第三屆全國磨細礦渣、粉煤灰和煤矸石加工利用應(yīng)用技術(shù)大會

第三屆全國磨細礦渣、粉煤灰和煤矸石加工應(yīng)用技術(shù)大會國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢報告崔源聲建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所2005年8月18日長沙為什么要關(guān)注磨細礦渣、粉煤灰和煤矸石？1.巨大的數(shù)量磨細礦渣（包括鋼渣）：近2億噸；粉煤灰（包括爐底灰）：近3億噸；煤矸石（包括煤系高齡土）：2—3億噸；2.與建材工業(yè)密切相關(guān)90%以上的工業(yè)廢渣都可以用于生產(chǎn)建材產(chǎn)品我國水泥產(chǎn)量去年9.7億噸，可以一半用廢渣代替。3.發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展(1)資源枯竭；（2）能源短缺；（3）環(huán)境保護構(gòu)筑生態(tài)產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展粉煤灰的化學(xué)成分登封發(fā)祥電廠粉煤灰的化學(xué)成分(%)

成分燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3

K2O+Na2OTiO2總和/%含量10～1548～5720～25＜41.5～2.00.4～0.8＜0.81.0～1.5煤矸石的化學(xué)成分

煤矸石化學(xué)成分燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OTiO2總和/%含量/%13．1255．5018．155．423．381．230．641．670．6499．95磨細礦渣的化學(xué)成分化學(xué)成分燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2O含量/%≦331.8216.071.8737.788.46≦3美國燃煤產(chǎn)品:

機會和挑戰(zhàn)水銀工作組印地安那州環(huán)境管理部Indianapolis2005年3月17日DavidGoss美國煤灰協(xié)會CCP—燃煤產(chǎn)品的產(chǎn)量 美國用電量的50%來自燒煤電廠煤占美國燃料儲藏量的85%每年產(chǎn)生的燃煤產(chǎn)品(CCPs)1.21億噸其中38%的燃煤產(chǎn)品得到了有效利用目標:2010年增長到50%利用率還在增長

