第三届全国磨细矿渣、粉煤灰和煤矸石加工利用应用技术大会

第三届全国磨细矿渣、粉煤灰和煤矸石加工应用技术大会国内外发展现状和趋势报告崔源声建筑材料工业技术情报研究所2005年8月18日长沙为什么要关注磨细矿渣、粉煤灰和煤矸石？•1.巨大的数量•磨细矿渣（包括钢渣）：近2亿吨；•粉煤灰（包括炉底灰）：近3亿吨；•煤矸石（包括煤系高龄土）：2—3亿吨；•2.与建材工业密切相关•90%以上的工业废渣都可以用于生产建材产品•我国水泥产量去年9.7亿吨，可以一半用废渣代替。•3.发展循环经济和可持续发展•(1)资源枯竭；（2）能源短缺；（3）环境保护•构筑生态产业，实现可持续发展粉煤灰的化学成分登封发祥电厂粉煤灰的化学成分(%)成分烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2O+Na2OTiO2总和/%含量10～1548～5720～25＜41.5～2.00.4～0.8＜0.81.0～1.5煤矸石的化学成分煤矸石化学成分烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OTiO2总和/%含量/%13．1255．5018．155．423．381．230．641．670．6499．95磨细矿渣的化学成分化学成分烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2O含量/%≦331.8216.071.8737.788.46≦3美国燃煤产品:机会和挑战水银工作组印地安那州环境管理部Indianapolis2005年3月17日DavidGoss美国煤灰协会CCP—燃煤产品的产量•美国用电量的50%来自烧煤电厂•煤占美国燃料储藏量的85%•每年产生的燃煤产品(CCPs)1.21亿吨•其中38%的燃煤产品得到了有效利用•目标:2010年增长到50%利用率还在增长20032002粉煤灰38.6%34.8%炉底灰45.5%38.8%湿法烟气脱硫68.1%69.7%干法烟气脱硫39.7%13.6%锅炉渣95.6%80.7%空气质量要求•清洁空气法令和补充条例要求必须实行空气排放控制，减少SOx和NOx•要达到要求可能需要转换燃料或混合使用燃料•电厂排放系统的选择一般受操作和经济性的驱动，不把灰的利用放在主要位置.法律要求的某些影响•安装新的空气排放控制系统可能会对气流引进填加剂和吸附剂并对灰产生影响•可能产生完全新的材料•生产者和营销人员将需要对最终用户进行培训，让他们了解这些变化其他因素•使用低硫煤，减少SOx•美国西部的燃料一般比东部的烟煤硫含量低•来自两个地区的混合煤可能有吸引力这些变化对粉煤灰的影响，比如…•原来可以销售的粉煤灰可能会受到新原料来源排放控制系统的影响（中国也有类似问题）•F级粉煤灰（低钙）被C级（高钙）粉煤灰取代•来自混合燃料的灰可能不具备相同的特性或性能•终用户一般不愿意接受这些变化水银的情况如何?•提议的法规将要求在今后的5到7年里明显地减少水银的产生量美国的电厂每年约产生48吨-是美国总量的3%•可以大量捕获水银（汞--Hg）的技术有不少，但是可能会影响灰的利用水银的捕获技术•如果碳加入到烟气系统中，粉煤灰的质量将受到负面的影响•其他的一些吸附剂或技术或许能或不能影响粉煤灰，还在研究中•捕获系统的位置也会影响到粉煤灰的质量汞和粉煤灰•研究还在继续进行，以定义捕获技术的影响•在某些研究中，灰实际上吸收了环境的汞•本工业将根据实际风险继续适当地管理粉煤灰和其他燃煤产品有关粉煤灰汞的信息•一般Hg的含量少于1ppm（百万分之一）•Hg不容易从粉煤灰中过滤出来(SPLP吸取少于15/万亿）（15partspertrillion.)在活性碳的实验中,小于5ppt（5/万亿）.这个数字低于饮用水标准3个数量级。•烟煤和次烟煤生成的粉煤灰在常温下可以从环境空气中显著地吸收汞。活性碳灰可以吸收更多的汞。