淺談粉煤灰綜合利用技術(shù)

摘要：粉煤灰綜合利用中等容納量、中等技術(shù)含量的方式是作為生產(chǎn)建材的原料，對(duì)粉煤灰主要的技術(shù)要求是降低碳含量。與浮選法、流態(tài)化燃燒法相比，電選脫碳方法適用范圍廣，分選獲得的焦炭、尾灰純度較高，開發(fā)研究高效率靜電分選機(jī)是解決粉煤灰利用的中心環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：粉煤灰；綜合利用；碳；分離裝置

中圖分類號(hào)：TU528.03

“十一五”國家科技支撐計(jì)劃《綠色制造關(guān)鍵技術(shù)與裝備》項(xiàng)目

0. 前言

當(dāng)前，人口、資源與環(huán)境是各國面臨的全球性問題，我國人口眾多，資源日趨緊張，環(huán)境不斷惡化，對(duì)工業(yè)廢渣中最大排放量的粉煤灰進(jìn)行綜合利用是一項(xiàng)具有重大經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)效益的工作，也是造福子孫后代的具有長遠(yuǎn)戰(zhàn)略性的課題。

我國是世界主要產(chǎn)煤國之一，在一次能源探明總量中煤炭占90%，煤炭仍是我國今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)的主要能源。雖然國家大力發(fā)展水電、核電，但是燃煤發(fā)電仍占主要地位。目前，我國有1000多座燃煤發(fā)電廠，而且每年還要新增發(fā)電機(jī)組400萬~600萬千瓦。目前，全國電廠年燃煤約3.6億噸，20世紀(jì)末的年排灰量高達(dá)1.4億噸，排灰量已居世界第三位，數(shù)量之大十分驚人。如此大量的灰渣全靠占地貯存是不可能的，也是一種資源的浪費(fèi)。2000年全國粉煤灰排放量達(dá)到1.6億噸，占地已達(dá)到50萬畝以上，加上歷年的庫存約11億噸粉煤灰，每年還要遞增400萬~600萬噸的排放量。如此大量的固體廢棄物若不加以利用，不僅占用了大量耕地，還會(huì)污染環(huán)境，危害中華民族的生存環(huán)境，制約了我國國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。

我國粉煤灰研究開發(fā)利用始于20世紀(jì)50年代，主要集中在水泥和混凝上應(yīng)用開發(fā)試驗(yàn)研究，并已在工程建設(shè)中廣為應(yīng)用，如50年代中期東北地區(qū)冶金基地建設(shè)，稍晚些時(shí)候的三門峽水利樞紐工程和廣西大化水電站的建設(shè)，以及近年來的城市高層建筑如上海東方明珠塔等。近年來在我國高等級(jí)公路建設(shè)中，粉煤灰也被大規(guī)模地用來處理軟弱土層，充分利用粉煤灰的火山灰特性改良地基。

粉煤灰是具有火山灰特性的微細(xì)灰，其粒徑范圍為0.5~200μm，平均粒徑為20μm。所謂火山灰特性是指硅酸鹽材料經(jīng)磨細(xì)后在一定溫度下與Ca (OH)2等堿性物質(zhì)反應(yīng)，其生成物不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化的特性。

基于粉煤灰的上述特性，國外對(duì)粉煤灰的開發(fā)利用較早。在20世紀(jì)30年代就探索利用粉煤灰配制粉煤灰混凝土，并且取得了巨大成功和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。如美國1938年完工的玻尼維爾壩以及40年代中期美國墾務(wù)局等工程部門在建造蒙大拿州俄馬壩工程中，大規(guī)模地應(yīng)用了粉煤灰；日本國內(nèi)從1953~1968年共建筑了27座粉煤灰混凝土水壩。

