摘要：粉煤灰綜合利用中等容納量、中等技術(shù)含量的方式是作為生產(chǎn)建材的原料，對(duì)粉煤灰主要的技術(shù)要求是降低碳含量。與浮選法、流態(tài)化燃燒法相比，電選脫碳方法適用范圍廣，分選獲得的焦炭、尾灰純度較高，開(kāi)發(fā)研究高效率靜電分選機(jī)是解決粉煤灰利用的中心環(huán)節(jié)。
關(guān)鍵詞：粉煤灰；綜合利用；碳；分離裝置
中圖分類(lèi)號(hào)：TU528.03
“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃《綠色制造關(guān)鍵技術(shù)與裝備》項(xiàng)目
0. 前言
當(dāng)前，人口、資源與環(huán)境是各國(guó)面臨的全球性問(wèn)題，我國(guó)人口眾多，資源日趨緊張，環(huán)境不斷惡化，對(duì)工業(yè)廢渣中最大排放量的粉煤灰進(jìn)行綜合利用是一項(xiàng)具有重大經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)效益的工作，也是造福子孫后代的具有長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略性的課題。
我國(guó)是世界主要產(chǎn)煤國(guó)之一，在一次能源探明總量中煤炭占90%，煤炭仍是我國(guó)今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的主要能源。雖然國(guó)家大力發(fā)展水電、核電，但是燃煤發(fā)電仍占主要地位。目前，我國(guó)有1000多座燃煤發(fā)電廠，而且每年還要新增發(fā)電機(jī)組400萬(wàn)~600萬(wàn)千瓦。目前，全國(guó)電廠年燃煤約3.6億噸，20世紀(jì)末的年排灰量高達(dá)1.4億噸，排灰量已居世界第三位，數(shù)量之大十分驚人。如此大量的灰渣全靠占地貯存是不可能的，也是一種資源的浪費(fèi)。2000年全國(guó)粉煤灰排放量達(dá)到1.6億噸，占地已達(dá)到50萬(wàn)畝（3.33×108m2）以上，加上歷年的庫(kù)存約11億噸粉煤灰，每年還要遞增400萬(wàn)~600萬(wàn)噸的排放量。如此大量的固體廢棄物若不加以利用，不僅占用了大量耕地，還會(huì)污染環(huán)境，危害中華民族的生存環(huán)境，制約了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。
我國(guó)粉煤灰研究開(kāi)發(fā)利用始于20世紀(jì)50年代，主要集中在水泥和混凝上應(yīng)用開(kāi)發(fā)試驗(yàn)研究，并已在工程建設(shè)中廣為應(yīng)用，如50年代中期東北地區(qū)冶金基地建設(shè)，稍晚些時(shí)候的三門(mén)峽水利樞紐工程和廣西大化水電站的建設(shè)，以及近年來(lái)的城市高層建筑如上海東方明珠塔等。近年來(lái)在我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)中，粉煤灰也被大規(guī)模地用來(lái)處理軟弱土層，充分利用粉煤灰的火山灰特性改良地基。
粉煤灰是具有火山灰特性的微細(xì)灰，其粒徑范圍為0.5~200μm，平均粒徑為20μm。所謂火山灰特性是指硅酸鹽材料經(jīng)磨細(xì)后在一定溫度下與Ca (OH)2等堿性物質(zhì)反應(yīng)，其生成物不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化的特性。
