淺述粉煤灰陶粒的發(fā)展方略

    摘要：本文提出了我國(guó)粉煤灰陶粒的發(fā)展:宜使用原狀灰生產(chǎn)；采用國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展以燒結(jié)機(jī)為主的技術(shù)路線；粘土陶粒生產(chǎn)企業(yè)有條件者技改為粉煤灰陶粒企業(yè)。

    關(guān)鍵詞:粉煤灰陶粒　原狀灰　浮選除碳技術(shù)　回轉(zhuǎn)窯工藝　燒結(jié)機(jī)工藝

    粉煤灰陶粒在我國(guó)的研制與生產(chǎn)應(yīng)用始于20 世紀(jì)60 年代，至今已整整40 年。20 世紀(jì)70～80 年代是我國(guó)粉煤灰陶粒發(fā)展的高峰時(shí)期，此時(shí)除天津廠又?jǐn)U建外，陸續(xù)又在遼寧清河、蘭州、廣州、齊齊哈爾和北京5 個(gè)省市新建了5 座生產(chǎn)規(guī)模為10～30 萬(wàn)m3/ y 燒結(jié)粉煤灰陶粒廠，其總生產(chǎn)能力達(dá)101 萬(wàn)m3/ y ，占全國(guó)陶粒總生產(chǎn)能力的50 %左右。這些廠建成后僅蘭州、廣州兩廠在建成后的初期生產(chǎn)了一段時(shí)間，其余3 個(gè)廠建成后均未投產(chǎn)。由于種種原因，于20 世紀(jì)80 年代末先后都停產(chǎn)。1995 年連有30 年生產(chǎn)實(shí)踐的天津廠，也因城市發(fā)展規(guī)劃工廠需搬遷而被迫停產(chǎn)，使我國(guó)有30 年的生產(chǎn)和應(yīng)用歷史的粉煤灰陶粒幾乎全軍覆沒(méi)，跌落到低谷。此后，各方雖大力宣傳，呼吁要大力發(fā)展粉煤灰陶粒，推動(dòng)人造輕骨料工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步， 但呼吁了將近10 年時(shí)間，只大慶地區(qū)引進(jìn)了一條年產(chǎn)20 萬(wàn)m3/ y 燒結(jié)粉煤灰陶粒生產(chǎn)線。

    目前，發(fā)展人造輕骨的環(huán)境和空間與過(guò)去相比，形勢(shì)大好，但為什么粉煤灰陶粒從跌落低谷后卻遲遲發(fā)展不起來(lái)，為此，筆者提出幾點(diǎn)粗淺看法及今后發(fā)展方略和同仁們探討，不妥之處，希批評(píng)指正。

    1 　目前我國(guó)粉煤灰的品質(zhì)和利用現(xiàn)狀

    1. 1 　粉煤灰的品質(zhì)現(xiàn)狀

    1. 1. 1 資源化性能差

    粉煤灰的品質(zhì)受煤種、煤粉細(xì)度、鍋爐類(lèi)型、燃燒條件、除塵設(shè)備等等諸多因素影響，我國(guó)電廠排放的粉煤灰品質(zhì)極不穩(wěn)定，資源化性能差。從表1 對(duì)39 家電廠排放粉煤灰的燒失量和細(xì)度測(cè)定結(jié)果的統(tǒng)計(jì)可知， 粉煤灰中其大于80μ篩余和燒失量的差異極大。

表1 　39 家電廠排放粉煤灰的燒失量和細(xì)度測(cè)定結(jié)果

    1. 1. 2 高含碳量、濕排灰

    20 世紀(jì)70 年代以前建設(shè)的燃煤電廠及后來(lái)所建的大量小電廠，大多采用低效干式除塵器或濕式除塵器，粉煤灰中最有用的、性能最好的細(xì)顆粒被排入大氣，收集下來(lái)的顆粒既粗含碳量又高，一般均在15 % 左右，并均為濕排灰。

    1. 1. 3 干排灰少

    20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，新建20 萬(wàn)kW 以上燃煤電廠，全部采用高效電除塵器，但不少電廠輸灰系統(tǒng)仍采用水沖，甚至灰渣混排，電除塵器2～4 電場(chǎng)的優(yōu)質(zhì)粉煤灰也被沖入貯灰場(chǎng)。因此從排灰的總量而言，干灰的比例很小。

