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四、大规模综合利用粉煤灰的技术与经济可行性及今后的发展方向
(一)粉煤灰用于建筑材料制品(约占利用总量的45%)
1、粉煤灰在水泥及混凝土中的应用
粉煤灰既可以代替部分黏土作为烧制水泥的原料,又可以作为水泥的混合材。
利用粉煤灰还可以生产一些特种水泥:快硬水泥、大坝水泥、无熟料水泥等。
由于粉煤灰具有较低的需水量比、质量均匀、火山灰活性等特点,用作混凝土掺料时, 其减水效果显着, 能有效改善混凝土和易性、抗硫酸盐侵蚀及碱集料反应等耐久性能, 提高抗渗和抗蚀力, 同时具有减少早期和后期干缩、干燥收缩率等功效。
2、粉煤灰生产建材制品
(1)粉煤灰烧结砖
粉煤灰的化学成分和细度基本上都接近于烧结普通砖的工艺要求。生产烧结粉煤灰砖时, 宜采用塑性较好的黏土,因为黏土的塑性指数越大,粉煤灰可掺入越多。粉煤灰细度也影响混合料的塑性,细度越细,制成的砖的质量越好,粉煤灰掺入量可以增加。砖粉煤灰掺量一般在30-70% 之间,其特点是体积轻、强度高、导热系数小、砌筑效率高。
粉煤灰烧结砖一般以粉煤灰、炉渣、页岩为主要原料,粉煤灰掺入量20-40%(重量比),含碳量没有严格限制,便于处理那些早期排出、长年积存在灰库中的“陈灰”,经搅拌、挤压、成型、烧制而成。与粘土或页岩相比,粉煤灰的容重小、颗粒级配差、塑性极低甚至基本无塑性、含水率高(湿排灰30-40%),因此大多数粉煤灰烧结砖厂运行故障多,生产成本大。
目前国内多家机构致力于通过配料、甚至掺加粘结剂改善其塑性;或者通过大压力成型规避其塑性的影响。根据国外经验,若在混合料中掺以合适的增塑剂,并相应地改进成型设备与调整工艺,完全有可能用粉煤灰代替80-90%的粘土制烧结砖。
(2)蒸压/ 蒸养粉煤灰砖:
粉煤灰砖是我国利用粉煤灰生产房建材料最早出现的品种。它是以粉煤灰、石灰、石膏以及细集料, 按一定比例配合, 经搅拌、消化、轮碾、压制成型、高压或常压蒸汽养护制成的墙体材料。其强度可达15 MPa 以上, 能经受15 次冻融循环的要求, 碳化系数为0.8,具有较好的耐久性。凡符合JC/T 409- 2001 《硅酸盐建筑制品用粉煤灰》质量要求的I、II、Ⅲ级粉煤灰均可用以生产粉煤灰砖。
蒸压(养)粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰为主要原料,掺入石膏以及骨料为原料,经配料制备、压制成型、高压(常压)蒸汽养护等工艺过程而制成的实心粉煤灰砖。按湿热养护条件不同,分别称作蒸压粉煤灰砖、蒸养粉煤灰砖及自养粉煤灰砖。
蒸压(养)粉煤灰砖的干燥收缩值普遍一般在0.6-1.0%,砌墙很容易产生裂缝;如果采用普通水泥砂浆,蒸压粉煤灰砖砌体的抗剪强度比烧结实心粘土砖砌体低30%。
保证措施包括:
生石灰的活性氧化钙含量;
骨料的品种与颗粒级配:骨料可以是中砂、高炉水淬矿渣、钢渣、锅炉炉渣、石屑等,其中钢渣首先要除铁,其次要进行蒸压处理,以消解中钢渣中的过烧氧化物,锅炉炉渣要控制碳含量,并通过破碎筛分调整级配;
合理的配方:合理的硅钙比能保证产生更多水化硅酸钙,特别是托勃莫莱石和硬硅钙石,良好的级配能得到最大体积密度的砖坯和砖;
充分搅拌混合:采用均轮碾搅拌机不断把经过碾压的泥饼通过搅拌叶搅拌分散;
较高的成型压力:最好能双向加压,尽可能有效排气,使砖坯及砖产品有较大密实度,降低其干燥收缩值;
较高的蒸压养护温度:加强、加快水化合成反应速度,以获得更多的水化硅酸钙、托勃莫莱石和硬硅钙石结晶体,蒸压灰砂砖生产一般采用8个大气压的饱和蒸汽(174 ℃)养护7 h (升降温1.5 h、恒温压4 h);蒸压粉煤灰砖则采用10~12个大气压的饱和蒸汽8~10 h的养护。
根据我国电厂粉煤灰SO3和C的平均含量计算,对于发展高掺量粉煤灰制品,采用非烧结工艺更加符合国家清洁生产的要求。
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