基于粉煤灰的上述特性，國(guó)外對(duì)粉煤灰的開(kāi)發(fā)利用較早。在20世紀(jì)30年代就探索利用粉煤灰配制粉煤灰混凝土，并且取得了巨大成功和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。如美國(guó)1938年完工的玻尼維爾壩以及40年代中期美國(guó)墾務(wù)局等工程部門(mén)在建造蒙大拿州俄馬壩工程中，大規(guī)模地應(yīng)用了粉煤灰；日本國(guó)內(nèi)從1953~1968年共建筑了27座粉煤灰混凝土水壩。
實(shí)踐證明，合理利用粉煤灰資源可以節(jié)約大量能源，所以許多國(guó)家的能源部門(mén)鼓勵(lì)和支持粉煤灰資源循環(huán)再利用，從而對(duì)粉煤灰的研究和應(yīng)用起到了有力的推動(dòng)作用。特別是近年來(lái)，隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，粉煤灰的處理和利用已與環(huán)境保護(hù)休戚相關(guān)。根據(jù)環(huán)境保護(hù)科學(xué)新理論，只有將污染防治、廢物處理與資源開(kāi)發(fā)緊密結(jié)合起來(lái)，才能使排放粉煤灰的電力工業(yè)擺脫面臨環(huán)保法越來(lái)越嚴(yán)、粉煤灰處置費(fèi)用越來(lái)越高的困境[2]。
1. 粉煤灰綜合利用研究的主要領(lǐng)域
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外粉煤灰綜合利用領(lǐng)域很廣，項(xiàng)目很多。美國(guó)電力研究所根據(jù)粉煤灰容納量（即吃灰量）和技術(shù)水平，將粉煤灰綜合利用項(xiàng)目分為三大類(lèi)，見(jiàn)表1-1。
第一類(lèi)：高容量/低技術(shù)。即不需要深度加工就可以利用的項(xiàng)目。這類(lèi)項(xiàng)目投資少，上馬快，技術(shù)易掌握，吃灰量最大。其缺點(diǎn)是使用地點(diǎn)和數(shù)量經(jīng)常變動(dòng)，難以預(yù)測(cè)，如作為筑路、回填材料等。
第二類(lèi)：中容量/中技術(shù)。主要用作建筑材料。一般這類(lèi)項(xiàng)目投資大，吃灰量大，用灰量穩(wěn)定，有一定技術(shù)要求。
第三類(lèi)：低容量/高技術(shù)。主要為分選利用，產(chǎn)品層次高，吃灰量甚微，技術(shù)水平要求高，但經(jīng)濟(jì)效益好[3]。
從表1-1中可以看出，粉煤灰主要利用途徑是用于灌漿材料、筑路工程、回填材料、水泥混凝土摻合料和生產(chǎn)建筑材料。其中粉煤灰作為灌漿材料、筑路工程、回填材料受地域限制，利用量不穩(wěn)定，而且利用技術(shù)水平低下。而粉煤灰用于水泥和混凝土可以改善混凝土材料的性能，利用量大、技術(shù)水平較高，是粉煤灰在我國(guó)利用的最主要的途徑。
2. 粉煤灰綜合利用和相關(guān)技術(shù)要求分析
用于水泥和混凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)[4]中，拌制混凝土和砂漿用粉煤灰有7項(xiàng)技術(shù)要求：細(xì)度、需水量比、燒矢量、含水量、三氧化硫、游離氧化鈣、安定性；水泥混合材用粉煤灰有6項(xiàng)技術(shù)要求，將前者7項(xiàng)技術(shù)要求減少了細(xì)度和需水量比，增加了強(qiáng)度活性指數(shù)，因此可以粗略地將用于水泥和混凝土中的粉煤灰理解為8項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。其中含水量、三氧化硫、游離氧化鈣、安定性4項(xiàng)指標(biāo)是對(duì)粉煤灰品質(zhì)進(jìn)行的基本規(guī)定。游離氧化鈣、安定性和三氧化硫檢驗(yàn)主要是限制過(guò)燒或欠燒CaO、MgO與硫酸鹽水化后體積膨脹使混凝土開(kāi)裂而制定的。含水量過(guò)高會(huì)降低粉煤灰的活性，一般情況下儲(chǔ)灰池中陳灰是不可以直接用于混凝土摻合料的。
