降低石灰生产中粉灰的研究及应用

降低石灰生产中粉灰的研究及应用

张桂菊，霍世财

（青海发投碱业有限公司，青海德令哈817099）

摘要：粉煤灰是煤粉燃烧后，由烟气带出的粉末残留，是燃煤电厂的一种工业副产品。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，已经成为最大的单一工业固体废弃物来源。大量的粉煤灰堆存占用土地的问题日益凸显，而且粉煤灰颗粒细微，其露天堆放会造成严重的扬尘，造成大气污染。然而，中国产生的粉煤灰主要应用在一些低经济效益方面，比如水泥生产、墙体材料、耐火材料、道路和大坝建设及生产回填等，其高附加值利用还有待进一步开发。本文基于降低石灰生产中粉灰的研究及应用展开论述。

关键词：降低；石灰生产中；粉灰的研究及应用

引言

石灰是钢铁、塑料两大基材的重要辅料及基本原料，在工业废水处理、垃圾焚烧、烟气脱硫等环保领域有巨大的市场前景，作为性价比最高的碱性氧化物及其高钙特性，石灰还广泛应用于高速公路、高铁、建筑业、工业(有色、造纸、制糖、纯碱、食品、医药、建材制品)、农业等领域，是重要的基础原材料。在冶金工业中，石灰作为冶炼生产过程中的重要熔剂和造渣材料，随着钢铁冶金技术的精细化，要求石灰具有较高的活性度和较低的含硫磷量，即要求使用活性度高的石灰。

1．石灰石概念

石灰石资源在破碎过程中，会产生不同粒径的碎石和石屑，对其再破碎和过筛，可以得到不同粒径和颗粒级配的碎石和机制砂，同时也会产生一些粉尘，如不对其加以利用，会造成极大的资源浪费，同时也会引起较大的环境污染。为此，将收集到的粉尘细磨成石灰石粉，用作矿物掺合料取代水泥，加上石灰石资源破碎过筛得到的碎石和机制砂，可以实现石灰石资源在混凝土中的全利用。石灰石粉是将以碳酸钙为主要成分的石灰石磨至一定细度得到的粉状材料,其来源广泛,价格低廉,已经被广泛用于水泥混合材和混凝土掺合料中。石灰石粉一般被认为是一种惰性材料,但研究表明,石灰石粉掺入硅酸盐水泥中可以加速硅酸盐水泥的水化。一定掺量范围内,石灰石粉可以改善水泥基材料的流变性、机械强度、孔隙率和耐久性等性能。石灰石粉能改善水泥基材料性能的原因,除颗粒本身的物理填充效应和晶核效应外,还有活性效应,即石灰石粉能与硅酸盐水泥中的铝酸三钙(C3A)发生反应,生成水化碳铝酸钙晶体。

石灰石粉仓的结构形式该粉仓上部分为圆柱形仓筒，高7m，直径为7m，中部为支圆柱形裙筒，下部为两个漏斗，外侧为斜椭圆锥面。粉仓支撑形式为悬吊式。粉仓侧壁横向加劲肋采用100mm×100mm×12的角钢，漏斗段设置2道加劲肋，在漏斗内壁两平板处设置两层拉筋，均采用Q235B10号槽钢，第一层距离圆柱底圆4m的距离，第二层拉筋距离圆柱底圆5.5m，其中第一层拉筋上分布五条水平槽钢，第二层拉筋上分布三条槽钢。该仓筒具有以下特点：（1）浅仓。（2）漏斗锥面和斜平板面相交的部位几何外形存在突变，可能有应力集中的现象。（3）两漏斗和圆锥底部相交的焊缝处存在几何突变，最强应力可能发生在此处。石灰石资源全利用混凝土中含有粉煤灰和石灰石粉两种矿物掺合料，同时机制砂中含有一定量的石粉，由于这些粉体的密度比水泥小，因此，增加了石灰石资源全利用混凝土中的浆体含量，这一点不利于降低干燥收缩，但粉煤灰、石灰石粉和机制砂中的石粉有利于优化粉体和骨料的颗粒级配，具有一定的填充效应，可以细化混凝土孔隙。

2．粉灰率高原因分析以及整改

2.1对来料的控制及提高质量

1）对于进入窑膛的石灰原料的选取要求更加严格，石灰石粒度保证在50~90mm，石灰石CaO品位高、质量好、在上流工艺严格控制可达到上述要求；并且根据当地地理条件建设原料清洗池，通过增加清洗原料石灰石的工序，降低了原料中碎石以及石粉含量；清洗池配备有相应的三级沉淀池，沉淀池上配有轨道式龙门抓斗吊，定期清理沉淀废物；清洗水还可循环利用，保证不会对当地水资源造成污染。

