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【分享】炉底渣磨细优化其品质的试验

2021年03月12日 12:00点击数量:92次


近年来, 我国东南沿海经济发达地区的粉煤灰综 合利用形势很好, 如苏、浙和沪等地的干排粉煤灰甚 至出现供不应求的局面, 然而在这些地区占燃煤电厂 所排灰渣20 %左右的炉底渣的综合利用仍然未受到 应有的重视。目前, 国内外对于炉底渣综合利用的研 究也较少, 90 %以上的炉底渣仍然是灰场堆埋, 占用 大量的土地。国内有少量的炉底渣作为建筑材料中 的粗集料或细骨料使用 , 以取代河砂或碎石, 国外 则主要是将其作为道路的路堤和基层, 这些利用方式 的经济效益不高。

目前东南沿海经济发达地区的优质粉煤灰及水 泥活性混合材料的市场需求远得不到满足, 如果能将 电厂的炉底渣磨细优化其品质, 将其加工成相当于国 标Ⅱ级粉煤灰的产品, 不仅能够解决其存贮占地及其 它环境问题, 还会带来明显的经济效益。因此, 本试 验以浙江长兴燃煤电厂的炉底渣为例, 进行了磨细优 化其品质的试验研究。

浙江长兴电厂锅炉属亚临界煤粉炉, 燃烧温度> 1200 ℃, 炉底渣在高温熔融状态下经过水淬处理后 通过刮板捞渣机连续捞出, 再经碎渣机破碎, 然后用 输渣皮带机输送至贮渣仓, 用卡车运往灰渣场堆放。

本次试验所用的样品取自长兴电厂两个锅炉所排的 湿炉底渣样, 编号为1 #、2 # , 烘干备用。

1  炉底渣的理化特性

1.1  化学成分

采用ARL-9800 型X 射线荧光光谱仪( XRFS) 对 长兴电厂炉底渣进行常量化学成分分析, 分析结果表 明( 见表1) , 炉底渣的SiO2、Al2O3和Fe2O3的总和都 超过了85 %, 而CaO 含量均 <5 %, 其化学成分与低 钙粉煤灰的较相类似  。

1.2  矿物相

采用ARLX1TRA 型旋转阳极X 射线衍射仪对长 兴电厂炉底渣的矿物相进行了分析, 以2 #炉底渣为 例, 长兴电厂炉底渣的X 射线衍射峰较宽厚( 图1) , 说明其矿物相中玻璃体的含量占优势, 结晶相物质所 占比例较低。在结晶相物质中, 晶体矿物相态也不是 十分复杂, 除了主要的晶体矿物相莫来石( 3Al2O3 · 2SiO2 ) 、α-石英( α-SiO2 ) 外, 还含有少量的赤铁矿, 而且 以α-石英较多, 莫来石次之, 赤铁矿最少。

1.3  微量元素含量

利用XRFS 对长兴电厂炉底渣中的微量元素含 量进行了分析, 分析结果表明( 表2) , 炉底渣中所含 可检测到的微量元素种类较多, 其中包括一些有毒、 有害元素, 但含量均不高, 与国家农用粉煤灰污染控 制标准相比较 , 炉底渣中各种微量元素含量均不超 标, 若作为土壤改良剂施加到土壤中也不会有问题, 应用到建材中更不会造成污染。

1.4  放射性元素含量

炉底渣的放射性元素含量是采用XRFS 测定的, 放射性比活度则是根据其放射性元素含量通过放射 化学法 计算而得, 并按国家环保总局颁布的《建筑 材料放射性核素限量(GB6566-2001) 》规定计算了其 外照射和内照射两个指标。结果表明( 表3) , 长兴电 厂炉底渣的放射性元素的比活度较小, 将其掺入建筑 材料中, 符合国标( GB6566-2001) 要求, 不会造成放射 性方面的安全隐患。

2  炉底渣最佳粉磨工艺

决定粉煤灰品质的最重要的3个指标为:细度、 需水量比和烧失量 。长兴电厂炉底渣的烧失量较 低, 其细度可通过粉磨而获得, 显然, 对长兴电厂炉底 渣进行磨细, 关键就是如何通过合适的粉磨工艺使磨 细炉底渣的需水量比能尽量达到最小值。

2.1  磨机和粉磨条件

试验所用磨机型号SM-500, 规格 500mm × 500mm, 转速48r min, 球配为磨水泥熟料的标准球 配, 电机功率为1.5kW。

由于1 #和2 #样品的化学成分、矿物相等诸多特 征均较相似, 故本次粉磨试验仅采用2 #样品作为代 表, 每次入磨量为5kg, 粉磨时间分别为10、20、30、 40 min等, 到达预定粉磨时间后, 对磨细炉底渣进行 相关测试, 找出粉磨时间与出料的细度和需水量比之 间的变化关系, 当磨细炉底渣的需水量比达到最小 时, 以此确定为最佳粉磨时间。