通常粉煤灰都可以滿(mǎn)足上述4項(xiàng)指標(biāo)，真正衡量粉煤灰品質(zhì)的高低是細(xì)度、需水量比、強(qiáng)度活性指數(shù)和燒失量。而粉煤灰對(duì)混凝土最直觀的影響是新拌混凝土工作性能的需水量比，和對(duì)硬化混凝土的力學(xué)強(qiáng)度（強(qiáng)度活性指數(shù)）。需水量對(duì)于粉煤灰的很多工程應(yīng)用是非常重要的物理指標(biāo)，它是指粉煤灰和水的混合物達(dá)到某一流動(dòng)度下所需要的水量，粉煤灰需水量越小工程利用價(jià)值就越大。有的學(xué)者[5]采用下列函數(shù)表示粉煤灰需水量比Y與粉煤灰細(xì)度X1（45μm篩余%）、密度X2、燒失量X3的關(guān)系。
Y=104.3 X10.05 X2-0.261 X30.0054 (1.1)
Thomas[6]根據(jù)比較多的實(shí)驗(yàn)給出需水量比Y與粉煤灰細(xì)度X1（45μm篩余%）之間的關(guān)系如下式。
當(dāng)燒失量3～4%時(shí) Y=88.76+ 0.25X1 (1.2) 相關(guān)系數(shù)r=0.86
當(dāng)燒失量5～11%時(shí) Y=89.32+ 0.38X1 (1.3) 相關(guān)系數(shù)r=0.85
上述3個(gè)實(shí)驗(yàn)歸納式說(shuō)明細(xì)粉煤灰可以降低粉煤灰的需水量比，其中的機(jī)理可能是磨細(xì)粉煤灰粉碎空心顆粒，釋放內(nèi)部的自由水分，另一方面也提高了粉煤灰的堆積密度所致。因此細(xì)磨粉煤灰是改善粉煤灰品質(zhì)的一項(xiàng)技術(shù)措施。
從(1.1)式可以看出影響粉煤灰需水量比的另一因素是燒失量，燒失量越大粉煤灰的需水量比越大，對(duì)粉煤灰燒失量貢獻(xiàn)最大的物質(zhì)主要是有機(jī)成分的未燃盡的殘?zhí)己臀醋兓蜃兓幻黠@的煤粒。K．Wesche[7]試驗(yàn)粉煤灰摻量為20%，結(jié)果表明，隨燒失量增加粉煤灰水泥砂漿的相對(duì)流動(dòng)擴(kuò)展度迅速降低，當(dāng)燒失量超過(guò)10%時(shí)，粉煤灰的相對(duì)擴(kuò)展度比基準(zhǔn)水泥砂漿還低。燒失量對(duì)粉煤灰需水量比的影響是由于未燃盡的殘?zhí)嫉拇嬖冢饕钥招奶己途W(wǎng)狀碳的形貌存在，其存在的狀態(tài)是單體形式、粘結(jié)在粉煤灰顆粒的表面、被包裹在粉煤灰顆粒中三種形式[8]。這些粗大多孔的碳顆粒不僅使粉煤灰的需水量比增大，而且對(duì)混凝土的引氣劑效果產(chǎn)生不利的影響，因?yàn)檫@些碳粒更容易吸附引氣劑。因此摻加高燒失量粉煤灰通常需要更大計(jì)量的引氣劑。此外高燒失量的粉煤灰因?yàn)楹拷M分高的顆粒比較輕，在混凝土攪拌、運(yùn)輸和成型過(guò)程中容易浮到表面造成混凝土的離析。
粉煤灰的強(qiáng)度活性指數(shù)是指檢驗(yàn)其火山灰活性，粉煤灰的火山灰活性來(lái)源于玻璃體，其晶體相沒(méi)有或者有很微弱的水化活性。粉煤灰的玻璃體含量越多，火山灰反應(yīng)性能越強(qiáng)。粉煤灰活性很大程度上受玻璃體類(lèi)型的影響。Joshi[9]認(rèn)為燒失量、比表面積、化學(xué)組成是影響粉煤灰火山灰活性的主要因素，并確定影響作用強(qiáng)弱的次序是：玻璃體類(lèi)型＞玻璃體含量＞玻璃體的細(xì)度＞玻璃體的化學(xué)組成。粉煤灰中的碳組元不僅沒(méi)有火山灰活性，而且其質(zhì)地疏松，即使作為非活性骨料其堅(jiān)固性也較差，尤其是對(duì)混凝土的耐久性不利。因此粉煤灰的燒失量對(duì)混凝土的性能影響非常大，為保證混凝土的質(zhì)量，必須對(duì)粉煤灰的燒失量進(jìn)行嚴(yán)格控制，降低粉煤灰的碳含量。盡管GB/T1596—2005規(guī)定Ⅰ級(jí)灰的燒失量<5%，但市場(chǎng)上所能接受的指標(biāo)遠(yuǎn)低于這個(gè)值(一般要求<3%)。我國(guó)很多電廠粉煤灰的含碳量在10%左右，有的甚至到20%，因此粉煤灰資源化的過(guò)程中所遇到的主要問(wèn)題是碳含量高，它制約著粉煤灰在許多領(lǐng)域的應(yīng)用。開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)合理的粉煤灰脫碳技術(shù)和裝置成為粉煤灰能否被利用的關(guān)鍵。