2.2对原有物流路线、成品储存进行优化

对石灰石从开始至煅烧完毕成为活性石灰中间的运输路线进行相应的优化；改进从卸料坑→卸料漏斗→振动给料机→上料皮带机→三通分料器→斗式提升机→原料中间仓→振动给料机→选料振动筛→称量料斗→上料小车→仓顶石灰缓冲仓→进入窑膛煅烧→卸料平台→仓底料斗→振动给料器→窑底出灰皮带机的工序，简化为卸料坑→卸料漏斗→振动给料机→上料皮带机→选料振动筛→称量料斗→上料小车→仓顶石灰缓冲仓→进入窑膛煅烧→卸料平台→仓底料斗→振动给料器→窑底出灰皮带机；减少中间工序保证原料尽可能少的由于振动及运输造成的粉化；在此基础上也对现有给料设备、运输设备的通道加设相应的带橡胶的挡板缓冲垫保证原料在有高差以及冲撞的情况下粉化最小；窑膛内煅烧过程中在保证产量的前提下严格控制窑内的料位高度，减少装料过程中由于高落差而造成的石灰石粉化。安徽国风新型非金属材料有限公司所生产的活性石灰主要用于福建吴钢集团的不锈钢炼钢生产使用，主要需求为块状石灰，根据此情况，技术人员根据原有成品石灰石的仓储以及包装车间进行了相应的改进。

3．粉煤灰脱碳

(1)流态化分选法利用气流，通过残碳和粉煤灰的密度差异进行分选，工艺简单，但是细颗粒的粉煤灰易进入残碳，影响产品碳的纯度;(2)燃烧法即将粉煤灰掺入煤中，进入锅炉再次燃烧，一般在流化床锅炉中应用;(3)电选法将粉煤灰经摩擦带电处理，使粉煤灰与残碳带有异种电荷，在电场中受不同电场力作用而分离。湿法主要是浮选法，碳颗粒具有一定的疏水性，浮选过程中通过加入一定量的浮选药剂增强颗粒表面疏水性，达到与粉煤灰分离的目的。任琳珠等人对某高碳粉煤灰进行浮选脱碳实验，研究表明，浮选后粉煤灰含碳量降至2．41%，同时得到热值为27300kJ/kg的优质精碳，有效地提高了粉煤灰品质。范桂侠等人研究发现，在合适的矿浆和药剂浓度下，采用分段加药方式可以提高粉煤灰浮选精碳回收率。翟雪等人研究表明，采用旋流－静态微泡浮选柱工艺比普通浮选槽回收效果更好。目前浮选法脱碳率约在70%～80%。残碳与煤炭的性质并不完全相同，用于煤炭浮选的药剂和工艺虽然可以借鉴，但还应根据粉煤灰的理化性质，优化或开发合适的药剂和工艺，以提高分选效率。

4.结语

粉煤灰是煤燃烧后的重要副产物，直径为1～100μm的球形颗粒聚集体，其主要由无定形二氧化硅和氧化铝组成，此外含有由石英，莫来石，赤铁矿和磁铁矿等晶体组成。沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，具有明确定义的三维四面体骨架结构。由于粉煤灰中无定形硅铝酸盐玻璃含量高，与沸石分子筛形成中涉及的主要反应相相同，因此，粉煤灰可以转化为附加值更高的沸石分子筛产品。国际沸石协会（IZA）截到2017年7月，已经公布了232种不同拓扑结构的沸石分子筛，其中合成的A、X、Y和ZSM沸石分子筛的因其稳定性高，在催化领域应用广泛。自然界中天然沸石资源有限，且天然沸石孔径和通道受限，粉煤灰分子筛以其低成本、形貌可控成功替代自然资源合成沸石分子筛。

参考文献

[1]张玉魁.流化床煤气化细粉灰高温燃烧与熔融特性研究[D].中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所),2018.

[2]邓鸿翔.循环流化床气化细粉灰熔融特性试验研究[D].中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所),2018.

[3]邓鸿翔,任强强,张玉魁.循环流化床气化细粉灰熔融特性研究[J].燃料化学学报,2018,46(03):273-282.

[4]孙付成.煤气化细粉灰的循环流化床燃烧试验研究[D].中国科学院研究生院(工程热物理研究所),2015.

[5]雷华,刘志强.石灰生产工艺的优化以及降低粉灰率的方法[J].耐火与石灰,2011,36(06):1-3+6.