浅述粉煤灰陶粒的发展方略

    摘要：本文提出了我国粉煤灰陶粒的发展:宜使用原状灰生产；采用国内技术发展以烧结机为主的技术路线；粘土陶粒生产企业有条件者技改为粉煤灰陶粒企业。

    关键词:粉煤灰陶粒　原状灰　浮选除碳技术　回转窑工艺　烧结机工艺

    粉煤灰陶粒在我国的研制与生产应用始于20 世纪60 年代，至今已整整40 年。20 世纪70～80 年代是我国粉煤灰陶粒发展的高峰时期，此时除天津厂又扩建外，陆续又在辽宁清河、兰州、广州、齐齐哈尔和北京5 个省市新建了5 座生产规模为10～30 万m3/ y 烧结粉煤灰陶粒厂，其总生产能力达101 万m3/ y ，占全国陶粒总生产能力的50 %左右。这些厂建成后仅兰州、广州两厂在建成后的初期生产了一段时间，其余3 个厂建成后均未投产。由于种种原因，于20 世纪80 年代末先后都停产。1995 年连有30 年生产实践的天津厂，也因城市发展规划工厂需搬迁而被迫停产，使我国有30 年的生产和应用历史的粉煤灰陶粒几乎全军覆没，跌落到低谷。此后，各方虽大力宣传，呼吁要大力发展粉煤灰陶粒，推动人造轻骨料工业的技术进步， 但呼吁了将近10 年时间，只大庆地区引进了一条年产20 万m3/ y 烧结粉煤灰陶粒生产线。

    目前，发展人造轻骨的环境和空间与过去相比，形势大好，但为什么粉煤灰陶粒从跌落低谷后却迟迟发展不起来，为此，笔者提出几点粗浅看法及今后发展方略和同仁们探讨，不妥之处，希批评指正。

    1 　目前我国粉煤灰的品质和利用现状

    1. 1 　粉煤灰的品质现状

    1. 1. 1 资源化性能差

    粉煤灰的品质受煤种、煤粉细度、锅炉类型、燃烧条件、除尘设备等等诸多因素影响，我国电厂排放的粉煤灰品质极不稳定，资源化性能差。从表1 对39 家电厂排放粉煤灰的烧失量和细度测定结果的统计可知， 粉煤灰中其大于80μ筛余和烧失量的差异极大。

表1 　39 家电厂排放粉煤灰的烧失量和细度测定结果

    1. 1. 2 高含碳量、湿排灰

    20 世纪70 年代以前建设的燃煤电厂及后来所建的大量小电厂，大多采用低效干式除尘器或湿式除尘器，粉煤灰中最有用的、性能最好的细颗粒被排入大气，收集下来的颗粒既粗含碳量又高，一般均在15 % 左右，并均为湿排灰。

    1. 1. 3 干排灰少

    20 世纪80 年代以来，新建20 万kW 以上燃煤电厂，全部采用高效电除尘器，但不少电厂输灰系统仍采用水冲，甚至灰渣混排，电除尘器2～4 电场的优质粉煤灰也被冲入贮灰场。因此从排灰的总量而言，干灰的比例很小。

    1. 2 　粉煤灰的利用现状

    a. 粉煤灰虽已在建材、建工、筑路、回填、农业及提取矿物等领域被利用，利用率已达45 %左右。但是， 由于大部分电厂排放粉煤灰品质极不稳定，含碳量偏高，特别是一些中小型电厂含碳量在10 %以上，限制了粉煤灰的利用范围，制约了粉煤灰综合利用技术的发展。

    b. 各地区的粉煤灰利用很不平衡，在经济发达地区，如上海、长江三角洲、珠江三角洲等地区利用比较好，特别是上海、南京二地，其利用率已超过100 %。而在欠发达的西部地区及中、小城市粉煤灰利用率还很低。

    c. 建材部门是利用粉煤灰的稳定大户。其利用量已占总利用量的30%左右，在这些利用项目中主要是水泥、粉煤灰烧结砖、加气粉煤灰砌块等，而粉煤灰陶粒却长期徘徊在利用之外。