3.幾種粉煤灰脫炭技術(shù)的比較
降低粉煤灰中碳組分的措施主要有兩種：一是在排灰前降低碳的含量，即對(duì)鍋爐進(jìn)行改造，使煤能充分燃燒；二是在含碳量高的粉煤灰排出后，采用一定的工藝和方法，將粉煤灰中的碳組分除掉一部分。世界各國(guó)在含碳量高的粉煤灰除碳方面已做了不少工作，并取得了一定成績(jī)。有些技術(shù)已經(jīng)工業(yè)化，一些技術(shù)正在研究和開(kāi)發(fā)中。粉煤灰脫碳的主要方法分為干法和濕法，也稱(chēng)為化學(xué)方法和物理方法。干法主要有燃燒法、電選法、流態(tài)化方法、磁選法等。濕法通常是浮選法。
3.1 燃燒法
利用燃燒法除掉粉煤灰中的碳組分是將電廠等燃煤企業(yè)排放出來(lái)的高碳粉煤灰再次放入燃燒裝置中進(jìn)行燃燒，以降低粉煤灰的含炭量，而高碳粉煤灰燃燒產(chǎn)生的熱量又可再次被利用。
美國(guó)的沃泰克公司（VORTEC CORP.）開(kāi)發(fā)的一種新型粉煤灰陶瓷化裝置，能夠把高碳粉煤灰中的含碳量降低，并且把粉煤灰轉(zhuǎn)化成高附加值的玻璃和陶瓷產(chǎn)品。該套裝置的核心是可以使用多種燃料的燃燒和熔化系統(tǒng)(CMS)。目前已成功地完成每天處理粉煤灰20噸的小規(guī)模試驗(yàn)。當(dāng)粉煤灰的含碳量高達(dá)24％時(shí)，粉煤灰中的碳基本上都可以被燃燒掉。該裝置使用特制的流化床，可以燒掉高碳粉煤灰中的絕大部分碳組分。不含揮發(fā)分的、低熱值的高碳粉煤灰是這種特制流化床的唯一燃料。美國(guó)的進(jìn)步材料有限公司（PROGRESSMATERIALS NC）在佛羅里達(dá)州的TAMPA成功地完成小規(guī)模試驗(yàn)。
3.2 流態(tài)化分選法
使一定速度的氣流自下而上通過(guò)粉狀或粒狀固體層，固體被氣流（如果選用的流體是液體，則此處對(duì)應(yīng)為液流）夾帶形成兩相懸浮體，將這種類(lèi)似流體運(yùn)動(dòng)的兩相懸浮體用于傳熱、傳質(zhì)或分離物料的方法稱(chēng)為流態(tài)化技術(shù)[10]。其分離物料的原理是：在分選機(jī)身下部送入的空氣作用下，粉煤灰介質(zhì)與空氣形成氣－固兩相懸浮體，這種懸浮體構(gòu)成的區(qū)域就是分選所需的流態(tài)化床層。由于粉煤灰中的殘余碳顆粒與其他顆粒具有較大的密度差異，在氣流的作用下，粉煤灰中的殘余碳顆粒和灰分顆粒將依靠自身密度的差異實(shí)現(xiàn)分層，密度相對(duì)較小的殘余碳顆粒向床層底部下沉。由于粉煤灰試樣的特點(diǎn)是殘余碳以單體的形式存在，粒度較粗，主要集中在大于0.074mm的粗顆粒粒級(jí)中，因此用分級(jí)方法即可除去大部分殘余碳。經(jīng)過(guò)篩分分級(jí)后，80％以上的粉煤灰（即篩下物）能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。對(duì)于0.074mm以上的粗顆粒，則直接采用流態(tài)化方法分選出這部分粗顆粒物料中的殘余碳。
山西省太原鋼鐵集團(tuán)發(fā)電廠和陜西省西安西郊熱電廠均采用這種方法，并得到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是使用這項(xiàng)技術(shù)對(duì)建廠地址要求嚴(yán)格，必須建在電廠發(fā)電機(jī)組附近，而且不適用于粒度分布較窄的粉煤灰。