實(shí)踐證明，合理利用粉煤灰資源可以節(jié)約大量能源，所以許多國家的能源部門鼓勵(lì)和支持粉煤灰資源循環(huán)再利用，從而對(duì)粉煤灰的研究和應(yīng)用起到了有力的推動(dòng)作用。特別是近年來，隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，粉煤灰的處理和利用已與環(huán)境保護(hù)休戚相關(guān)。根據(jù)環(huán)境保護(hù)科學(xué)新理論，只有將污染防治、廢物處理與資源開發(fā)緊密結(jié)合起來，才能使排放粉煤灰的電力工業(yè)擺脫面臨環(huán)保法越來越嚴(yán)、粉煤灰處置費(fèi)用越來越高的困境[2]。

1. 粉煤灰綜合利用研究的主要領(lǐng)域

當(dāng)前，國內(nèi)外粉煤灰綜合利用領(lǐng)域很廣，項(xiàng)目很多。美國電力研究所根據(jù)粉煤灰容納量和技術(shù)水平，將粉煤灰綜合利用項(xiàng)目分為三大類，見表1-1。

第一類：高容量/低技術(shù)。即不需要深度加工就可以利用的項(xiàng)目。這類項(xiàng)目投資少，上馬快，技術(shù)易掌握，吃灰量最大。其缺點(diǎn)是使用地點(diǎn)和數(shù)量經(jīng)常變動(dòng)，難以預(yù)測，如作為筑路、回填材料等。

第二類：中容量/中技術(shù)。主要用作建筑材料。一般這類項(xiàng)目投資大，吃灰量大，用灰量穩(wěn)定，有一定技術(shù)要求。

第三類：低容量/高技術(shù)。主要為分選利用，產(chǎn)品層次高，吃灰量甚微，技術(shù)水平要求高，但經(jīng)濟(jì)效益好[3]。

從表1-1中可以看出，粉煤灰主要利用途徑是用于灌漿材料、筑路工程、回填材料、水泥混凝土摻合料和生產(chǎn)建筑材料。其中粉煤灰作為灌漿材料、筑路工程、回填材料受地域限制，利用量不穩(wěn)定，而且利用技術(shù)水平低下。而粉煤灰用于水泥和混凝土可以改善混凝土材料的性能，利用量大、技術(shù)水平較高，是粉煤灰在我國利用的最主要的途徑。

2. 粉煤灰綜合利用和相關(guān)技術(shù)要求分析

用于水泥和混凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)[4]中，拌制混凝土和砂漿用粉煤灰有7項(xiàng)技術(shù)要求：細(xì)度、需水量比、燒矢量、含水量、三氧化硫、游離氧化鈣、安定性；水泥混合材用粉煤灰有6項(xiàng)技術(shù)要求，將前者7項(xiàng)技術(shù)要求減少了細(xì)度和需水量比，增加了強(qiáng)度活性指數(shù)，因此可以粗略地將用于水泥和混凝土中的粉煤灰理解為8項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。其中含水量、三氧化硫、游離氧化鈣、安定性4項(xiàng)指標(biāo)是對(duì)粉煤灰品質(zhì)進(jìn)行的基本規(guī)定。游離氧化鈣、安定性和三氧化硫檢驗(yàn)主要是限制過燒或欠燒CaO、MgO與硫酸鹽水化后體積膨脹使混凝土開裂而制定的。含水量過高會(huì)降低粉煤灰的活性，一般情況下儲(chǔ)灰池中陳灰是不可以直接用于混凝土摻合料的。

通常粉煤灰都可以滿足上述4項(xiàng)指標(biāo)，真正衡量粉煤灰品質(zhì)的高低是細(xì)度、需水量比、強(qiáng)度活性指數(shù)和燒失量。而粉煤灰對(duì)混凝土最直觀的影響是新拌混凝土工作性能的需水量比，和對(duì)硬化混凝土的力學(xué)強(qiáng)度。需水量對(duì)于粉煤灰的很多工程應(yīng)用是非常重要的物理指標(biāo)，它是指粉煤灰和水的混合物達(dá)到某一流動(dòng)度下所需要的水量，粉煤灰需水量越小工程利用價(jià)值就越大。有的學(xué)者[5]采用下列函數(shù)表示粉煤灰需水量比Y與粉煤灰細(xì)度X1、密度X2、燒失量X3的關(guān)系。