    1. 2 　粉煤灰的利用現(xiàn)狀

    a. 粉煤灰雖已在建材、建工、筑路、回填、農(nóng)業(yè)及提取礦物等領(lǐng)域被利用，利用率已達(dá)45 %左右。但是， 由于大部分電廠排放粉煤灰品質(zhì)極不穩(wěn)定，含碳量偏高，特別是一些中小型電廠含碳量在10 %以上，限制了粉煤灰的利用范圍，制約了粉煤灰綜合利用技術(shù)的發(fā)展。

    b. 各地區(qū)的粉煤灰利用很不平衡，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，如上海、長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲等地區(qū)利用比較好，特別是上海、南京二地，其利用率已超過(guò)100 %。而在欠發(fā)達(dá)的西部地區(qū)及中、小城市粉煤灰利用率還很低。

    c. 建材部門(mén)是利用粉煤灰的穩(wěn)定大戶。其利用量已占總利用量的30%左右，在這些利用項(xiàng)目中主要是水泥、粉煤灰燒結(jié)磚、加氣粉煤灰砌塊等，而粉煤灰陶粒卻長(zhǎng)期徘徊在利用之外。

    2 　對(duì)粉煤灰的品質(zhì)要求

    粉煤灰陶粒對(duì)粉煤灰的品質(zhì)要求，是根據(jù)其采用不同的工藝技術(shù)和產(chǎn)品類(lèi)型而有所不同。

    a. 采用回轉(zhuǎn)窯燒脹工藝。當(dāng)采用回轉(zhuǎn)窯燒脹型工藝技術(shù)時(shí)它對(duì)粉煤灰燒失量的限制很?chē)?yán)，并對(duì)其化學(xué)組成也有要求，這是因?yàn)榉勖夯业臒浭俏锪显诟邷剀浕瘲l件下，氧化鐵和碳元素反應(yīng)并受其混合料的化學(xué)組成和碳鐵比的制約而形成的，過(guò)大或過(guò)小的碳鐵比能使燒脹反應(yīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，一般的碳鐵比可控制在0. 4 左右。

    b. 當(dāng)用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)燒結(jié)型產(chǎn)品時(shí)，它對(duì)粉煤灰的化學(xué)組成比燒脹型要求低，但對(duì)燒失量仍有限制，這是因?yàn)闊o(wú)論采用單筒或雙筒回轉(zhuǎn)窯，它對(duì)粉煤灰的除碳效率是很低的，因此，過(guò)高的含碳量會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量， 當(dāng)產(chǎn)品的燒失量≥5 %時(shí)，則不符合輕集料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)有害物質(zhì)含量要求的規(guī)定，因此也必須有所限制。

    c. 采用燒結(jié)機(jī)工藝。國(guó)內(nèi)技術(shù)對(duì)粉煤灰品質(zhì)要求遠(yuǎn)比引進(jìn)技術(shù)要求低。因此，它對(duì)各種粉煤灰的適應(yīng)性強(qiáng)，可使用區(qū)域廣，符合普遍發(fā)展粉煤灰陶粒的條件。燒失量的限值，可根據(jù)混合料內(nèi)含碳量的要求而定，一般為5 %～8 % ，如混合料內(nèi)含碳量過(guò)高，可使物料過(guò)燒熔融，影響產(chǎn)品質(zhì)量和正常生產(chǎn)。

    3 　發(fā)展方略

    綜上所述，在發(fā)展粉煤灰陶粒時(shí)，既要考慮各種工藝技術(shù)對(duì)粉煤灰品質(zhì)要求，又要考慮到我國(guó)當(dāng)前粉煤灰品質(zhì)的現(xiàn)狀及粉煤灰的使用成本，才有可能使粉煤灰陶粒得到全面、迅速的發(fā)展。

    3. 1 　利用原狀灰生產(chǎn)

    a. 鑒于粉煤灰陶粒的價(jià)位受種種因素制約，其價(jià)位不能高，否則無(wú)法進(jìn)入市場(chǎng)。因此它不可能與其他附加值高的利用項(xiàng)目去爭(zhēng)量少、價(jià)高的優(yōu)質(zhì)灰來(lái)發(fā)展自己的產(chǎn)品，只能想方設(shè)法在量大、面廣、價(jià)廉的原狀灰上找發(fā)展，才是較現(xiàn)實(shí)的途徑。

    b. 對(duì)含碳量超出生產(chǎn)要求和工藝處理范圍的高碳粉煤灰，直接利用有困難?？刹捎酶∵x除炭技術(shù)，將炭——灰分離，該項(xiàng)技術(shù)早在20 世紀(jì)80 年代已在湖南、廣東、福建等電廠應(yīng)用。其技術(shù)不但能從粉煤灰中回收熱值在20000 kJ/ kg 精碳粉，還可使原高碳粉煤灰的含碳量降到2 %左右，成為生產(chǎn)粉煤灰陶粒的優(yōu)質(zhì)原料。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，日處理燒失量為10. 4 %，粉煤灰90 m³ ，投資59 萬(wàn)元，所得精碳粉售價(jià)為110～130 元/ t 、分選出粉煤灰售價(jià)為10 元/ t ，實(shí)際投資回收期為1. 52 年， 經(jīng)濟(jì)效益顯著，因此，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)大力推廣。