3.3 浮選法
浮選法[11]是基于組成物料中各個(gè)物種的表面性質(zhì)的差異而進(jìn)行的分選方法，它在礦物加工領(lǐng)域中得到普遍的應(yīng)用。粉煤灰中黑色的碳顆粒的天然疏水性較差，表面不易被水潤(rùn)濕，它卻有著良好的誘導(dǎo)疏水性，容易與氣泡附著上浮，這與粉煤灰中的硅酸鹽表面對(duì)水的潤(rùn)濕性有很大的差異[12]。利用這個(gè)差異采用浮選法很容易分離出碳，只需加入煤油、柴油等中性油作捕收劑、松醇油等為起泡劑，使其與灰漿充分?jǐn)嚢?，從而使藥劑與炭粒表面充分作用，使其礦化上浮，然后用浮選機(jī)的刮板，使碳顆粒與粉煤灰中的灰顆粒分離，尾礦中的含碳量很低。
俄羅斯聶泊爾地區(qū)發(fā)電站70年代就開(kāi)始用浮選法回收粉煤灰中的碳，電廠排出的粉煤灰的含碳量高達(dá)24％。經(jīng)過(guò)一次粗選與精選，可以選出含碳量達(dá)40～50％的精煤。選后粉煤灰的含碳量降低到3～5％，全部用作建筑材料的原料。
我國(guó)韶關(guān)電廠1985年開(kāi)始浮選粉煤灰中炭組分的研究工作。該電廠燃用粵北地區(qū)的劣質(zhì)煤，原煤含碳量50％左右，粉煤灰的含碳量高達(dá)18％，經(jīng)過(guò)浮選，粉煤灰中碳的含量降低，不足2％。
甘肅白銀公司動(dòng)力廠采用浮選技術(shù)分選濕排粉煤灰中的碳組分，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。該廠原灰含碳量很高，平均為35％左右。通過(guò)浮選后，粉煤灰的含炭量降到5％以下，回收的精煤繼續(xù)用作燃料，浮選后得到的低碳粉煤灰廣泛用于建材工業(yè)。
浮選法能夠除去粉煤灰中的殘余碳，但浮選法分選系統(tǒng)復(fù)雜，選后產(chǎn)品的脫水、殘余藥劑的處理非常困難，而且浮選法脫碳會(huì)降低粉煤灰的活性，減少了應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益。
3.4 電選法
電選法是以帶不同電荷的礦物和物料在外電場(chǎng)作用下發(fā)生分離為理論基礎(chǔ)的。該方法應(yīng)用了固體固有的不同的摩擦帶電性質(zhì)、電導(dǎo)率和介電性質(zhì)，通過(guò)作用在電場(chǎng)中的帶電物體和極化物體上的力來(lái)選擇性地分選固體。因?yàn)殪o電力與顆粒表面電荷大小和電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，所以靜電力對(duì)細(xì)的、片狀的輕顆粒影響大些。因此，顆?？梢缘玫接行У姆蛛x。
目前已用多種帶電機(jī)理來(lái)使顆粒帶電。雖然某種帶電機(jī)理是主要的，但在電選時(shí)其他帶電機(jī)理也會(huì)起一定的作用。感應(yīng)傳導(dǎo)帶電、接觸或摩擦帶電和離子轟擊帶電是用于礦物電選中的三種主要機(jī)理。顆粒表面所帶電荷的數(shù)量取決于物理因素和化學(xué)因素。影響能級(jí)的因素，如功函數(shù)一般認(rèn)為是很重要的。
電選法又是以帶電顆粒和不帶電顆粒的電泳和介電泳過(guò)程為基礎(chǔ)的。電泳就是在電場(chǎng)作用下使帶電組分遷移。作用在電場(chǎng)中的帶電顆粒上的力使礦物電泳分離。介電泳是在不均勻電場(chǎng)中懸浮在液體介質(zhì)中的中性顆粒的運(yùn)動(dòng)。物體運(yùn)動(dòng)的方向取決于電場(chǎng)的符號(hào)。因此，既可以使用直流電，也可以使用交流電。