2.2  最佳粉磨时间

表4 为不同粉磨时间出料的细度(45μm筛余 量) 、比表面积和需水量比之间的关系, 随着粉磨时间 的延长, 磨细炉底渣的细度逐渐减小, 其比表面积呈 增加的趋势。但是当粉磨时间由30 min增加到40 min 时(表4) , 炉底渣的需水量比变化不明显, 都是 103 %。这是由于随着炉底渣由粗变细, 其堆积变密 实, 空隙体积减小, 需水量比也就减少;但随着炉底渣 由细变得更细, 其比表面积也将增大, 在颗粒表面形 成水膜所需的水量增多, 导致炉底渣磨细到一定程度 后, 其需水量比的变化就不明显。因此, 若以最小需 水量比作为判别标准, 那么将最佳的粉磨时间确定为 30 min, 相应的出料细度( 45 μm筛余量) 控制在10 % 左右, 这时出料的需水量比最低;能使磨细炉底渣达 到Ⅱ级粉煤灰的需水量比≤105 %的质量标准。

3  磨细炉底渣的颗粒特征及火山灰活性

3.1  颗粒级配特征

将4个经不同粉磨时间的磨细炉底渣采用英国 MASTERSIZER 2000激光粒度分析仪进行了分析测 试, 随着粉磨时间的延长, 出料的平均粒径逐渐减小, 如粉磨10min样品的平均粒径为28.656μm, 而粉磨 40min样品的平均粒径则降为10.035μm。

图3 显示了在粉磨过程中出料颗粒级配的变化 特征关系, 随着粉磨时间增加, 磨细出料中 <20μm的 颗粒逐步增加, 而介于20~45μm的颗粒含量几乎不 变, 磨细出料中>45μm的颗粒的含量则逐渐降低, 这 表明粉磨工艺对进料中>45μm的颗粒较有效。实验 表明, 通过标准球磨机( 如本次研究所采用的) 粉磨物 料, 要将进料中 <45μm的颗粒再磨细, 效果将不会很 明显, 阮燕用普通球磨机对不同颗粒组成的粉煤灰 磨细试验也有类似结果。由于粉磨初期进料中含较 多的>45μm的颗粒, 导致了粉磨初期磨细出料的细 度下降较明显, 随着粉磨时间增加, 粉磨进料中> 45μm 的颗粒变少, 粉磨出料的细度下降也就变得缓 慢。也就是说, 通过磨细工艺控制磨细出料的细度, 受到一定的限制。因此, 在实际工程中, 根据设计目 标和要求, 可按最佳粉磨时间控制磨细炉底渣的细 度, 否则, 将浪费能源, 也不会带来最佳效果。

3.2  颗粒形貌

利用南京大学现代分析中心的扫描电子显微镜 对长兴电厂磨细炉底渣的形貌进行了分析( 图2) 。

从图中可以看出, 磨细炉底渣基本上以不规则颗粒为 主, 多呈薄片状。

3.3  火山灰活性

评定材料的火山灰活性有多种方法, 如维卡法 ( 石灰吸收值法) 、强度法和酸碱溶出法等。本次研究 采用强度法, 以纯水泥砂浆为基准样, 依据( GB1596- 2005) 所规定的“抗折、抗压强度”测定活性的方法, 测 定了长兴电厂磨细炉底渣及磨细粉煤灰的火山灰活 性, 这种方法能直接反映被测物对水泥基材料强度的 贡献, 是目前国内外公认的较好方法。测定结果见 表5 。其中磨细Ⅱ级粉煤灰由长兴电厂统灰粉磨15min 得到, 45μm筛余量为9.27%, 与2 # 3细度相近。

测定结果表明(表5) , 掺有磨细炉底渣的水泥胶 砂3d的抗折、抗压强度随着炉底渣细度的减小而增 加;而不同细度炉底渣的28 d抗折、抗压强度的差异 变小。磨细炉底渣的3 d抗压强度明显优于磨细Ⅱ级 灰的, 表明其早强效果较好;随着养护龄期的增长, 磨 细炉底渣与磨细Ⅱ级粉煤灰强度的差距变小, 但28d 时磨细渣的抗折和抗压强度均仍然略高于磨细Ⅱ级 粉煤灰的( 细度相近时) 。

4  结论

(1) 长兴电厂炉底渣的化学成分以SiO2与Al2O3 较高为特征;物相以玻璃体占绝对优势, 结晶相物质 含量较低, 结晶矿物相以石英、莫来石为主, 另外还含 有少量的赤铁矿;微量元素和放射性元素含量均在国 标规定的限定范围内。

( 2) 若长兴电厂炉底渣通过磨细优化其品质的目 标定位于生产相当Ⅱ级粉煤灰的磨细炉底渣, 那么在 标准试验磨和入磨量为5kg 的条件下, 粉磨时间约为 30min, 45μm筛余量控制在10%左右, 即可达到预期 目标。

( 3) 随着粉磨时间增加, 磨细炉底渣出料中介于 20~45μm的颗粒含量几乎不变, 而>45μm的颗粒的 含量逐渐降低并导致 <20μm颗粒含量逐步增加, 粉 磨工艺对进料中>45μm的颗粒较有效;磨细炉底渣 基本上以不规则颗粒为主, 多呈薄片状。

( 4) 磨细炉底渣与磨细Ⅱ级粉煤灰的火山灰性能 对比试验表明, 磨细炉底渣的早强要明显优于磨细Ⅱ 级粉煤灰的, 28d的强度也仍然略高于磨细Ⅱ级粉煤 灰的, 即磨细炉底渣的火山灰活性要优于磨细Ⅱ级粉 煤灰。

( 5) 将长兴电厂的炉底渣通过磨细优化其品质, 拓宽其综合利用的途径, 并期望获得较好的经济、环 境和社会效益, 这在技术上是可行的。

(作者:作者:余锦龙 翟建平 李琴 盛广宏