Y=104.3 X10.05 X2-0.261 X30.0054 (1.1)

Thomas[6]根據(jù)比較多的實(shí)驗(yàn)給出需水量比Y與粉煤灰細(xì)度X1之間的關(guān)系如下式。

當(dāng)燒失量3～4%時(shí) Y=88.76+ 0.25X1 (1.2) 相關(guān)系數(shù)r=0.86

當(dāng)燒失量5～11%時(shí) Y=89.32+ 0.38X1 (1.3) 相關(guān)系數(shù)r=0.85

上述3個(gè)實(shí)驗(yàn)歸納式說明細(xì)粉煤灰可以降低粉煤灰的需水量比，其中的機(jī)理可能是磨細(xì)粉煤灰粉碎空心顆粒，釋放內(nèi)部的自由水分，另一方面也提高了粉煤灰的堆積密度所致。因此細(xì)磨粉煤灰是改善粉煤灰品質(zhì)的一項(xiàng)技術(shù)措施。

從(1.1)式可以看出影響粉煤灰需水量比的另一因素是燒失量，燒失量越大粉煤灰的需水量比越大，對(duì)粉煤灰燒失量貢獻(xiàn)最大的物質(zhì)主要是有機(jī)成分的未燃盡的殘?zhí)己臀醋兓蜃兓幻黠@的煤粒。K．Wesche[7]試驗(yàn)粉煤灰摻量為20%，結(jié)果表明，隨燒失量增加粉煤灰水泥砂漿的相對(duì)流動(dòng)擴(kuò)展度迅速降低，當(dāng)燒失量超過10%時(shí)，粉煤灰的相對(duì)擴(kuò)展度比基準(zhǔn)水泥砂漿還低。燒失量對(duì)粉煤灰需水量比的影響是由于未燃盡的殘?zhí)嫉拇嬖?，主要以空心碳和網(wǎng)狀碳的形貌存在，其存在的狀態(tài)是單體形式、粘結(jié)在粉煤灰顆粒的表面、被包裹在粉煤灰顆粒中三種形式[8]。這些粗大多孔的碳顆粒不僅使粉煤灰的需水量比增大，而且對(duì)混凝土的引氣劑效果產(chǎn)生不利的影響，因?yàn)檫@些碳粒更容易吸附引氣劑。因此摻加高燒失量粉煤灰通常需要更大計(jì)量的引氣劑。此外高燒失量的粉煤灰因?yàn)楹拷M分高的顆粒比較輕，在混凝土攪拌、運(yùn)輸和成型過程中容易浮到表面造成混凝土的離析。

粉煤灰的強(qiáng)度活性指數(shù)是指檢驗(yàn)其火山灰活性，粉煤灰的火山灰活性來源于玻璃體，其晶體相沒有或者有很微弱的水化活性。粉煤灰的玻璃體含量越多，火山灰反應(yīng)性能越強(qiáng)。粉煤灰活性很大程度上受玻璃體類型的影響。Joshi[9]認(rèn)為燒失量、比表面積、化學(xué)組成是影響粉煤灰火山灰活性的主要因素，并確定影響作用強(qiáng)弱的次序是：玻璃體類型＞玻璃體含量＞玻璃體的細(xì)度＞玻璃體的化學(xué)組成。粉煤灰中的碳組元不僅沒有火山灰活性，而且其質(zhì)地疏松，即使作為非活性骨料其堅(jiān)固性也較差，尤其是對(duì)混凝土的耐久性不利。因此粉煤灰的燒失量對(duì)混凝土的性能影響非常大，為保證混凝土的質(zhì)量，必須對(duì)粉煤灰的燒失量進(jìn)行嚴(yán)格控制，降低粉煤灰的碳含量。盡管GB/T1596—2005規(guī)定Ⅰ級(jí)灰的燒失量<5%，但市場上所能接受的指標(biāo)遠(yuǎn)低于這個(gè)值(一般要求<3%)。我國很多電廠粉煤灰的含碳量在10%左右，有的甚至到20%，因此粉煤灰資源化的過程中所遇到的主要問題是碳含量高，它制約著粉煤灰在許多領(lǐng)域的應(yīng)用。開發(fā)經(jīng)濟(jì)合理的粉煤灰脫碳技術(shù)和裝置成為粉煤灰能否被利用的關(guān)鍵。