粉煤灰在混凝土中的使用•每年大约1250万吨–好处：改进性能,增强耐久性,对可持续的产品作出贡献和减少建筑的生命周期费用。–混合粉煤灰和其他辅助性的水泥性材料是一个增长的市场•对较低强度需求的混凝土作为流动性的填充物。利用–结构充填•结构充填可以利用大量的燃煤产品•ASTM有标准–交流经验和案例研究–促进燃煤产品的使用可以作为一项替代使用其他材料的环境友好的方案—保护天然材料–为经济的发展可以得到社会的支持利用–生产水泥•粉煤灰、底灰和合成石膏都可以用于水泥生产–潜在的一个大的市场机会–带有大量未燃碳的燃煤产品可以用于配料–可以让水泥生产者节省矿山资源、延长矿山寿命、推迟扩建的需求–矿物含量可以帮助来平衡对其他原料的的需求–运输方面的优势，比如回程载货利用–矿山应用•粉煤灰,底灰,烟气脱硫和其他燃煤产品都可以用于：–恢复废弃的土地和开垦现有的矿山场地–减轻酸性的矿山排水–减少沉陷和提高公共安全–改善整个矿山地区的环境质量其他用途•固化土壤和棕色田地的修补•集料和路基材料•沥青中的矿物填充剂•农业和土壤利用•盖顶和屋面材料其他用途–续•地面和建筑方面的利用•与再循环的塑料和纤维一起合成木质产品•混合肥料和人造土•冰雪融化剂•废液固化•金属铸件烟气脱硫（FGD）•今后10年FGD材料的产量将显著增加–合成石膏的新市场或现有市场的饱和?–合成石膏的主要市场是墙板(9百万吨)–干法气体净化系统可能会限制许多机会–其他用途–农业,水泥生产,地质技术煤燃烧产品合作伙伴--C2P2•联合的政府-工业倡议–美国国家环保局等单位发起--EPA,DOE,FHWA,ACAAandUSWAG–130多个成员参加•拓展,教育性的共识–出版物–研讨会C2P2–资源保护挑战的部分•不收入门费•积极认识的机会•每个参加者都可以得到具体案例研究的成果•承诺EPA和FHWA的其他可持续性目标•更加绿色化的高速公路•规划、设计和建造与环境相协调的高速公路•再循环材料的优化–燃煤产品,铸造砂或矿渣做基层、结构充填和景观美化–在铺人行道方面，使用燃煤产品、矿渣、硅灰、废胶末和再生集料–利用工业副产品生产再造土壤结论•该工业还在继续演变•挑战意味着机会•使用燃煤产品的绿色效益–减少温室气体,节省天然原料,减少填埋的需求•实现目标需要沟通客观事实和面向可持续发展•灰的再利用具有大的经济效益欧洲燃煤产品协（CCPs)会报告•2003年，欧盟15国的电厂燃煤产品6500万吨；68%为粉煤灰，炉底灰9%，17%为烟气脱硫石膏…粉煤灰在南非的利用和发展•每年粉煤灰的产量2000万吨左右；•每年的熟料的生产能力1000万吨左右；•1980年，粉煤灰应用量2万吨；2005年应用量达到200万吨；•已经认识到粉煤灰的价值：主要用于生产混合水泥，或部分代替水泥生产混凝土混合水泥的配比和加工方法：混合水泥中含有15%--35%的分选粉煤灰；如果生产高性能的混凝土—自流平、自密实、高塌落度的混凝土，分煤灰和熟料分别粉磨，然后混合在一起。若干应用领域举例•除了预制件如隧道的内部衬里、铁路轨枕、蒸养的纤维水泥板和管道外，还利用粉煤灰和炉底灰生产砖和砌块、塑料制品的填充剂；•生产的高性能混凝土可以达到1000到1500号；磨细到8个微米以下，代替硅灰；•农业方面的应用：改良土壤，明显增加粮食产量；对玉米、豆类和草都有效果若干应用领域举例•实验发现利用粉煤灰可以恢复煤矿对土壤的破坏，促进植物重新生长；•传统的方法是用石灰石来恢复金矿对土壤的污染，实验发现粉煤灰更经济；•此外，利用粉煤灰还可以用来处理城市下水道淤泥，进行加热和杀菌，然后可以成为很好的土壤改良剂；•用做耐火和保温材料可以耐1400--1500°C高温石粉技术预防煤矿的瓦斯爆炸•石粉技术是一种广泛用于地下矿井的防爆技术；•一般用石灰石粉涂在矿井的壁上和小包悬挂在隧道的顶部；在甲烷（沼气）爆炸时，石粉可以稀释煤尘，此外小袋石粉在爆炸破碎时可以释放出惰性粉末，熄灭矿难大火的进一步漫延；•研究表明，粉煤灰可以代替和强化石粉，降低成本，减少运输费用俄罗斯的粉煤灰利用情况•2