反應的進行，無需蒸氣生產裝置，磚塊又不產生裂紋，提高了成品磚的品質，增強了磚的強度，產品可以達到國家建材標準（GB/T2542 砌墻磚試驗方法）。

4）該工藝制備的磚，表面粗糙度適中，其具有較大的比表面積，其粘結性和施工穩定性較好，在抹墻時，無需掛網，這提高了強度和效率且導致成本降低。

3 效益分析

3.1 經濟效益分析

目前該電廠的爐渣尚無開發利用的技術和手段，采用的處理方法是堆積，占用了土地，且造成生態等一系列問題。據統計，處置1 噸電廠廢棄物需要十余元的費用，而開發這兩種工業廢渣，這不但降低了電廠的生產成本，而且為生產免燒磚提供了非常可靠的原料，也降低了制品的生產成本。

如果投資1500 萬元建設一個年產1 億塊標磚的工廠，按爐渣、粉煤灰摻量70%～80%計，每年消耗爐渣量可達14 萬噸，可盈利500-600 萬元/年，3 年左右可以收回全部投資，可極大緩解電廠的爐渣及粉煤灰堆放問題；如果擴大規模，可以實現該電廠爐渣的全消化，經濟效益十分可觀。

3.2 社會效益分析

隨著國民經濟的持續發展，廣大人民群眾收入水平大幅度增長，消費水平和消費結構有很大變化，推動了城鎮化進程，住宅產業化成為社會消費結構的亮點，這增加了墻材的市場需求[7]，2019 年，貴州省墻材的市場需求量將達到近270億標塊。

所以，項目建成投產后，對發電企業可以起到示范作用，也為節約資源、能源和發展循環經濟找到了好的途徑，同時可以為社會提供更多的就業崗位，為構建社會主義和諧社會做出貢獻，其社會效益是顯而易見的。

3.3 環境效益分析

對發電廠產生的廢渣通過綜合開發、資源化利用轉化為具有高附加值的建材新產品，形成產業鏈有利于發展循環經濟、實現清潔生產，變“末端治理”為“源削減”，減少了電廠廢渣外排對環境造成的污染，為實現清潔生產創造條件，且不產生二次廢物，環境效益顯著。

4 結語

綜上所述，利用粉煤灰和爐渣，制備節能節土的免燒磚代替實心粘土磚，符合《清潔生產促進法》的相關要求，將使電廠廢棄物得到大規模的消耗，使之變成高價值的產品，經濟效益、社會效益、環境效益顯著，有利于經濟社會的可持續健康發展。