火力发电厂粉煤灰干燥特性研究_百度文库
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火力发电厂粉煤灰干燥特性研究|
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> 赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物
赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物
是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物我国的赤泥排放量每年大约有700万t以上。由于赤泥中含有少量的碱和铁等杂质，目前尚未找到大量利用的有效途径。而一些研究表明，在一定的温度下进行热激发可以增强赤泥的活性。要想获得很好的就要进行，设备就是比不可少的了。是火力发电厂从锅炉排出的烟气中收集到的细微粉末陋。考虑到粉煤灰天然呈酸性，其活性成分在碱性条件下可以被激发，而赤泥呈高钙高碱性，其pH值达到了11.6，因此，将赤泥应用于粉煤灰的激发在理论上也是可行的。本文依据赤泥和粉煤灰的成分特点，对其混合物进行热处理，添加一部分水泥熟料，研制了一种赤泥粉煤灰少熟料胶凝材料，并对其性能进行了研究。拜尔法赤泥，粒度细小不匀，勃氏比表面积为500 m2/kg，粉煤灰由北京石景山电厂提供，密度为2.05g/cm2，勃氏比表面积为450 m2/kg。水泥熟料即普通硅酸盐水泥熟料，来自冀东水泥厂，磨细至勃氏比表面积为350 m2/ks，将粉煤灰、脱硫和烘干的赤泥混合并加入70%的自来水，用QM-4H小型球以200r/min的转国家科技支撑计划课题“尾矿凝石技术研究”。将赤泥与粉煤灰的混合物在一定温度下进行热处理，使赤泥与粉煤灰中一些含水矿物脱水，原有结构发生破坏，形成无定形态的亚稳结构，从而使赤泥粉煤灰混合物活性增加。赤泥中的碳酸钙与硬化水泥浆体中的碳酸钙非常相似，都是由C.S.H凝胶被空气中的二氧化碳碳化后转化而成的，颗粒极其细小，结晶度极低，所以分解温度相应地比较低。这样在热处理过程中，赤泥中的碳酸钙很容易就产生分解，分解出的氧化钙与粉煤灰中的硅、铝氧化物反应形成碱激发效应。因此在热处理过程中存在多种复合反应，在多种复合反应的作用下将极大提高赤泥与粉煤灰的活性，使其满足作为制作胶凝材料原料的要求。另外，加入石膏后可以明显地提高赤泥与粉煤灰的激发效果，可能的原因有以下两种：一种是热处理过程中石膏激发粉煤灰中的无定形物质;另一种是在水化反应时石膏与胶凝材料中的铝酸盐矿物或铁铝酸盐矿物反应生成一些有利于水泥石强度的水化产物。
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随着铝工业的发展和铝土矿石品位的降低，赤泥量将越来越大，必须对赤泥再处理加以利用，才能变废为宝减少污染。
道路混凝土的工作性要求较高，由于道路混凝土某些施工方法不同于常规振捣成型，如碾压混凝土路面，滑模摊铺混凝土路面等，都对混凝土工作性提出了很高的要求。
国内有将赤泥应用于烟气脱硫的研究，就是将干赤泥替代石灰石与煤炭混合一起在锅炉中燃烧进行脱硫。再者将赤泥用于型煤，其一起到粘结剂的作用，其二，起到脱硫剂的作用。
通过湿法筛分的-200 目赤泥泥浆，利用加压过滤机过滤，过滤后分别得到滤饼 A 赤泥与滤液 A。滤饼 A 赤泥在 100℃烘干，进行化学试验。
综上所述，尽管对赤泥的利用问题已经进行了相当的研究，但是都未能大量利用，不能彻底解决我国氧化铝生产产生的大量赤泥所带来的一系列问题。
赤泥阳离子交换量和比表面积都偏大，与赤泥的强碱性有关，并证明其物理化学性能是比较活跃的，而赤泥在 H2O、HCl(15%)和 H2SO4$三种不同溶液中所做的崩解试验发现其并未解体，但与孔隙水溶液的相互作用后，将会在一定程度上影响赤泥的工程性能。