005年的粉煤灰产量2500万吨；前苏联时曾达到5000万吨的产量；•利用率20%左右；•主要用于生产混凝土•利用水平不是太高，湿排灰用水比较大，高达1/50；我国的报道为1/10；•今后煤炭的应用和粉煤灰的应用都将同步增长澳大利亚粉煤灰的研究和应用•目前的产量为1200万吨；•自然发展，2050年将达到3000万吨；•根据研究和预测，未来如果技术改变和环境问题限制，2050年有可能降到600万吨；技术工艺改变主要指煤的气化技术；产生大量的气化渣，除碳后也可以像粉煤灰一样利用，南非也有类似的发展态势。我国煤矸石、粉煤灰和高炉矿渣的加工和利用现状和发展趋势煤矸石的产量煤矸石的产量占当年煤炭产量的10—15%据报道，预计2005年全国煤炭产量将达到20亿吨。与多家能源机构预期中国将到2010年实现产煤19亿吨的目标相比整整提前了6年。由此推算每年煤矸石的产量为：2—3亿吨中国粉煤灰的数量、应用和前景中国是世界上最大的生产和消耗煤炭的国家，特别是改革开放以来，电力工业迅猛发展，导致粉煤灰排放量逐年锐增。根据Manz(1995)的统计，1992年全世界粉煤灰及炉底灰排放量为4.5亿吨，中国1995年粉煤灰排放量为1.15亿吨，2000年粉煤灰的排放量达到1.6亿吨，2004年中国粉煤灰排放量已经达到2.3亿吨。中国粉煤灰的应用方向•目前综合利用粉煤灰的技术和方法较多，根据其所依托的技术和层次，可将其大致地划分为三大类：•（1）低技术利用●筑路●回填●造地改良土壤•（2）中技术利用●混凝土掺合料●砂浆掺合料●水泥●墙体材料•（3）高技术利用●灰熔合金●塑料、橡胶、油漆的填充料●提取金属或金属氧化物。•●利用超细粉煤灰取代硅粉。中国粉煤灰的应用方向示意图水泥10.51%填埋31.97%墙体材料3.74%其他36.37%混凝土17.41%粉煤灰资源预测•根据预测，由于中国经济的迅猛发展，对电力的需求将长期保持旺盛，发电总量将会保持10%左右的增长速度。而火电在其中所占份额将达到70%以上。预计到2010年，火电发电量交达到28593亿kWh，将产生3.78亿吨粉煤灰。粉煤灰应用的现状和前景•目前国外力求扩大粉煤灰的用途，采取的措施主要是调整混凝土配合比和采用高效减水剂。在混凝土中掺粉煤灰有多种形式，如等量取代、等强取代和超量取代。等量取代，即混凝土中胶凝材料掺量不变，用粉煤灰取代部分水泥。等强取代，即取代后胶凝材料掺量由28天强度决定。超量取代是混凝土中胶凝材料的总量增加，但纯水泥的用量可以减少，这样，既能保证各种性能还能节约资源能源。•我国也已经逐渐接受了这种观点并采取了种种措施来鼓励对粉煤灰，特别在水泥及混凝土中的应用，如国家制订了企业生产的水泥产品中粉煤灰掺量达到30%以上，可以减免企业所得税等许多财政、产业政策。目前，上海、湖北、北京等许多地区粉煤灰已经出现了供不应求的态势，全国有20多个电厂的粉煤灰利用率已经达到了100%，粉煤灰作为一种资源已经得到了社会的认同。•研究表明，混凝土的配制方式有两种，粉煤灰在施工现场或混凝土搅拌站直接掺入是一种方式，另一种方式是在水泥厂中在粉磨之前掺入磨中与水泥熟料一起粉磨。近来国外也主张要发展高掺量粉煤灰混合水泥。因为水泥厂掺粉煤灰有很多优点，煤粉灰在磨细过程中得到机械活化。特别是低级粉煤灰和粗粉煤灰，比表面积增加之后可大大激发其化学活性，同时在水泥厂中可严格控制配合比，对于小型工程可免去运送，储存粉煤灰的流程和设备。粉煤灰应用的现状和前景•因此，利用粉煤灰生产水泥产品，提高粉煤灰在水泥中的掺加量已经成为行业的共识，这也说明将来粉煤灰将作为重要的水泥混合材料在水泥行业中得到更多应用，在水泥混合材中所占比例也将会越来越大。50%的掺加量是一个比较流行的提法。在大坝混凝土中早已实现。钢渣在水泥行业中的应用•钢渣是炼钢过程的一种副产品。它是冶炼过程金属料（铁水和废钢）中的杂质被氧化剂氧化而生成的氧化物再与造渣剂和炉衬发生物理化学反应而形成的产物的总称。•根据统计资料表明，每生产一吨钢，