    2 　对粉煤灰的品质要求

    粉煤灰陶粒对粉煤灰的品质要求，是根据其采用不同的工艺技术和产品类型而有所不同。

    a. 采用回转窑烧胀工艺。当采用回转窑烧胀型工艺技术时它对粉煤灰烧失量的限制很严，并对其化学组成也有要求，这是因为粉煤灰的烧胀是物料在高温软化条件下，氧化铁和碳元素反应并受其混合料的化学组成和碳铁比的制约而形成的，过大或过小的碳铁比能使烧胀反应无法实现，一般的碳铁比可控制在0. 4 左右。

    b. 当用回转窑生产烧结型产品时，它对粉煤灰的化学组成比烧胀型要求低，但对烧失量仍有限制，这是因为无论采用单筒或双筒回转窑，它对粉煤灰的除碳效率是很低的，因此，过高的含碳量会影响产品质量， 当产品的烧失量≥5 %时，则不符合轻集料国家标准中对有害物质含量要求的规定，因此也必须有所限制。

    c. 采用烧结机工艺。国内技术对粉煤灰品质要求远比引进技术要求低。因此，它对各种粉煤灰的适应性强，可使用区域广，符合普遍发展粉煤灰陶粒的条件。烧失量的限值，可根据混合料内含碳量的要求而定，一般为5 %～8 % ，如混合料内含碳量过高，可使物料过烧熔融，影响产品质量和正常生产。

    3 　发展方略

    综上所述，在发展粉煤灰陶粒时，既要考虑各种工艺技术对粉煤灰品质要求，又要考虑到我国当前粉煤灰品质的现状及粉煤灰的使用成本，才有可能使粉煤灰陶粒得到全面、迅速的发展。

    3. 1 　利用原状灰生产

    a. 鉴于粉煤灰陶粒的价位受种种因素制约，其价位不能高，否则无法进入市场。因此它不可能与其他附加值高的利用项目去争量少、价高的优质灰来发展自己的产品，只能想方设法在量大、面广、价廉的原状灰上找发展，才是较现实的途径。

    b. 对含碳量超出生产要求和工艺处理范围的高碳粉煤灰，直接利用有困难。可采用浮选除炭技术，将炭——灰分离，该项技术早在20 世纪80 年代已在湖南、广东、福建等电厂应用。其技术不但能从粉煤灰中回收热值在20000 kJ/ kg 精碳粉，还可使原高碳粉煤灰的含碳量降到2 %左右，成为生产粉煤灰陶粒的优质原料。据有关资料报道，日处理烧失量为10. 4 %，粉煤灰90 m³ ，投资59 万元，所得精碳粉售价为110～130 元/ t 、分选出粉煤灰售价为10 元/ t ，实际投资回收期为1. 52 年， 经济效益显著，因此，这项技术应大力推广。

    3. 2 　新建项目

    各地在新建粉煤灰陶粒项目时，仍应按因地制宜、择优发展的原则来确定工艺技术、生产规模及产品使用的主供对象等。

    a. 采用国内技术发展以烧结机为主的工艺技术。

    自粉煤灰陶粒“跌落低谷”后，考虑再次发展时，应走什么技术路线:走烧结工艺还是蒸养工艺? 引进英国技术还是荷兰技术? 为此已徘徊了10 余年。直至20世纪末由大庆地区从英国引进年产20 万m3“莱泰克”技术后，粉煤灰陶粒才又起步发展。但要普遍、大力发展粉煤灰陶粒，单靠引进技术是不行的，要依靠国内技术，立足国内技术，才能得到迅速而普遍发展。我国在20世纪60～80 年代期间采用自己的技术先后设计、建造了六座规模为5～30 万m3/ y 烧结机工艺的粉煤灰陶粒厂。在这些厂的设计、建造过程中。取得了不少宝贵设计经验和30 年的生产实践。虽然这6 座厂只有三座建成后进行了生产，另3 座建成后未投入生产，投入生产的厂后来虽均陆续停产，并不是由于生产技术问题或产品质量问题，而是由于当时的决策失误，当时的产品性能供需不符等诸多因素之故。