3.幾種粉煤灰脫炭技術(shù)的比較

降低粉煤灰中碳組分的措施主要有兩種：一是在排灰前降低碳的含量，即對(duì)鍋爐進(jìn)行改造，使煤能充分燃燒；二是在含碳量高的粉煤灰排出后，采用一定的工藝和方法，將粉煤灰中的碳組分除掉一部分。世界各國在含碳量高的粉煤灰除碳方面已做了不少工作，并取得了一定成績。有些技術(shù)已經(jīng)工業(yè)化，一些技術(shù)正在研究和開發(fā)中。粉煤灰脫碳的主要方法分為干法和濕法，也稱為化學(xué)方法和物理方法。干法主要有燃燒法、電選法、流態(tài)化方法、磁選法等。濕法通常是浮選法。

3.1 燃燒法

利用燃燒法除掉粉煤灰中的碳組分是將電廠等燃煤企業(yè)排放出來的高碳粉煤灰再次放入燃燒裝置中進(jìn)行燃燒，以降低粉煤灰的含炭量，而高碳粉煤灰燃燒產(chǎn)生的熱量又可再次被利用。

美國的沃泰克公司開發(fā)的一種新型粉煤灰陶瓷化裝置，能夠把高碳粉煤灰中的含碳量降低，并且把粉煤灰轉(zhuǎn)化成高附加值的玻璃和陶瓷產(chǎn)品。該套裝置的核心是可以使用多種燃料的燃燒和熔化系統(tǒng)(CMS)。目前已成功地完成每天處理粉煤灰20噸的小規(guī)模試驗(yàn)。當(dāng)粉煤灰的含碳量高達(dá)24％時(shí)，粉煤灰中的碳基本上都可以被燃燒掉。該裝置使用特制的流化床，可以燒掉高碳粉煤灰中的絕大部分碳組分。不含揮發(fā)分的、低熱值的高碳粉煤灰是這種特制流化床的唯一燃料。美國的進(jìn)步材料有限公司在佛羅里達(dá)州的TAMPA成功地完成小規(guī)模試驗(yàn)。

3.2 流態(tài)化分選法

使一定速度的氣流自下而上通過粉狀或粒狀固體層，固體被氣流夾帶形成兩相懸浮體，將這種類似流體運(yùn)動(dòng)的兩相懸浮體用于傳熱、傳質(zhì)或分離物料的方法稱為流態(tài)化技術(shù)[10]。其分離物料的原理是：在分選機(jī)身下部送入的空氣作用下，粉煤灰介質(zhì)與空氣形成氣－固兩相懸浮體，這種懸浮體構(gòu)成的區(qū)域就是分選所需的流態(tài)化床層。由于粉煤灰中的殘余碳顆粒與其他顆粒具有較大的密度差異，在氣流的作用下，粉煤灰中的殘余碳顆粒和灰分顆粒將依靠自身密度的差異實(shí)現(xiàn)分層，密度相對(duì)較小的殘余碳顆粒向床層底部下沉。由于粉煤灰試樣的特點(diǎn)是殘余碳以單體的形式存在，粒度較粗，主要集中在大于0.074mm的粗顆粒粒級(jí)中，因此用分級(jí)方法即可除去大部分殘余碳。經(jīng)過篩分分級(jí)后，80％以上的粉煤灰能夠滿足用戶的要求。對(duì)于0.074mm以上的粗顆粒，則直接采用流態(tài)化方法分選出這部分粗顆粒物料中的殘余碳。

山西省太原鋼鐵集團(tuán)發(fā)電廠和陜西省西安西郊熱電廠均采用這種方法，并得到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是使用這項(xiàng)技術(shù)對(duì)建廠地址要求嚴(yán)格，必須建在電廠發(fā)電機(jī)組附近，而且不適用于粒度分布較窄的粉煤灰。