可以用原來(lái)不帶電荷的顆粒獲得或者失去單位正電荷（質(zhì)子）或者單位負(fù)電荷（電子）的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述顆粒帶電現(xiàn)象。帶電過(guò)程可以在任何液體中、氣體中、固體中或真空中發(fā)生。雖然有很多帶電方法（如電暈、接觸、摩擦、感應(yīng)、離子和電子束熱電學(xué)、光電子場(chǎng)發(fā)射、放射性衰變帶電、焦熱帶電和光電帶電），但是，在工業(yè)中電選法只有3種帶電機(jī)理具有意義：傳導(dǎo)感應(yīng)帶電、接觸/摩擦帶電以及離子轟擊或電暈帶電[13]。根據(jù)這3種不同的帶電機(jī)理，國(guó)內(nèi)外分別研究了不同的粉煤灰電選脫碳的技術(shù)。
3.4.1 傳導(dǎo)感應(yīng)帶電
在感應(yīng)時(shí)，未帶電的導(dǎo)體、半導(dǎo)體或絕緣體顆粒在電場(chǎng)作用下開(kāi)始極化，形成偶極子，它面向電極的一端帶有與電極相反的電荷，而另一端帶有與電極相同的電荷。對(duì)于導(dǎo)體，由于它們的導(dǎo)電率高，電荷立刻均勻分布在整個(gè)表面上。對(duì)于絕緣材料，由于電荷不能重新的在其表面上分布，所以持續(xù)極化。傳導(dǎo)感應(yīng)帶電適用于良導(dǎo)體與絕緣體的分離。但是，在特殊控制條件下，這種帶電方法也適用于導(dǎo)電率差別大的兩種或多種半導(dǎo)體分離。
當(dāng)顆粒直接與帶電的導(dǎo)體接觸時(shí)，通過(guò)傳導(dǎo)，顆粒獲得電荷。此時(shí)，如果顆粒具有導(dǎo)電性，電荷傳遞立即進(jìn)行，如果顆粒是絕緣體，電荷傳遞很慢。顆粒獲得與其接觸的導(dǎo)體相同極性的電荷。當(dāng)顆粒與接地電極接觸時(shí)，迅速失去它的電荷，而絕緣體失去電荷很慢，甚至不失去電荷。
3.4.2 接觸或摩擦帶電
在摩擦帶電中，當(dāng)顆粒緊密接觸時(shí)，電子通常從一個(gè)顆粒傳遞給另一個(gè)顆粒。在顆粒接觸停止時(shí)，電荷立即發(fā)生交換。用費(fèi)米能級(jí)描述物質(zhì)表面上的電子能量。如果具有兩個(gè)不同費(fèi)米能級(jí)的物體相互接觸或摩擦，那么費(fèi)米能級(jí)高（功函數(shù)低）的物體失去電子，功函數(shù)高的物體得到電子。根據(jù)能帶理論，接觸帶電原理就是接觸中顆粒費(fèi)米能級(jí)平衡。實(shí)際上，在接觸后每種物料的極性和電荷分布率主要決定于能級(jí)和兩種接觸物體的功函數(shù)。
利用摩擦帶電原理研究的粉煤灰脫碳技術(shù)有幾種不同的形式，但其工作原理基本相同：充分分散的細(xì)顆粒粒群在強(qiáng)氣流的夾帶下，經(jīng)與摩擦器表面和顆粒之間的碰撞摩擦，使得具有不同表面性質(zhì)的顆粒分別帶上極性相反的電荷（殘余碳的電阻較小，一般為10～100GΩ），然后帶電顆粒群被引入高壓電場(chǎng)中，不同性質(zhì)的顆粒因帶電極性不同分別被吸附到極性相反的極板上，從而實(shí)現(xiàn)兩者的分離。
比較典型的一種摩擦電分離技術(shù)是美國(guó)的STI公司開(kāi)發(fā)研制的。這種技術(shù)能夠分離別的方法無(wú)法分離的物料。在STI公司的分離裝置上，粉煤灰從兩個(gè)平行的平板間的窄縫中加入。敞口篩式傳送帶將粉煤灰的顆粒卷起，分別向兩個(gè)相反的方向傳輸。傳送帶上裝有逆向電流發(fā)生器。通過(guò)顆粒之間的摩擦而產(chǎn)生電荷。電場(chǎng)使粉煤灰中的碳粒和無(wú)機(jī)礦物顆粒分別帶上不同符號(hào)電荷。帶有不同符號(hào)電荷的顆粒分出兩組，分別在傳送帶的上部和下部集中，以達(dá)到碳粒和無(wú)機(jī)礦物顆粒分離的目的。
R·奇庫(kù)等[15]為了選火電廠產(chǎn)生的粉煤灰，已經(jīng)設(shè)計(jì)出一套合適流程，該流程包括一段粒度分級(jí)和后繼的篩上產(chǎn)品的靜電分選，采用這個(gè)聯(lián)合工藝，用篩分得到的細(xì)粒級(jí)低碳產(chǎn)品適用于水泥的生產(chǎn)；而粗粒部分的靜電分選有利于提高總的回收率，從而得到循環(huán)回爐的原料。
