论文部分内容阅读
摘要：粉煤灰是电力生产的烟气中收集下的细灰，是我国当前排量较大的工业废渣之一。近年来，我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨。粉煤灰的污染已成为我国当今急需解决的问题。那么粉煤灰的产生机理、成分、具体危害、如何变废为宝将是本论文研究的主要内容。
关键词：高铝粉煤灰 碱石灰烧结法 酸法 碱法 再生资源 绿色循环产业链
我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。而粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物，是我国当前排量较大的工业废渣之一。
近年来，我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨。
粉煤灰随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的注意。
那么粉煤灰的产生机理、成分、具体危害、如何变废为宝将是本论文研究的主要内容。
一、粉煤灰的产生
粉煤灰是由煤粉燃烧而生成，其具体燃烧过程为：煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，其中绝大部分的可燃物在炉内都能烧尽，而其中的不燃物（主要成分为灰分）则大量混杂在高温烟气中。
这些不燃物在高温的作用下，部分熔化，处于熔融状态，由于受到表面张力的作用，形成了大量细小的球状颗粒。在达锅炉尾部引风机的抽气作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾，随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷呈玻璃体状态，从而具有较高的潜在活性。在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器，被分离、收集，即为粉煤灰。
二、粉煤灰的危害
粉煤灰的颗粒细小，飞扬度大，易悬浮在空气中，且排量大，危害极大。具体危害如下：
1、占用土地，浪费资源；
2、污染大气；
3、污染土壤，造成土质碱化及其他影响；
4、若排入水系会造成河流淤塞；
5、会对人体和生物造成危害；
6、放射性污染，含有一定量的U、Th等放射性元素；
三、高铝粉煤灰的成分
如何解决粉煤灰的危害，就要从粉煤灰的成分入手。
经过多个地区电厂的粉煤灰成分检测，我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。不同产地的煤的主要氧化物的含量不同，内蒙古地区的粉煤灰含有的氧化铝的量要比其他区域大的多，可达40—50%以上，称之为高铝粉煤灰，准格尔煤燃烧后的粉煤灰品质是最高的，其粉煤灰中的氧化铝含量最高。
四、粉煤灰的传统应用
如何处理粉煤灰，根据粉煤灰的成分，传统的方法是利用其物理化学性质和用作与其成分相近的其他原材料的替代品使用。
目前，国内外对于粉煤灰的利用主要用于以下几个方面：
1、利用粉煤灰的某些物理化学特性的应用：[1-3]
①用作填筑材料，用来综合回填、矿井回填、小坝和码头等；
②用作水泥原料；
③用在农业上，生产粉煤灰复合肥及土壤改良；
④ 用于建筑工程，道路工程。
2、作为再生资源储存[4-7]
①用于提取其中的空心微珠、碳粒、金属及化合物等有用物质；
②用于废水、废气和大气治理；
③用来制备耐火材料；
④用于合成沸石等有用矿物。
虽然有以上几种粉煤灰的利用方法，但我国粉煤灰综合利用率仅为40.6%，与西方发达国家相比利用率较低。
五、高铝粉煤灰的应用
作为再生资源利用的主要是粉煤灰提取氧化铝、铝硅合金、铝硅铁合金。在内蒙古地区由于高铝粉煤灰的存在，形成了煤-电-粉煤灰-氧化铝（铝硅合金或铝硅铁合金）-铝-铝硅合金或铝硅铁合金的绿色循环产业链。
1、高铝粉煤灰中氧化铝的提取价值
高铝粉煤灰中的氧化铝含量一般在50%左右，氧化硅含量一般为45%左右，氧化铁含量一般为2-3%左右，由于其氧化铝含量较高，具有提取价值。
2、高铝粉煤灰提取氧化铝的意义
①解决我国铝土矿资源衰竭的问题；
②改变我国铝资源分布不均衡的现状。
③保护环境，变废为宝，并降低电厂处理粉煤灰的各项耗费。
3、高铝粉煤灰提取氧化铝的方法[8]
从粉煤灰中提取氧化铝的方法按主要添加剂的酸碱性来说可分为酸法、碱法以及酸碱混合法，一些常见方法的优缺点及存在的主要问题介绍如下：
①酸法
首先用一定量的NH4F溶液对粉煤灰进行浸泡，然后加入一定量的H2SO4溶液，在一定温度下进行溶解。粉煤灰中的Al以Al2（SO4）3溶液形式存在，除去杂质Fe后，加入（NH4）2SO4，与Al2（SO4）3反应生成NH4Al（SO4）2·12H2O，在950℃下加热NH4Al（SO4）2·12H2O分解就可生成Al2O3。
②碱法
碱法有拜耳法、碱石灰烧结法和两种方法的联合法，现在国内最常用的为碱石灰烧结法，这种发放对铝矿石的铝硅比较低。
但传统的碱石灰烧结法要求矿藏中氧化铝的含量为65%以上，铝硅比大于33.5，而粉煤灰中的氧化铝最高值不超过60%，铝硅比也远远达不到标准。为了使粉煤灰能够作为生产原料，一般需要降低粉煤灰中氧化硅含量，提高氧化铝含量和铝硅比。
得到较高的氧化铝含量和铝硅比的粉煤灰后，加入石灰、碳酸钠溶液、白煤等物质，充分混合，进行烧结，得到铝酸钠固体，溶于水后，铁、钛等杂质进入到赤泥中，经过一、二段脱硅后进行分解生成氢氧化铝晶体，高温下发生分解得到氧化铝。