    3. 2 　新建項(xiàng)目

    各地在新建粉煤灰陶粒項(xiàng)目時(shí)，仍應(yīng)按因地制宜、擇優(yōu)發(fā)展的原則來(lái)確定工藝技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品使用的主供對(duì)象等。

    a. 采用國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展以燒結(jié)機(jī)為主的工藝技術(shù)。

    自粉煤灰陶粒“跌落低谷”后，考慮再次發(fā)展時(shí)，應(yīng)走什么技術(shù)路線:走燒結(jié)工藝還是蒸養(yǎng)工藝? 引進(jìn)英國(guó)技術(shù)還是荷蘭技術(shù)? 為此已徘徊了10 余年。直至20世紀(jì)末由大慶地區(qū)從英國(guó)引進(jìn)年產(chǎn)20 萬(wàn)m3“萊泰克”技術(shù)后，粉煤灰陶粒才又起步發(fā)展。但要普遍、大力發(fā)展粉煤灰陶粒，單靠引進(jìn)技術(shù)是不行的，要依靠國(guó)內(nèi)技術(shù)，立足國(guó)內(nèi)技術(shù)，才能得到迅速而普遍發(fā)展。我國(guó)在20世紀(jì)60～80 年代期間采用自己的技術(shù)先后設(shè)計(jì)、建造了六座規(guī)模為5～30 萬(wàn)m3/ y 燒結(jié)機(jī)工藝的粉煤灰陶粒廠。在這些廠的設(shè)計(jì)、建造過(guò)程中。取得了不少寶貴設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和30 年的生產(chǎn)實(shí)踐。雖然這6 座廠只有三座建成后進(jìn)行了生產(chǎn)，另3 座建成后未投入生產(chǎn)，投入生產(chǎn)的廠后來(lái)雖均陸續(xù)停產(chǎn)，并不是由于生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題或產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，而是由于當(dāng)時(shí)的決策失誤，當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品性能供需不符等諸多因素之故。

    從20 世紀(jì)60～80年代，在國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)工程中，采用輕骨料的主要是粉煤灰陶粒，如南京長(zhǎng)江大橋公路橋橋面工程、寧波解放大橋、反帝橋工程，90年代初天津市63 幢高層中采用粉煤灰陶粒有37 幢，其中全部采用粉煤灰陶粒混凝土的有3 幢，最高為26 層，這些足以說(shuō)明我國(guó)的粉煤灰陶粒質(zhì)量是不差的，因此，國(guó)內(nèi)工藝技術(shù)水平也并不比國(guó)外差。

    根據(jù)目前我國(guó)粉煤灰品質(zhì)現(xiàn)狀，要普遍發(fā)展粉煤灰陶粒，其工藝技術(shù)必須要適合各類(lèi)粉煤灰的品質(zhì)，而國(guó)內(nèi)工藝技術(shù)的特點(diǎn)之一是對(duì)各類(lèi)粉煤灰的適應(yīng)性強(qiáng)，因此只有采用國(guó)內(nèi)技術(shù)才最合適。國(guó)內(nèi)工藝技術(shù)特點(diǎn)之二，能根據(jù)需要其規(guī)模可大可小，投資低，易上馬，更適合民營(yíng)投資。

    b. 生產(chǎn)規(guī)模。為了在有條件地區(qū)普遍發(fā)展粉煤灰陶粒，特別在中、小城鎮(zhèn)，初始階段規(guī)模不宜大，因陶粒是地方性材料，產(chǎn)品應(yīng)就地消化，規(guī)模一般控制在3～5萬(wàn)m³/ y 為宜。這樣，投資小，易上馬，適于民營(yíng)資本進(jìn)入。當(dāng)然也不排斥在有條件地區(qū)或大城市上規(guī)模大的生產(chǎn)廠。