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火力发电厂粉煤灰综合利用生产高附加值空心微珠技术
三、漂珠的性能和用途
1）高耐火度。漂珠的主要化学成分为硅、铝的氧化物，其中二氧化硅约为50－65％，三氧化二铝约为25－35％。因为二氧化硅的溶点高达摄氏1725度，三氧化二铝的溶点为摄氏2050度，均为高耐火物质。因此，漂珠具有极高的耐火度，一般达摄氏度，使其成为优异的高性能耐火材料。
2）质轻、保温隔热。漂珠壁薄中空，空腔内为半真空，只有极微量的气体（N2、H2及CO2等），热传导极慢极微。所以漂珠不但质轻（容重250－450公斤/m3），而且保温隔热优异（导热系数常温0.05－0.1），这为其在轻质保温隔热材料领域大显身手奠定了基础。
3）硬度大、强度高。由于漂珠是以硅铝氧化物矿物相（石英和莫来石）形成的坚硬玻璃体，硬度可达莫氏6－7级，静压强度高达70－140MPa，真密度2.10－2.20克/cm3，和岩石相当。因此，漂珠具有很高的强度。一般轻质多孔或中空材料如珍珠岩、沸岩、硅藻土、海浮石、膨胀蛭石等均是硬度差、强度差，用其制的保温隔热制品或轻质耐火制品，都有强度差的缺点。他们的短处恰恰是漂珠的长处，所以漂珠就更有竞争优势，用途更广。
4）粒度细，比表面积大。漂珠自然形成的粒度为1－250微米。比表面积300－360g/cm2，和水泥差不多。因此，漂珠不需粉磨，可直接使用。细度可满足各种制品的需要，其他轻质保温材料一般粒度都很大（如珍珠岩等），如果粉磨就会大幅度增加容量，使隔热性大大降低。在这方面，漂珠有优势。
5）电绝缘性优异。选去磁珠后的漂珠，是性能优异的绝缘材料，不导电。一般绝缘体的电阻均随温度的升高而降低，漂珠则相反，随温度的升高电阻增大。这一优点是其他绝缘材料都不具备的。所以，它可以制作高温条件下的绝缘制品。
&高耐火、轻质隔热、高硬高强、细粒大比表、高温绝缘这五大性能集于一体，优势叠加，就使漂珠身价倍增，没有其他任何轻质材料保温隔热材料能比。说它是保温隔热材料之王，是一点也不过分的。利用漂珠这一优势，国内外生产出几十种漂珠轻质保温隔热制品，如轻质烧结耐火砖、轻质免烧耐火砖、铸造保温冒口、管道保温外壳、防火保温涂料、保温隔热膏、复合隔热干粉、轻质保温耐磨玻璃钢、塑料活化填充剂、高温高压绝缘体等，并在卫星、飞船、火箭、军工、电子等高科技领域得到广泛应用。特别是用它生产轻质耐火砖，畅销国内外，供不应求，有市无货，价格一再上升，它占有轻质耐火砖市场的70％的份额。随着漂珠优点逐渐被人认识，它的用途会越来越广，用量会越来越大，价格大大提高。目前普通空心微珠的均价为每吨元，高品质空心微珠的价格为元。
四、研究背景和创新性
玻璃空心微珠（漂珠）主要来源于以煤为燃料的火力发电厂锅炉湿排的粉煤灰中，它仅占粉煤灰的0.5%左右。玻璃空心微珠（漂珠）资源十分宝贵难求，近年来随着火力发电厂燃煤锅炉湿排灰系统逐渐淘汰，而新建火力发电厂则使用干排灰系统，几乎不能形成漂珠，使漂珠资源越来越紧张，常出现有价无市的现象。粉煤灰中微珠含量低，为粉煤灰中提取微珠带来了许多困难，如何保证粉煤灰中微珠的含量，使粉煤灰中获得更多的微珠，实现粉煤灰产生高产量微珠，提高粉煤的利用价值，尽快缓解漂珠资源紧缺的局面，研究开发提高粉煤灰漂珠产量，利用粉煤灰生产高品质空心漂珠已成为紧迫的课题。
五、国内外漂珠提取技术现状
目前国内外提取漂珠技术基本都采用比重法，通过将粉煤灰进行分级，除铁，除碳等处理，从粉煤灰中分离0.5-5&m的空心微珠。但由于粉煤灰中空心微珠含量一般只有1-2%左右，因此生产效率很低，而且产品质量难以控制，其中包括粒度、成分、空心微珠的内部结构等，产量也不高。国内火力发电厂粉煤灰中的漂珠基本上（99.99%）被排掉浪费，极少量收集利用，漂珠的获取是靠人工捞取水面漂浮物，收集效率低，收集成本高，随着大型火电机组干式除灰的应用，湿式除灰的淘汰，大量的漂珠更加无法收集。