河南農(nóng)業(yè)大學(xué)的張全國(guó)等[16]人采用河南農(nóng)業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境工程系研制的YNDF-I型粉煤灰靜電脫碳裝置進(jìn)行工藝特性試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中采用銅質(zhì)摩擦器，優(yōu)化的電壓為100kv，極板間距為40cm，粉塵濃度為0.06kg/m3，氣體流量為0.43m3/s時(shí)，精灰產(chǎn)率38.86％，脫碳率86.74%，粉煤灰靜電脫碳裝置在此最優(yōu)工況參數(shù)條件下運(yùn)行時(shí)的脫碳效果最佳，可將粉煤灰中的含碳量由9.05％降到1.2％，顯著提高粉煤灰脫碳后的精灰質(zhì)量。
3.4.3 離子帶電或電暈帶電
離子帶電現(xiàn)象是由于與接地轉(zhuǎn)鼓平行的細(xì)絲或一組針尖周?chē)目諝饣蚱渌麣怏w電離引起的。在電極之間施加高電壓可使非導(dǎo)體的空氣或氣體電離，在電極之間產(chǎn)生氣態(tài)的離子流。隨著電極距離和電壓增大，離子流也增大，它對(duì)進(jìn)入到電暈電場(chǎng)中的所有顆粒帶電影響很大，形狀和粒度不同的絕緣體和導(dǎo)體均獲得了非零電荷。電暈帶電包括空氣中的典型一次電離轟擊，也包括含有空氣和少量CO2的大氣介質(zhì)中的離子轟擊的特殊情況。在產(chǎn)生電暈空間中形成了兩個(gè)區(qū)間，即暗的區(qū)域和發(fā)光的區(qū)域。暗的區(qū)域比發(fā)光的區(qū)域要大得多，電離發(fā)生在發(fā)光區(qū)域中，帶電過(guò)程也是發(fā)生在這個(gè)區(qū)域內(nèi)。隨著絲狀電極帶正電或負(fù)電，可以產(chǎn)生正電暈和負(fù)電暈。正電暈比較穩(wěn)定，在幾乎所有氣體介質(zhì)中都可以產(chǎn)生正電暈，而且產(chǎn)生的發(fā)光顏色較淡。但是，負(fù)電暈只能在能提供電子吸著的氣體中發(fā)生。兩種電暈都有用途。但是，負(fù)電暈更好些，因?yàn)楫a(chǎn)生較強(qiáng)電暈的放電電壓高些。
使用電暈帶電機(jī)理[17]脫去粉煤灰中的炭組分的技術(shù)的工作原理是：當(dāng)粉煤灰由溜灰槽進(jìn)入直流電場(chǎng)后，其碳粒和灰粒均帶上電荷，導(dǎo)電性能比較好的碳粒（比電阻104~105Ω·cm）與金屬圓筒接觸，立即將所帶電荷傳遞給圓筒，隨著旋轉(zhuǎn)的慣性、離心力和重力的作用，碳粒離開(kāi)圓筒掉入圓筒前部的碳收集槽中。當(dāng)導(dǎo)電性能較差的灰粒由于比電阻大（約102Ω·cm），不能將所帶電荷迅速給出而繼續(xù)帶電，在電場(chǎng)力的作用下克服圓筒的慣性力、離心力及重力作用而吸附在圓筒上，隨著圓筒的旋轉(zhuǎn)，灰被帶入圓筒的后部，用毛刷強(qiáng)行刷落，掉入灰收集槽中，達(dá)到碳灰分離的目的。
4. 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，流態(tài)化方法針對(duì)不同粉煤灰可以采用先分級(jí)后分選的技術(shù)方案，技術(shù)難度較小，便于工業(yè)化實(shí)施，但是粗粉（碳組分）中碳的富集度較低，含量往往不到30%利用價(jià)值低，造成粉煤灰的二次加工排放。浮選法的缺點(diǎn)是消耗藥劑；而且粉煤灰中空心顆粒密度小容易漂浮，混雜到碳顆粒中，可選性差；再者浮選所得的粉煤灰還必須經(jīng)過(guò)真空過(guò)濾脫水，然后再進(jìn)行烘干才能使用，因此粉煤灰的處理成本較高。燃燒法除碳的工藝技術(shù)控制難度較大，要求把設(shè)施建設(shè)在發(fā)電廠內(nèi)，這樣才能利用發(fā)電廠回收熱量的發(fā)電設(shè)施；并且該技術(shù)還要求所處理的粉煤灰殘?zhí)己枯^高而且要穩(wěn)定，否則需要補(bǔ)充燃料，提高了運(yùn)行成本。相比之下，電選法脫碳技術(shù)比較合理，工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)粉煤灰的含碳量要求不高，產(chǎn)品一次加工即可，運(yùn)行成本較低。