    c. 開(kāi)發(fā)燒結(jié)機(jī)系列產(chǎn)品。陶粒行業(yè)在我國(guó)雖已有40余年的生產(chǎn)實(shí)踐，但在20世紀(jì)90年代初期，陶粒行業(yè)尚無(wú)定點(diǎn)的生產(chǎn)設(shè)備廠家和專(zhuān)用的生產(chǎn)設(shè)備，這在一定程度上制約和影響了陶粒的發(fā)展。自1997年設(shè)立了回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)設(shè)備定點(diǎn)廠后，為頁(yè)巖、粘土陶粒的生產(chǎn)迅速發(fā)展提供了條件。因此，在發(fā)展粉煤灰燒結(jié)機(jī)工藝時(shí)，應(yīng)吸取上述經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，盡快開(kāi)發(fā)適合國(guó)情的燒結(jié)機(jī)系列產(chǎn)品，組織燒結(jié)機(jī)為主的配套設(shè)備定點(diǎn)廠，促使和保證粉煤灰陶粒的普遍發(fā)展。

    3. 3 　引導(dǎo)老廠轉(zhuǎn)向生產(chǎn)粉煤灰陶粒

    目前我國(guó)用回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)的陶粒廠已分布在全國(guó)23 個(gè)省市(臺(tái)灣不計(jì)在內(nèi)) 。其總生產(chǎn)能力達(dá)350 萬(wàn)m³/ y 左右，其中粘土陶粒約占70 %左右，粘土陶粒的比例過(guò)高，不是我們提供發(fā)展的方向。在有條件地區(qū)如將這些年生產(chǎn)能力達(dá)240 萬(wàn)m³/ y 左右的粘土陶粒廠中的一半，改造成粉煤灰陶粒廠，則相當(dāng)于新建了規(guī)模為20 萬(wàn)m³/ y 的粉煤灰陶粒廠5～6 座。這是既省投資，又易上馬，見(jiàn)效快的方法，在當(dāng)前也是一條發(fā)展粉煤灰陶粒的好途徑。

    a. 粘土陶粒的生產(chǎn)企業(yè)若要改成生產(chǎn)粉煤灰陶粒時(shí)，如是采用多組分配原料生產(chǎn)的，則其生產(chǎn)線也適合粉煤灰陶粒的生產(chǎn)；如若是采用單組分原料生產(chǎn)的，則需增加配料、均化工序。有時(shí)僅需增加一臺(tái)混碾機(jī)即可滿足生產(chǎn)粉煤灰陶粒的要求。

    b. 粉煤灰摻量。為了防止料球在窯內(nèi)翻滾而破碎，因此用轉(zhuǎn)窯工藝的粘結(jié)劑用量要比燒結(jié)機(jī)工藝高15 %左右，故回轉(zhuǎn)窯工藝中粉煤灰的最大摻量為70 %～75 %。如前所述，由于粉煤灰的含碳量偏高，特別是一些中、小型電廠所排的灰，因此，它的摻量是受其本身含碳量所制約。其摻量要根據(jù)混合料中碳的含量而定，當(dāng)粉煤灰燒失量在10 %左右時(shí)，如生產(chǎn)燒脹型陶粒，其摻量可控制在30 %；生產(chǎn)燒結(jié)型陶粒，其摻量可控制在50 % ，如摻量大于50 % ，則陶粒的燒失量性能指標(biāo)有可能達(dá)不到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)然，當(dāng)粉煤灰的燒失量不高，混合料內(nèi)含碳量適宜時(shí)，可多摻入粉煤灰，一般情況下其限值在75 %左右。

    3. 4 　開(kāi)發(fā)分層預(yù)熱窯

    分層預(yù)熱窯是由回轉(zhuǎn)窯和豎式預(yù)熱器組合而成， 其特點(diǎn)是對(duì)粉煤灰料球的保持力好，熱效率高，除碳效率比雙筒回轉(zhuǎn)窯高2 倍以上，此設(shè)備不但適合高有機(jī)質(zhì)或高含碳量原料生產(chǎn)陶粒，也適合一般原料生產(chǎn)，其產(chǎn)量比雙筒窯可提高30 %以上。這項(xiàng)工藝設(shè)備是20 世紀(jì)80 年代的研究成果，由于種種原因至今尚未開(kāi)發(fā)。因此，希望陶粒設(shè)備生產(chǎn)廠家能盡快開(kāi)發(fā)此產(chǎn)品， 以增加粉煤灰陶粒的發(fā)展力度和陶粒工藝的新技術(shù)、新設(shè)備。

   總之，在發(fā)展粉煤灰陶粒的征途中，該走出十幾年來(lái)徘徊的道路，堅(jiān)定地走國(guó)內(nèi)技術(shù)道路，相信粉煤灰陶粒不久會(huì)在全國(guó)各地普遍發(fā)展起來(lái)。