3.3 浮選法

浮選法[11]是基于組成物料中各個(gè)物種的表面性質(zhì)的差異而進(jìn)行的分選方法，它在礦物加工領(lǐng)域中得到普遍的應(yīng)用。粉煤灰中黑色的碳顆粒的天然疏水性較差，表面不易被水潤濕，它卻有著良好的誘導(dǎo)疏水性，容易與氣泡附著上浮，這與粉煤灰中的硅酸鹽表面對(duì)水的潤濕性有很大的差異[12]。利用這個(gè)差異采用浮選法很容易分離出碳，只需加入煤油、柴油等中性油作捕收劑、松醇油等為起泡劑，使其與灰漿充分?jǐn)嚢?，從而使藥劑與炭粒表面充分作用，使其礦化上浮，然后用浮選機(jī)的刮板，使碳顆粒與粉煤灰中的灰顆粒分離，尾礦中的含碳量很低。

俄羅斯聶泊爾地區(qū)發(fā)電站70年代就開始用浮選法回收粉煤灰中的碳，電廠排出的粉煤灰的含碳量高達(dá)24％。經(jīng)過一次粗選與精選，可以選出含碳量達(dá)40～50％的精煤。選后粉煤灰的含碳量降低到3～5％，全部用作建筑材料的原料。

我國韶關(guān)電廠1985年開始浮選粉煤灰中炭組分的研究工作。該電廠燃用粵北地區(qū)的劣質(zhì)煤，原煤含碳量50％左右，粉煤灰的含碳量高達(dá)18％，經(jīng)過浮選，粉煤灰中碳的含量降低，不足2％。

甘肅白銀公司動(dòng)力廠采用浮選技術(shù)分選濕排粉煤灰中的碳組分，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。該廠原灰含碳量很高，平均為35％左右。通過浮選后，粉煤灰的含炭量降到5％以下，回收的精煤繼續(xù)用作燃料，浮選后得到的低碳粉煤灰廣泛用于建材工業(yè)。

浮選法能夠除去粉煤灰中的殘余碳，但浮選法分選系統(tǒng)復(fù)雜，選后產(chǎn)品的脫水、殘余藥劑的處理非常困難，而且浮選法脫碳會(huì)降低粉煤灰的活性，減少了應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4電選法

電選法是以帶不同電荷的礦物和物料在外電場作用下發(fā)生分離為理論基礎(chǔ)的。該方法應(yīng)用了固體固有的不同的摩擦帶電性質(zhì)、電導(dǎo)率和介電性質(zhì)，通過作用在電場中的帶電物體和極化物體上的力來選擇性地分選固體。因?yàn)殪o電力與顆粒表面電荷大小和電場強(qiáng)度成正比，所以靜電力對(duì)細(xì)的、片狀的輕顆粒影響大些。因此，顆?？梢缘玫接行У姆蛛x。

目前已用多種帶電機(jī)理來使顆粒帶電。雖然某種帶電機(jī)理是主要的，但在電選時(shí)其他帶電機(jī)理也會(huì)起一定的作用。感應(yīng)傳導(dǎo)帶電、接觸或摩擦帶電和離子轟擊帶電是用于礦物電選中的三種主要機(jī)理。顆粒表面所帶電荷的數(shù)量取決于物理因素和化學(xué)因素。影響能級(jí)的因素，如功函數(shù)一般認(rèn)為是很重要的。

電選法又是以帶電顆粒和不帶電顆粒的電泳和介電泳過程為基礎(chǔ)的。電泳就是在電場作用下使帶電組分遷移。作用在電場中的帶電顆粒上的力使礦物電泳分離。介電泳是在不均勻電場中懸浮在液體介質(zhì)中的中性顆粒的運(yùn)動(dòng)。物體運(yùn)動(dòng)的方向取決于電場的符號(hào)。因此，既可以使用直流電，也可以使用交流電。