现在内蒙古多家大型企业分别采用碱石灰烧结法、酸法、氨法进行高铝粉煤灰中提取氧化铝，已经得到氧化铝，其设备和工艺还有待改进。真正形成内蒙古地区绿色循环产业链。及解决粉煤灰污染，又可以解决铝土矿资源不足和不平衡现象，达到变废为宝的目的。
关键词：高铝粉煤灰 碱石灰烧结法 酸法 碱法 再生资源 绿色循环产业链
我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。而粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物，是我国当前排量较大的工业废渣之一。
近年来，我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨。
粉煤灰随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的注意。
那么粉煤灰的产生机理、成分、具体危害、如何变废为宝将是本论文研究的主要内容。
一、粉煤灰的产生
粉煤灰是由煤粉燃烧而生成，其具体燃烧过程为：煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，其中绝大部分的可燃物在炉内都能烧尽，而其中的不燃物（主要成分为灰分）则大量混杂在高温烟气中。
这些不燃物在高温的作用下，部分熔化，处于熔融状态，由于受到表面张力的作用，形成了大量细小的球状颗粒。在达锅炉尾部引风机的抽气作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾，随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷呈玻璃体状态，从而具有较高的潜在活性。在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器，被分离、收集，即为粉煤灰。
二、粉煤灰的危害
粉煤灰的颗粒细小，飞扬度大，易悬浮在空气中，且排量大，危害极大。具体危害如下：
1、占用土地，浪费资源；
2、污染大气；
3、污染土壤，造成土质碱化及其他影响；
4、若排入水系会造成河流淤塞；
5、会对人体和生物造成危害；
6、放射性污染，含有一定量的U、Th等放射性元素；
三、高铝粉煤灰的成分
如何解决粉煤灰的危害，就要从粉煤灰的成分入手。
经过多个地区电厂的粉煤灰成分检测，我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。不同产地的煤的主要氧化物的含量不同，内蒙古地区的粉煤灰含有的氧化铝的量要比其他区域大的多，可达40—50%以上，称之为高铝粉煤灰，准格尔煤燃烧后的粉煤灰品质是最高的，其粉煤灰中的氧化铝含量最高。
四、粉煤灰的传统应用
如何处理粉煤灰，根据粉煤灰的成分，传统的方法是利用其物理化学性质和用作与其成分相近的其他原材料的替代品使用。
目前，国内外对于粉煤灰的利用主要用于以下几个方面：
1、利用粉煤灰的某些物理化学特性的应用：[1-3]
①用作填筑材料，用来综合回填、矿井回填、小坝和码头等；
②用作水泥原料；
③用在农业上，生产粉煤灰复合肥及土壤改良；
④ 用于建筑工程，道路工程。
2、作为再生资源储存[4-7]
①用于提取其中的空心微珠、碳粒、金属及化合物等有用物质；
②用于废水、废气和大气治理；
③用来制备耐火材料；
④用于合成沸石等有用矿物。
虽然有以上几种粉煤灰的利用方法，但我国粉煤灰综合利用率仅为40.6%，与西方发达国家相比利用率较低。
五、高铝粉煤灰的应用
作为再生资源利用的主要是粉煤灰提取氧化铝、铝硅合金、铝硅铁合金。在内蒙古地区由于高铝粉煤灰的存在，形成了煤-电-粉煤灰-氧化铝（铝硅合金或铝硅铁合金）-铝-铝硅合金或铝硅铁合金的绿色循环产业链。
1、高铝粉煤灰中氧化铝的提取价值
高铝粉煤灰中的氧化铝含量一般在50%左右，氧化硅含量一般为45%左右，氧化铁含量一般为2-3%左右，由于其氧化铝含量较高，具有提取价值。
2、高铝粉煤灰提取氧化铝的意义
①解决我国铝土矿资源衰竭的问题；
②改变我国铝资源分布不均衡的现状。
③保护环境，变废为宝，并降低电厂处理粉煤灰的各项耗费。
3、高铝粉煤灰提取氧化铝的方法[8]
从粉煤灰中提取氧化铝的方法按主要添加剂的酸碱性来说可分为酸法、碱法以及酸碱混合法，一些常见方法的优缺点及存在的主要问题介绍如下：
①酸法
首先用一定量的NH4F溶液对粉煤灰进行浸泡，然后加入一定量的H2SO4溶液，在一定温度下进行溶解。粉煤灰中的Al以Al2（SO4）3溶液形式存在，除去杂质Fe后，加入（NH4）2SO4，与Al2（SO4）3反应生成NH4Al（SO4）2·12H2O，在950℃下加热NH4Al（SO4）2·12H2O分解就可生成Al2O3。
②碱法
碱法有拜耳法、碱石灰烧结法和两种方法的联合法，现在国内最常用的为碱石灰烧结法，这种发放对铝矿石的铝硅比较低。
但传统的碱石灰烧结法要求矿藏中氧化铝的含量为65%以上，铝硅比大于33.5，而粉煤灰中的氧化铝最高值不超过60%，铝硅比也远远达不到标准。为了使粉煤灰能够作为生产原料，一般需要降低粉煤灰中氧化硅含量，提高氧化铝含量和铝硅比。
得到较高的氧化铝含量和铝硅比的粉煤灰后，加入石灰、碳酸钠溶液、白煤等物质，充分混合，进行烧结，得到铝酸钠固体，溶于水后，铁、钛等杂质进入到赤泥中，经过一、二段脱硅后进行分解生成氢氧化铝晶体，高温下发生分解得到氧化铝。
现在内蒙古多家大型企业分别采用碱石灰烧结法、酸法、氨法进行高铝粉煤灰中提取氧化铝，已经得到氧化铝，其设备和工艺还有待改进。真正形成内蒙古地区绿色循环产业链。及解决粉煤灰污染，又可以解决铝土矿资源不足和不平衡现象，达到变废为宝的目的。