2003

2002粉煤灰 38.6% 34.8%爐底灰 45.5% 38.8%濕法煙氣脫硫 68.1% 69.7%干法煙氣脫硫 39.7% 13.6%鍋爐渣 95.6% 80.7%空氣質(zhì)量要求清潔空氣法令和補充條例要求必須實行空氣排放控制，減少SOx和NOx要達到要求可能需要轉(zhuǎn)換燃料或混合使用燃料電廠排放系統(tǒng)的選擇一般受操作和經(jīng)濟性的驅(qū)動，不把灰的利用放在主要位置.法律要求的某些影響安裝新的空氣排放控制系統(tǒng)可能會對氣流引進填加劑和吸附劑并對灰產(chǎn)生影響可能產(chǎn)生完全新的材料生產(chǎn)者和營銷人員將需要對最終用戶進行培訓(xùn)，讓他們了解這些變化其他因素使用低硫煤，減少SOx美國西部的燃料一般比東部的煙煤硫含量低來自兩個地區(qū)的混合煤可能有吸引力這些變化對粉煤灰的影響，比如…原來可以銷售的粉煤灰可能會受到新原料來源排放控制系統(tǒng)的影響（中國也有類似問題）F級粉煤灰（低鈣）被C級（高鈣）粉煤灰取代來自混合燃料的灰可能不具備相同的特性或性能終用戶一般不愿意接受這些變化水銀的情況如何?提議的法規(guī)將要求在今后的5到7年里明顯地減少水銀的產(chǎn)生量美國的電廠每年約產(chǎn)生48噸-是美國總量的3%可以大量捕獲水銀（汞--Hg）的技術(shù)有不少，但是可能會影響灰的利用水銀的捕獲技術(shù)如果碳加入到煙氣系統(tǒng)中，粉煤灰的質(zhì)量將受到負面的影響其他的一些吸附劑或技術(shù)或許能或不能影響粉煤灰，還在研究中捕獲系統(tǒng)的位置也會影響到粉煤灰的質(zhì)量汞和粉煤灰研究還在繼續(xù)進行，以定義捕獲技術(shù)的影響在某些研究中，灰實際上吸收了環(huán)境的汞本工業(yè)將根據(jù)實際風險繼續(xù)適當?shù)毓芾矸勖夯液推渌济寒a(chǎn)品有關(guān)粉煤灰汞的信息一般Hg的含量少于1ppm（百萬分之一）Hg不容易從粉煤灰中過濾出來(SPLP吸取少于15/萬億）（15partspertrillion.)在活性碳的實驗中,小于5ppt（5/萬億）.這個數(shù)字低于飲用水標準3個數(shù)量級。煙煤和次煙煤生成的粉煤灰在常溫下可以從環(huán)境空氣中顯著地吸收汞?；钚蕴蓟铱梢晕崭嗟墓?。粉煤灰在混凝土中的使用每年大約1250萬噸好處：改進性能,增強耐久性,對可持續(xù)的產(chǎn)品作出貢獻和減少建筑的生命周期費用?；旌戏勖夯液推渌o助性的水泥性材料是一個增長的市場對較低強度需求的混凝土作為流動性的填充物。利用–結(jié)構(gòu)充填結(jié)構(gòu)充填可以利用大量的燃煤產(chǎn)品ASTM有標準交流經(jīng)驗和案例研究促進燃煤產(chǎn)品的使用可以作為一項替代使用其他材料的環(huán)境友好的方案—保護天然材料為經(jīng)濟的發(fā)展可以得到社會的支持利用–生產(chǎn)水泥粉煤灰、底灰和合成石膏都可以用于水泥生產(chǎn)潛在的一個大的市場機會帶有大量未燃碳的燃煤產(chǎn)品可以用于配料可以讓水泥生產(chǎn)者節(jié)省礦山資源、延長礦山壽命、推遲擴建的需求礦物含量可以幫助來平衡對其他原料的的需求運輸方面的優(yōu)勢，比如回程載貨利用–礦山應(yīng)用粉煤灰,底灰,煙氣脫硫和其他燃煤產(chǎn)品都可以用于：恢復(fù)廢棄的土地和開墾現(xiàn)有的礦山場地減輕酸性的礦山排水減少沉陷和提高公共安全改善整個礦山地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量其他用途固化土壤和棕色田地的修補集料和路基材料瀝青中的礦物填充劑農(nóng)業(yè)和土壤利用蓋頂和屋面材料其他用途–續(xù)地面和建筑方面的利用與再循環(huán)的塑料和纖維一起合成木質(zhì)產(chǎn)品混合肥料和人造土冰雪融化劑廢液固化金屬鑄件煙氣脫硫（FGD）今后10年FGD材料的產(chǎn)量將顯著增加合成石膏的新市場或現(xiàn)有市場的飽和?合成石膏的主要市場是墻板(9百萬噸)干法氣體凈化系統(tǒng)可能會限制許多機會其他用途–農(nóng)業(yè),水泥生產(chǎn),地質(zhì)技術(shù)