    从20 世纪60～80年代，在国内一些重点工程中，采用轻骨料的主要是粉煤灰陶粒，如南京长江大桥公路桥桥面工程、宁波解放大桥、反帝桥工程，90年代初天津市63 幢高层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，最高为26 层，这些足以说明我国的粉煤灰陶粒质量是不差的，因此，国内工艺技术水平也并不比国外差。

    根据目前我国粉煤灰品质现状，要普遍发展粉煤灰陶粒，其工艺技术必须要适合各类粉煤灰的品质，而国内工艺技术的特点之一是对各类粉煤灰的适应性强，因此只有采用国内技术才最合适。国内工艺技术特点之二，能根据需要其规模可大可小，投资低，易上马，更适合民营投资。

    b. 生产规模。为了在有条件地区普遍发展粉煤灰陶粒，特别在中、小城镇，初始阶段规模不宜大，因陶粒是地方性材料，产品应就地消化，规模一般控制在3～5万m³/ y 为宜。这样，投资小，易上马，适于民营资本进入。当然也不排斥在有条件地区或大城市上规模大的生产厂。

    c. 开发烧结机系列产品。陶粒行业在我国虽已有40余年的生产实践，但在20世纪90年代初期，陶粒行业尚无定点的生产设备厂家和专用的生产设备，这在一定程度上制约和影响了陶粒的发展。自1997年设立了回转窑工艺生产设备定点厂后，为页岩、粘土陶粒的生产迅速发展提供了条件。因此，在发展粉煤灰烧结机工艺时，应吸取上述经验教训，尽快开发适合国情的烧结机系列产品，组织烧结机为主的配套设备定点厂，促使和保证粉煤灰陶粒的普遍发展。

    3. 3 　引导老厂转向生产粉煤灰陶粒

    目前我国用回转窑工艺生产的陶粒厂已分布在全国23 个省市(台湾不计在内) 。其总生产能力达350 万m³/ y 左右，其中粘土陶粒约占70 %左右，粘土陶粒的比例过高，不是我们提供发展的方向。在有条件地区如将这些年生产能力达240 万m³/ y 左右的粘土陶粒厂中的一半，改造成粉煤灰陶粒厂，则相当于新建了规模为20 万m³/ y 的粉煤灰陶粒厂5～6 座。这是既省投资，又易上马，见效快的方法，在当前也是一条发展粉煤灰陶粒的好途径。

    a. 粘土陶粒的生产企业若要改成生产粉煤灰陶粒时，如是采用多组分配原料生产的，则其生产线也适合粉煤灰陶粒的生产；如若是采用单组分原料生产的，则需增加配料、均化工序。有时仅需增加一台混碾机即可满足生产粉煤灰陶粒的要求。

    b. 粉煤灰掺量。为了防止料球在窑内翻滚而破碎，因此用转窑工艺的粘结剂用量要比烧结机工艺高15 %左右，故回转窑工艺中粉煤灰的最大掺量为70 %～75 %。如前所述，由于粉煤灰的含碳量偏高，特别是一些中、小型电厂所排的灰，因此，它的掺量是受其本身含碳量所制约。其掺量要根据混合料中碳的含量而定，当粉煤灰烧失量在10 %左右时，如生产烧胀型陶粒，其掺量可控制在30 %；生产烧结型陶粒，其掺量可控制在50 % ，如掺量大于50 % ，则陶粒的烧失量性能指标有可能达不到产品标准要求。当然，当粉煤灰的烧失量不高，混合料内含碳量适宜时，可多掺入粉煤灰，一般情况下其限值在75 %左右。

    3. 4 　开发分层预热窑

    分层预热窑是由回转窑和竖式预热器组合而成， 其特点是对粉煤灰料球的保持力好，热效率高，除碳效率比双筒回转窑高2 倍以上，此设备不但适合高有机质或高含碳量原料生产陶粒，也适合一般原料生产，其产量比双筒窑可提高30 %以上。这项工艺设备是20 世纪80 年代的研究成果，由于种种原因至今尚未开发。因此，希望陶粒设备生产厂家能尽快开发此产品， 以增加粉煤灰陶粒的发展力度和陶粒工艺的新技术、新设备。

   总之，在发展粉煤灰陶粒的征途中，该走出十几年来徘徊的道路，坚定地走国内技术道路，相信粉煤灰陶粒不久会在全国各地普遍发展起来。