參考文獻(xiàn):
1. 邊炳鑫,解強(qiáng),趙由才,等.煤系固體廢物資源化技術(shù)[M].第一版.北京:化學(xué)工業(yè) 出版社,2005:121.
2. 古德生,胡家國(guó).粉煤灰應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].采礦技術(shù),2002(6).
3. 邊炳鑫,解強(qiáng),趙由才,等.煤系固體廢物資源化技術(shù)[M].第一版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:123.
4. 中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院，中國(guó)長(zhǎng)江科學(xué)科學(xué)院．GB/T1596—2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.4.
5. 劉伯,沈旦申,陳以理,吳學(xué)禮.上海粉煤灰應(yīng)用手冊(cè)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1995.
6. M．D．A．Thomas，J．B．Cripwell and P．L．Owens．Fly ash in concrete：An overview of more than 30 years of experience in the United Kingdom[A]．10th International Ash Use Symposium[C]．Orilando，F(xiàn)lorida，USA，Jan．10~21，1993．37.
7. K．Wesche．Fly ash in concrete：Properties and performance[M]．London：Chapman & Hall，1991
8. 邵靖邦,等.粉煤灰中的殘余炭[J].煤炭轉(zhuǎn)化,1997,20, (4).
9. R．C．Joshi，V．M．Malhotra．Relationship between pozzolanic activity and chemical and physical characteristics of selected Canadian fly ashes[A]．Materials Research Society Symposia Proceedings[C]，Pittsburgh，Pennsylvania，1987. 113.
10. 黎強(qiáng),等.煤灰脫炭的流態(tài)化實(shí)驗(yàn)研究[J],煤炭轉(zhuǎn)化.2002年10月第25卷第4期.
11. 石云良,等.粉煤灰脫炭技術(shù)[J],礦產(chǎn)綜合利用.1999年4月,第2期.
12. 何新露,等.粉煤灰選炭的試驗(yàn)研究[J],粉煤灰.1999年,第3期.
13. H·R·馬諾切赫里,等.電選法基礎(chǔ)理論評(píng)述[J],國(guó)外金屬礦選礦.2002年7月:4.
14. 黎強(qiáng),等.粉煤灰的微觀結(jié)構(gòu)與脫炭方法的實(shí)驗(yàn)比較[J],選煤技術(shù).2003年2月,第1期.
15. R·奇庫(kù).粉煤灰中未燃盡煤的靜電分選[J],國(guó)外金屬礦選礦.1999年,第1期.
16. 張全國(guó),等.粉煤灰高壓靜電脫炭工藝特性的試驗(yàn)研究[J],粉煤灰.2002年,第5期.
17. 成志英.熱電廠粉煤灰回收炭的探討[J],大氮肥.2000年,第23卷,第5期.