可以用原來不帶電荷的顆粒獲得或者失去單位正電荷或者單位負(fù)電荷的術(shù)語來描述顆粒帶電現(xiàn)象。帶電過程可以在任何液體中、氣體中、固體中或真空中發(fā)生。雖然有很多帶電方法，但是，在工業(yè)中電選法只有3種帶電機(jī)理具有意義：傳導(dǎo)感應(yīng)帶電、接觸/摩擦帶電以及離子轟擊或電暈帶電[13]。根據(jù)這3種不同的帶電機(jī)理，國內(nèi)外分別研究了不同的粉煤灰電選脫碳的技術(shù)。

3.4.1 傳導(dǎo)感應(yīng)帶電

在感應(yīng)時(shí)，未帶電的導(dǎo)體、半導(dǎo)體或絕緣體顆粒在電場作用下開始極化，形成偶極子，它面向電極的一端帶有與電極相反的電荷，而另一端帶有與電極相同的電荷。對(duì)于導(dǎo)體，由于它們的導(dǎo)電率高，電荷立刻均勻分布在整個(gè)表面上。對(duì)于絕緣材料，由于電荷不能重新的在其表面上分布，所以持續(xù)極化。傳導(dǎo)感應(yīng)帶電適用于良導(dǎo)體與絕緣體的分離。但是，在特殊控制條件下，這種帶電方法也適用于導(dǎo)電率差別大的兩種或多種半導(dǎo)體分離。

當(dāng)顆粒直接與帶電的導(dǎo)體接觸時(shí)，通過傳導(dǎo)，顆粒獲得電荷。此時(shí)，如果顆粒具有導(dǎo)電性，電荷傳遞立即進(jìn)行，如果顆粒是絕緣體，電荷傳遞很慢。顆粒獲得與其接觸的導(dǎo)體相同極性的電荷。當(dāng)顆粒與接地電極接觸時(shí)，迅速失去它的電荷，而絕緣體失去電荷很慢，甚至不失去電荷。

3.4.2 接觸或摩擦帶電

在摩擦帶電中，當(dāng)顆粒緊密接觸時(shí)，電子通常從一個(gè)顆粒傳遞給另一個(gè)顆粒。在顆粒接觸停止時(shí)，電荷立即發(fā)生交換。用費(fèi)米能級(jí)描述物質(zhì)表面上的電子能量。如果具有兩個(gè)不同費(fèi)米能級(jí)的物體相互接觸或摩擦，那么費(fèi)米能級(jí)高的物體失去電子，功函數(shù)高的物體得到電子。根據(jù)能帶理論，接觸帶電原理就是接觸中顆粒費(fèi)米能級(jí)平衡。實(shí)際上，在接觸后每種物料的極性和電荷分布率主要決定于能級(jí)和兩種接觸物體的功函數(shù)。

利用摩擦帶電原理研究的粉煤灰脫碳技術(shù)有幾種不同的形式，但其工作原理基本相同：充分分散的細(xì)顆粒粒群在強(qiáng)氣流的夾帶下，經(jīng)與摩擦器表面和顆粒之間的碰撞摩擦，使得具有不同表面性質(zhì)的顆粒分別帶上極性相反的電荷，然后帶電顆粒群被引入高壓電場中，不同性質(zhì)的顆粒因帶電極性不同分別被吸附到極性相反的極板上，從而實(shí)現(xiàn)兩者的分離。

比較典型的一種摩擦電分離技術(shù)是美國的STI公司開發(fā)研制的。這種技術(shù)能夠分離別的方法無法分離的物料。在STI公司的分離裝置上，粉煤灰從兩個(gè)平行的平板間的窄縫中加入。敞口篩式傳送帶將粉煤灰的顆粒卷起，分別向兩個(gè)相反的方向傳輸。傳送帶上裝有逆向電流發(fā)生器。通過顆粒之間的摩擦而產(chǎn)生電荷。電場使粉煤灰中的碳粒和無機(jī)礦物顆粒分別帶上不同符號(hào)電荷。帶有不同符號(hào)電荷的顆粒分出兩組，分別在傳送帶的上部和下部集中，以達(dá)到碳粒和無機(jī)礦物顆粒分離的目的。