六、我公司漂珠提取新技术
我国每年有大量的粉煤灰需要处理，目前粉煤灰的利用水平很低，一般用于制造水泥和建筑用砖。本技术采用国际先进的技术（利用飞灰重燃装置），通过特殊设计的喷嘴，用重熔的电厂粉煤灰生产空心微珠，通过向微球中引入气体的方法和装置，从而高效低成本地实现以电厂粉煤灰为原料生产空心微珠的过程。使粉煤灰中微珠的含量有原来的1-2%提高到了80%以上，同时实现微珠的纯化过程，去除杂质，减少未燃碳含量。用粉煤灰重熔生产空心微珠技术，将粉煤灰转化成高附加值产品，具有新颖性和创造性。飞灰重燃装置和工艺相当简单，生产效率高，具有实用性。由于空心微珠的用途很广，本技术一旦产业化，将具有巨大的市场应用前景和产业化前景，并将产生显著的经济效益和社会效益。在粉煤灰综合利用方面填补了国内外空白。该系统技术先进，干灰重熔生产漂珠在国内外尚属首创，尤其与粉煤灰分选系统结合为一体，形成对粉煤灰重熔，先提取漂珠，后分选细灰的先进工艺，将原灰中80%的漂珠进行重熔提取，再将剩余的粉煤灰进行分选利用，有效的解决了提取漂珠与分选细灰顾此失彼的矛盾，产品环保，漂珠（空心玻璃球）产品符合国家标准的I.，II，是废弃粉煤灰再循环利用的产物，符合国家环保政策。装置简图如下图所示：
七、技术原理
用粉煤灰重熔生产漂珠，是粉煤灰在湍流空气作用下调整自旋，形成的硅铝球体，燃烧和裂解反应产生N2、H2和CO2气体，在熔融的高温铝球内迅速膨胀，在表面张力的作用下，形成中空玻璃泡，然后迅速冷却硬化后成为高真空的玻璃态空心微珠。
八、本技术的特点如下
（1）本技术在工艺和设备的设计上采用了独特的思路，工艺和装备简单，生产成本低，生产效率高。
（2）生产的空心微珠含碳量很低，杂质含量低，颗粒的粒度均匀，经过分级后，直接产出高品质的空心微珠产品。
（3）利用粉煤灰重熔过程生产空心微珠，空心微珠产率高，粉煤灰转化成空心微珠的转化率可达到80%以上。
（4）投资小，见效快，投资回收期短，产业化效益高。当年可收回投资，安置就业人员8-12人。
九、漂珠应用范围
玻璃空心微珠（漂珠），广泛应用于
涂料工业：油漆、油墨、粘合剂、隐身涂料、绝缘漆、防腐漆、地平漆、耐高温防火漆、内外墙涂料、保温涂料、地板漆、汽车腻子、原子灰等。
石油工业：油田固井、管道防腐保温、海底油田、漂浮装置、油井钻探、泥浆减轻剂、石油天然气输送管道等方面。
塑料工业聚丙烯（pp）、尼龙（PA）、聚对苯二甲酸（PBT）、聚甲醛（POM）、ABS、PVC等动能母粒制成品、如汽车装饰、仪表板、家电外壳，风扇、音箱、灯具总成、铸件、齿轮、结构件、拉链、管材、板材等。
航天和空间开发、军事工业：宇宙飞行器、飞船表面复合材料、乳化炸药、卫星防火层、海洋设备、船舶、深海潜艇等。
陶瓷工业：陶瓷、绝缘瓷、耐火陶瓷、人造大理石、洁具等。
橡胶工业：橡胶、轮胎、阻燃耐磨橡胶。
体育冲浪板、漂流设备、高尔夫用品、保龄球。
军事工业：隐形飞机、屏蔽层、隔绝爆破音箱。
航天工业：螺旋桨推进叶片、太空服、太空仓体填充。
航海工业：船体、浮体材料。
汽车工业：汽车引擎部件、汽车外壳、隔音材料、刹车片。
十、漂珠的性能
以漂珠为主体，以结合剂为胶凝材料制作的轻质保温耐火砖，比普通耐火砖密度小，导热系数低，保温性能更好，可应用于各种工业炉窑的保温层；在油气田的勘探与开发过程中，使用漂珠作为减轻剂，可以配制出低密度油井水泥，能够有效地解决固井工程中出现的各种问题；在有机或有机－无机复合材料制造领域，使用漂珠作为填充材料，既可减轻材料的体重、增加抗压强度、改善电学与热学特性，又可节省原料，降低生产成本；在材料中加入一定数量漂珠，还可以改善材料的剪切和抗弯强度，使其具有各向同性，应力分布均匀，具有更高的抗冲击疲劳强度。
