火力發電產生的高鈣粉煤灰的改性研究

闞麗虹 張貞強 劉國強

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730000）

我國是一個產煤大國，以煤炭為電力生產的主要原料，火力發電還占據很大市場，雖然其他能源快速發展，但是在短期內火力發電還在持續。用煤來發電，每發1KW·h的電，需要標準煤約300g產生粉煤灰約100g。粉煤灰是火力發電的主要產物，每消耗4t煤就會產生1t左右的粉煤灰[6]。粉煤灰中的有害物質不可避免的污染了電廠周圍的土壤、空氣和水，威脅電廠附近居住的居民的身體健康。它是火力發電的主要污染源，我們的研究就是把粉煤灰變成一種再生資源，然后回收在利用，解決了可持續發展中資源回收利用的問題。

本文以某電廠的粉煤灰為研究對象，該廠用來燃燒煤的是循環流化床鍋爐，燃燒溫度在800～900℃所產生的粉煤灰含鈣量較高。粉煤灰按照含鈣量的高低可以分為高鈣灰（含鈣量大于10%）和低鈣灰（含鈣量小于10%），根據本廠送來的樣品，氧化鈣的含量大于22.58%，游離氧化鈣的含量為12.43%，所以屬于高鈣粉煤灰。這種粉煤灰如果不經過處理，就不能利用，因為無論是水泥還是混凝土里用的粉煤灰，游離氧化鈣的含量都要小于1.5%，因為游離氧化鈣是影響水泥或混凝提安定性的主要因素。因此，經過查閱資料和小組討論，制定的方案是先粉磨，再加水消減這種粉煤灰中的游離氧化鈣。在游離氧化鈣達標的情況下，在研究粉煤灰的活性和改性利用。

1 先加水再粉磨

加水量在10%，15%，20%，25%，30%，加水以后陳化時間0d，1d，3d，5d，7d，然后粉磨，粉磨時間分為10分鐘，20分鐘，30分鐘；這種方案，游離氧化鈣的含量有所降低，但是不明顯。其中游離氧化鈣的測定方法是乙二醇法，氫氧化鈣的測定方法是熱重法。經小組分析是樣品在出循環流化床以后經過堆放，也向粉煤灰上加過水，所以，這種方案效果不佳。

2 先將樣品進行粉磨

粉磨時間對粉煤灰中游離氧化鈣的影響，經過實驗得出，粉磨時間越長，粉煤灰細度越大，游離氧化鈣暴露得越多，就是游離氧化鈣的含量越高，再利用粉煤灰時，在加一定量的水，對降低高鈣灰中的游離氧化鈣是有利的，但是具體能降低多少，還需要進一步的研究。

3 粉磨時間相同，粉磨后加不同的水

隨著加水量的增加，游離氧化鈣的消減速度不斷增加，特別是在第一天，消減最快。隨著陳華時間的加長，游離氧化鈣的消減越來越慢，呈下降的趨勢，到底七天的時候幾乎沒有太多的變化。加水量越少，游離氧化鈣的消減過程進行得越慢；當加水量較多時，游離氧化鈣的消減速度明顯加快[3]。

粉磨后的高鈣灰中加水，高鈣灰中的氧化鈣和水反應生成大量的Ca（OH）2，加水量較少時，消減初期，只有少量的Ca（OH）2晶體生成，形狀也不完整；隨著水量的增加，Ca（OH）2晶體不斷的長大，形狀更加完整，數量也在不斷增多，形狀呈六方板狀結構，Ca（OH）2晶體棱邊清晰銳利，覆蓋在粉煤灰顆粒的表面。

下圖是不同加水量，不同陳化時間，高鈣灰中游離氧化鈣的含量：

圖1 不同加水量條件下，游離鈣含量

4 相同的加水量，不同的粉磨時間，高鈣灰中游離氧化鈣的消減情況

首先，粉磨高鈣灰要達到粉煤灰細度的要求，細度（0.045mm 方孔篩余量%）≤45%（三級粉煤灰），經過實驗，粉磨時間在20分鐘就能達到這個標準。在達到標準后，分別粉磨20分鐘、25分鐘、30分鐘，探究游離氧化鈣的消減情況，得出在早期，游離氧化鈣的消減速度有所增加，但是沒有加不同的水量那么快，在后期隨著時間的延長，f-CaO的就減少非常有限，超過臨界粉磨時間30分鐘后，f-CaO的消減反而變慢了[2]。如果在實際生產中，粉磨時間長，電耗也增加了，反而成本增加了。

如下是相同的加水量，不同粉磨時間高鈣灰中f-CaO的含量：

圖2 不同粉磨時間條件下，游離鈣含量

5 最佳粉磨時間、最佳摻水量條件下，再加少量分散劑

分散劑對高鈣灰中的f-CaO的消減有一定的促進作用。消減6個小時以后，高鈣灰中的游離氧化鈣含量就降低到10%以下，消減了65%左右，24小時以后，游離氧化鈣的含量明顯降低，，之后，高鈣灰中的游離氧化鈣下降的速度變得緩慢，但是還是比不加分散劑時，高鈣灰中的游離氧化鈣含量要低得多。這充分說明加入分散劑有利于游離氧化鈣的消減，同時加入分散劑，在消減過程中水在高鈣灰中分布更均勻，和高鈣灰的接觸更充分，所以高鈣灰中的游離氧化鈣消減得更完全。

圖3是最佳粉磨時間、最佳摻水量，加入分散劑后游離氧化鈣的含量。

圖3 是否摻加分散劑條件下，游離鈣含量

6 結果與討論

1）先加水后粉磨對高鈣灰的消減意義不大，效果不明顯，建議不采用。

2）細度越大，高鈣灰中的游離氧化鈣含量越高；

3）粉磨時間相同，水的摻量越大，游離氧化鈣的消減越快，特別是在消減的初期。

4）相同的加水量，不同粉磨時間，高鈣灰中f-CaO的消減沒有上面的情況那么理想。

5）加入分散劑，可以促進高鈣灰中f-CaO的消減。

6）高鈣灰具有減水效果好，自身有一定水硬性，摻加到混凝土中，早期抗壓強度高于普通粉煤灰混凝土，有一定的利用價值。

福建省科技廳廳長陳秋立率團訪問總院

5月29日，福建省科學技術廳廳黨組書記、廳長陳秋立率考察團訪問中國建材總院。中國建材集團總工程師、中國建材總院院長姚燕熱情接待了福建省科技廳考察團一行。

姚燕對陳秋立一行的到訪表示歡迎，并陪同參觀了光纖面板生產基地、綠色建筑材料國家重點實驗室、國檢集團大樓和總院展室，詳細介紹了中國建材總院科技創新、產品研發、產學研結合、檢驗認證等領域取得的成果。

陳秋立表示，福建省正處在“大招商”、“科技大對接”背景下，希望借助中國建材總院的科研實力，通過建立分支機構協同發展，為福建省產業轉型升級注入創新活力。姚燕介紹了總院棗莊基地的建設模式，提出依托當地技術為主的單位，采用共建模式進行技術對接的設想。隨后，雙方就科技協作、檢驗認證等合作事宜展開了深入交流。

北京市科委合作處陳銘培；福建省科技廳辦公室主任鄭志鋒，創新辦主任鄭群力，福州市科技局局長任義文，龍巖市科技局局長阮滿昌，龍巖市科技局科長李棟淵及福建省相關企業代表；總院總法律顧問、院長助理王海龍，科技發展部部長張忠倫，水泥新材院院長文寨軍，國檢集團副總經理陳璐，科技發展部部長助理李桂金，科技發展部科研主管魏麗穎陪同調研。