R·奇庫等[15]為了選火電廠產(chǎn)生的粉煤灰，已經(jīng)設(shè)計(jì)出一套合適流程，該流程包括一段粒度分級(jí)和后繼的篩上產(chǎn)品的靜電分選，采用這個(gè)聯(lián)合工藝，用篩分得到的細(xì)粒級(jí)低碳產(chǎn)品適用于水泥的生產(chǎn)；而粗粒部分的靜電分選有利于提高總的回收率，從而得到循環(huán)回爐的原料。

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)的張全國等[16]人采用河南農(nóng)業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境工程系研制的YNDF-I型粉煤灰靜電脫碳裝置進(jìn)行工藝特性試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中采用銅質(zhì)摩擦器，優(yōu)化的電壓為100kv，極板間距為40cm，粉塵濃度為0.06kg/m3，氣體流量為0.43m3/s時(shí)，精灰產(chǎn)率38.86％，脫碳率86.74%，粉煤灰靜電脫碳裝置在此最優(yōu)工況參數(shù)條件下運(yùn)行時(shí)的脫碳效果最佳，可將粉煤灰中的含碳量由9.05％降到1.2％，顯著提高粉煤灰脫碳后的精灰質(zhì)量。

3.4.3 離子帶電或電暈帶電

離子帶電現(xiàn)象是由于與接地轉(zhuǎn)鼓平行的細(xì)絲或一組針尖周圍的空氣或其他氣體電離引起的。在電極之間施加高電壓可使非導(dǎo)體的空氣或氣體電離，在電極之間產(chǎn)生氣態(tài)的離子流。隨著電極距離和電壓增大，離子流也增大，它對(duì)進(jìn)入到電暈電場中的所有顆粒帶電影響很大，形狀和粒度不同的絕緣體和導(dǎo)體均獲得了非零電荷。電暈帶電包括空氣中的典型一次電離轟擊，也包括含有空氣和少量CO2的大氣介質(zhì)中的離子轟擊的特殊情況。在產(chǎn)生電暈空間中形成了兩個(gè)區(qū)間，即暗的區(qū)域和發(fā)光的區(qū)域。暗的區(qū)域比發(fā)光的區(qū)域要大得多，電離發(fā)生在發(fā)光區(qū)域中，帶電過程也是發(fā)生在這個(gè)區(qū)域內(nèi)。隨著絲狀電極帶正電或負(fù)電，可以產(chǎn)生正電暈和負(fù)電暈。正電暈比較穩(wěn)定，在幾乎所有氣體介質(zhì)中都可以產(chǎn)生正電暈，而且產(chǎn)生的發(fā)光顏色較淡。但是，負(fù)電暈只能在能提供電子吸著的氣體中發(fā)生。兩種電暈都有用途。但是，負(fù)電暈更好些，因?yàn)楫a(chǎn)生較強(qiáng)電暈的放電電壓高些。

使用電暈帶電機(jī)理[17]脫去粉煤灰中的炭組分的技術(shù)的工作原理是：當(dāng)粉煤灰由溜灰槽進(jìn)入直流電場后，其碳粒和灰粒均帶上電荷，導(dǎo)電性能比較好的碳粒與金屬圓筒接觸，立即將所帶電荷傳遞給圓筒，隨著旋轉(zhuǎn)的慣性、離心力和重力的作用，碳粒離開圓筒掉入圓筒前部的碳收集槽中。當(dāng)導(dǎo)電性能較差的灰粒由于比電阻大，不能將所帶電荷迅速給出而繼續(xù)帶電，在電場力的作用下克服圓筒的慣性力、離心力及重力作用而吸附在圓筒上，隨著圓筒的旋轉(zhuǎn)，灰被帶入圓筒的后部，用毛刷強(qiáng)行刷落，掉入灰收集槽中，達(dá)到碳灰分離的目的。