十一、漂珠的特点
1）有较强的耐火性能，一般在161℃。
2）有较强的隔热特性。
3）有较强的耐压性能，一般为60-80KG/cm。
4）有较强的耐磨性能。
十二、漂珠的应用
空心微珠材料已经广泛被用于涂料、涂膜、管件、板材等领域中，取得了很好的效果
空心微珠/聚丙烯复合材料的力学性能试验结果及其在聚丙烯基体中的分布
空心微珠加入到UPVC管的试验结果表明，空心微珠可以明显改善PVC硬管的加工流动性能，显著缩短塑化时间，降低最大扭矩。其流变曲线见下图
1）漂珠、微珠、高精微珠
漂珠、微珠、高精微珠广泛应用于轻质、中质保温材料产品，铸造行业的帽口产品；固井水泥减轻剂是专为油田固井而开发的一种产新产品，具有比重轻、抗压强度高等特点。尤其是微珠、高精微珠可以替代漂珠，制作轻质耐火定型产品和不定型产品、保温帽口等，并且具有不可比拟的价格优势。
2）冒口，又称保温冒口
冒口，又称保温冒口是冶金工业浇铸工件时液体金属的补缩和保温用品；保温冒口在耐高温、隔热方面性能优异，节能显著，可以提高铸件质量，减少废次品。　　
3）固井水泥减轻剂
固井水泥减轻剂是配制油田固井用低密度水泥的原料，增减固井水泥减轻剂的用量，可以调整固井水泥的密度，用以封固不同地质条件下的油井。它具有漂珠的优异性能，价格只有漂珠价格的几分之一。　　
4）轻质耐火材料产品
轻质耐火材料产品分为定型和不定型产品，已被大量用于冶金、化工、水泥窑炉、玻璃窑炉、工业锅炉，电力行业；轻质耐火、保温性能良好，节能效果显著。
漂珠、微珠、高精微珠、固井水泥减轻剂具有不可替代的优异品质，容重轻，耐火度高，导热系数低。
5）保温冒口套
保温冒口套是冶金工业浇铸铸件时用的保温制品，这种制品，过去沿用的有膨胀珍珠岩、陶粒等轻质保温隔热材料为集料的水泥制品，国外也有应用纤维复合型的制品。近期发现漂珠具有优越的耐高温、隔热和保温等性能，因此，就选用漂珠来生产保温冒。
6）漂珠保温冒
漂珠保温冒是以纯净漂珠为集料，以水玻璃为胶凝材料，经搅拌、成型、干燥等工序制成的一种保温制品，目前，国内已有多家工厂利用漂珠生产保温 冒，系列产品多达80余种。据统计，1t漂珠保温帽制品，可供50t铸钢件应用，仅节电一项即高达KM.h，如何综合经济评价，则效益更为显著。
7）轻型漂珠保温砖
轻型漂珠保温砖。煤粉在炉膛中呈悬浮燃烧状态，颗粒中的可燃物绝大部分在炉内燃尽，可燃烧产生的高温，使煤粉颗粒变成为熔融状态，在强大的扰动下，近乎超流体状况。超流态物质的初始温度和冷却速度是形成漂珠的关健因素。粒径较大的物质熔融体，在波动热气流的冲击下，被吹成气泡。烟气作为气泡的载体介质，当烟气温度到一定值时，气泡就冷却、收缩，形成漂珠。漂珠属玻璃物质，常温情况下，其对温度的反射系数达20% 左右，随着温度增加，反射系数增大。封闭在珠内的气体，在漂珠形成过程中遇冷收缩，珠内部产生一定的真空度。因此，漂珠具有优良的保温性能，常温下导热系数为0.025～0.033W／(m &k)。
8）漂珠轻质水泥浆
漂珠轻质水泥浆。漂珠是薄壁的空心玻璃微珠，是粉煤灰珠状颗粒中的一种．直径约30&m～100&m．壁厚只有颗粒直径的5％～8％，一般约0.2&m～2&m，能浮在水上，颗粒密度为0.4g／cm3～0.8g／cm3，松散密度为250kg／cm3～350kg／cm3，化学成分中SiO2的含量较高(55％～61％)，其量为排灰量的0.5％～1.5％ 。由于漂珠具有质轻、绝热、耐酸碱、无毒、不燃烧、无臭味等特点，与其它轻质材料相比，还具有抗压强度高的特点(常温耐压强度为6.0MPa～8.0MPa )，如与水泥混合可制得轻质水泥浆，大大降低水泥浆本身的密度，从而降低其构筑物或制品的自重，可广泛应用于建筑、石油化工、冶金等部门，尤其适用于保温结构工程。
9）漂珠耐火砖烟囱内衬