4. 結(jié)語

綜上所述，流態(tài)化方法針對(duì)不同粉煤灰可以采用先分級(jí)后分選的技術(shù)方案，技術(shù)難度較小，便于工業(yè)化實(shí)施，但是粗粉中碳的富集度較低，含量往往不到30%利用價(jià)值低，造成粉煤灰的二次加工排放。浮選法的缺點(diǎn)是消耗藥劑；而且粉煤灰中空心顆粒密度小容易漂浮，混雜到碳顆粒中，可選性差；再者浮選所得的粉煤灰還必須經(jīng)過真空過濾脫水，然后再進(jìn)行烘干才能使用，因此粉煤灰的處理成本較高。燃燒法除碳的工藝技術(shù)控制難度較大，要求把設(shè)施建設(shè)在發(fā)電廠內(nèi)，這樣才能利用發(fā)電廠回收熱量的發(fā)電設(shè)施；并且該技術(shù)還要求所處理的粉煤灰殘?zhí)己枯^高而且要穩(wěn)定，否則需要補(bǔ)充燃料，提高了運(yùn)行成本。相比之下，電選法脫碳技術(shù)比較合理，工藝流程相對(duì)簡單，對(duì)粉煤灰的含碳量要求不高，產(chǎn)品一次加工即可，運(yùn)行成本較低。

參考文獻(xiàn):

1. 邊炳鑫,解強(qiáng),趙由才,等.煤系固體廢物資源化技術(shù)[M].第一版.北京:化學(xué)工業(yè) 出版社,2005:121.

2. 古德生,胡家國.粉煤灰應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].采礦技術(shù),2002(6).

3. 邊炳鑫,解強(qiáng),趙由才,等.煤系固體廢物資源化技術(shù)[M].第一版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:123.

4. 中國建筑材料科學(xué)研究院，中國長江科學(xué)科學(xué)院．GB/T1596—2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.4.

5. 劉伯,沈旦申,陳以理,吳學(xué)禮.上海粉煤灰應(yīng)用手冊(cè)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1995.

6. M．D．A．Thomas，J．B．Cripwell and P．L．Owens．Fly ash in concrete：An overview of more than 30 years of experience in the United Kingdom[A]．10th International Ash Use Symposium[C]．Orilando，F(xiàn)lorida，USA，Jan．10~21，1993．37.

7. K．Wesche．Fly ash in concrete：Properties and performance[M]．London：Chapman & Hall，1991

8. 邵靖邦,等.粉煤灰中的殘余炭[J].煤炭轉(zhuǎn)化,1997,20, (4).

9. R．C．Joshi，V．M．Malhotra．Relationship between pozzolanic activity and chemical and physical characteristics of selected Canadian fly ashes[A]．Materials Research Society Symposia Proceedings[C]，Pittsburgh，Pennsylvania，1987. 113.

10. 黎強(qiáng),等.煤灰脫炭的流態(tài)化實(shí)驗(yàn)研究[J],煤炭轉(zhuǎn)化.2002年10月第25卷第4期.

11. 石云良,等.粉煤灰脫炭技術(shù)[J],礦產(chǎn)綜合利用.1999年4月,第2期.

12. 何新露,等.粉煤灰選炭的試驗(yàn)研究[J],粉煤灰.1999年,第3期.

13. H·R·馬諾切赫里,等.電選法基礎(chǔ)理論評(píng)述[J],國外金屬礦選礦.2002年7月:4.

14. 黎強(qiáng),等.粉煤灰的微觀結(jié)構(gòu)與脫炭方法的實(shí)驗(yàn)比較[J],選煤技術(shù).2003年2月,第1期.

15. R·奇庫.粉煤灰中未燃盡煤的靜電分選[J],國外金屬礦選礦.1999年,第1期.

16. 張全國,等.粉煤灰高壓靜電脫炭工藝特性的試驗(yàn)研究[J],粉煤灰.2002年,第5期.

17. 成志英.熱電廠粉煤灰回收炭的探討[J],大氮肥.2000年,第23卷,第5期.