漂珠耐火砖烟囱衬。漂珠耐火砖是烟囱建筑中前景广阔的内衬材料，是变废为宝、变害为利的产品，不仅技术性能可靠，环境效益好，而且便于运输和砌筑，可以改善施工劳动条件，延长烟囱寿命，节省材料，经济效益十分可观。近几年来该产品在阳泉二电厂、太原第一和第二热电厂、柳林电厂等工程项目的烟囱内衬上被采用，效果良好。漂珠耐火砖的原材料60%以上是粉煤灰，是变废为宝，三废综合利用的环保项目。在以上几个烟囱中共使用粉煤灰5914t ,等于少占用约1hm2 地，相应地保护了国土资源。漂珠耐火砖的生产解决了30～40人的就业问题,对电厂的减人增效做了一定贡献。以上几个项目共用漂珠耐火砖480万块，其产值为864万元。由于漂珠耐火砖的推广应用起步时间不长，还未大批量投入生产，因此效益未完全显现出来。但它是一种应用前景广泛的产品，方兴未艾。拓宽市场，打开销路，生产多种规格的(包括异型) 砖，进一步提高产品的质量,降低生产成本是今后的努力方向。
10）漂珠轻质砖隔热保温材料
漂珠轻质砖的隔热保温材料。燃煤电厂排出的粉煤灰中的空心微珠(特别是漂珠)， 由于质轻、粒细、成分和性质特殊，被称为一种多功能材料当前应用最多的是制作高强轻质保温材料。利用漂珠为主要原料，较好地解决了轻质保温砖的传统工艺中长期存在的材料的导热系数、体积密度与提高力学强度之间的矛盾，其质量和使用效果优于粘土轻质砖等。它的导热系数小，耐压强度高，同时，随着温度的升高，其导热系数递增率比耐火纤维和传统轻质保温材料都小，具有显著节能效果，是一种节能利废的好途径。
十三、漂珠的产业化开发及漂珠出口外销
漂珠的产业化开发及漂珠出口外销。漂珠是一种新型轻质非金属粉体材料，来源于粉煤灰。电厂粉煤灰是煤粉燃烧后，由烟气自锅炉中带出的粉状残留物，可用于生产建材产品，对节省自然资源、节约能源、节省土地、减少废物对环境的危害，以及推动新型建筑材料的发展等诸方面均有显著的效益和重要的意义。利用当地发电厂的粉煤灰，开发经营漂珠系列产品，并大量出口销售。粉煤灰漂珠，一般占粉煤灰总量的1%左右，具有相对密度小于1、径小、质轻、中空、隔热、绝缘、隔音、耐火、耐压、硬度高、无团聚及分散性好等特性。漂珠复合材料在全球已获得广泛应用，它将成为二十一世纪新型复合材料的主流，它的出现是全球材料史上的一次重大革命，使材料由粉体世界向球体世界过渡。漂珠产品开发经营符合国家产品政策，漂珠在美国及欧洲市场出口量很大，国外漂珠年需求量在数亿吨以上，数亿美元的销售额。
十四、消防领域应用前景探讨
消防领域应用前景探讨。在消防领域，漂珠目前已应用于防火工程中各种无机防火板材和防火隔热涂料的制造。使用漂珠作为填充材料制作的防火板材，具有自重轻、强度高、韧性好、防火、隔热、易成型、施工方便等特点，例如用漂珠研制的绝热板在1200&C恒温下1h无收缩；应用漂珠配制成的防火涂料，具有密度较小、隔热性能优越、附着力强、干燥固化快、无毒、无污染等特性，该种涂料由四川消防科学研究所研制，已在各地钢结构工程中广泛应用，防火效果显著。值得引起我们重视的是，漂珠作为一种新型的功能材料，不仅可使用于防火材料制造等领域，而且其显现出的众多优良的物化特性也为它在灭火领域中的应用提供了可能。漂珠具有不燃性、流动性、分散性、超细粒性、隔热性、绝缘性、无毒性、耐酸碱性等许多优良特性，这些特性在某些方面符合了无机灭火剂所需的技术要求，使其能够在一定程度上具备了一些类似于干粉灭火剂的性能指标。利用上述这些特性，可以在扑救某些液体类火灾的过程中，使用漂珠在燃烧的液体表面上形成一层漂浮的保护层，通过这层保护层来降低燃烧液体表面的蒸发速度，减小液体蒸发总量，并逐步隔绝液体与空气的接触，这样就可以减少燃烧液面面积，抑制火势的进一步发展，为泡沫等灭火剂实施灭火创造出有利的时机和条件，达到提高灭火效率和抗复燃的目的。
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