煤燃燒產(chǎn)品合作伙伴--C2P2聯(lián)合的政府-工業(yè)倡議美國國家環(huán)保局等單位發(fā)起--EPA,DOE,FHWA,ACAAandUSWAG130多個成員參加拓展,教育性的共識出版物研討會C2P2–資源保護挑戰(zhàn)的部分更加綠色化的高速公路規(guī)劃、設(shè)計和建造與環(huán)境相協(xié)調(diào)的高速公路再循環(huán)材料的優(yōu)化燃煤產(chǎn)品,鑄造砂或礦渣做基層、結(jié)構(gòu)充填和景觀美化在鋪人行道方面，使用燃煤產(chǎn)品、礦渣、硅灰、廢膠末和再生集料利用工業(yè)副產(chǎn)品生產(chǎn)再造土壤結(jié)論該工業(yè)還在繼續(xù)演變挑戰(zhàn)意味著機會使用燃煤產(chǎn)品的綠色效益減少溫室氣體,節(jié)省天然原料,減少填埋的需求實現(xiàn)目標需要溝通客觀事實和面向可持續(xù)發(fā)展灰的再利用具有大的經(jīng)濟效益歐洲燃煤產(chǎn)品協(xié)（CCPs)會報告2003年，歐盟15國的電廠燃煤產(chǎn)品6500萬噸；68%為粉煤灰，爐底灰9%，17%為煙氣脫硫石膏…粉煤灰在南非的利用和發(fā)展每年粉煤灰的產(chǎn)量2000萬噸左右；每年的熟料的生產(chǎn)能力1000萬噸左右；1980年，粉煤灰應(yīng)用量2萬噸；2005年應(yīng)用量達到200萬噸；已經(jīng)認識到粉煤灰的價值：主要用于生產(chǎn)混合水泥，或部分代替水泥生產(chǎn)混凝土混合水泥的配比和加工方法：混合水泥中含有15%--35%的分選粉煤灰；如果生產(chǎn)高性能的混凝土—自流平、自密實、高塌落度的混凝土，分煤灰和熟料分別粉磨，然后混合在一起。若干應(yīng)用領(lǐng)域舉例除了預(yù)制件如隧道的內(nèi)部襯里、鐵路軌枕、蒸養(yǎng)的纖維水泥板和管道外，還利用粉煤灰和爐底灰生產(chǎn)磚和砌塊、塑料制品的填充劑；生產(chǎn)的高性能混凝土可以達到1000到1500號；磨細到8個微米以下，代替硅灰；農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用：改良土壤，明顯增加糧食產(chǎn)量；對玉米、豆類和草都有效果若干應(yīng)用領(lǐng)域舉例實驗發(fā)現(xiàn)利用粉煤灰可以恢復(fù)煤礦對土壤的破壞，促進植物重新生長；傳統(tǒng)的方法是用石灰石來恢復(fù)金礦對土壤的污染，實驗發(fā)現(xiàn)粉煤灰更經(jīng)濟；此外，利用粉煤灰還可以用來處理城市下水道淤泥，進行加熱和殺菌，然后可以成為很好的土壤改良劑；用做耐火和保溫材料可以耐1400--1500°C高溫石粉技術(shù)預(yù)防煤礦的瓦斯爆炸石粉技術(shù)是一種廣泛用于地下礦井的防爆技術(shù)；一般用石灰石粉涂在礦井的壁上和小包懸掛在隧道的頂部；在甲烷（沼氣）爆炸時，石粉可以稀釋煤塵，此外小袋石粉在爆炸破碎時可以釋放出惰性粉末，熄滅礦難大火的進一步漫延；研究表明，粉煤灰可以代替和強化石粉，降低成本，減少運輸費用俄羅斯的粉煤灰利用情況2005年的粉煤灰產(chǎn)量2500萬噸；前蘇聯(lián)時曾達到5000萬噸的產(chǎn)量；利用率20%左右；主要用于生產(chǎn)混凝土利用水平不是太高，濕排灰用水比較大，高達1/50；我國的報道為1/10；今后煤炭的應(yīng)用和粉煤灰的應(yīng)用都將同步增長澳大利亞粉煤灰的研究和應(yīng)用目前的產(chǎn)量為1200萬噸；自然發(fā)展，2050年將達到3000萬噸；根據(jù)研究和預(yù)測，未來如果技術(shù)改變和環(huán)境問題限制，2050年有可能降到600萬噸；技術(shù)工藝改變主要指煤的氣化技術(shù)；產(chǎn)生大量的氣化渣，除碳后也可以像粉煤灰一樣利用，南非也有類似的發(fā)展態(tài)勢。我國煤矸石、粉煤灰和高爐礦渣的加工和利用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢煤矸石的產(chǎn)量煤矸石的產(chǎn)量占當年煤炭產(chǎn)量的10—15%

據(jù)報道，預(yù)計2005年全國煤炭產(chǎn)量將達到20億噸。與多家能源機構(gòu)預(yù)期中國將到2010年實現(xiàn)產(chǎn)煤19億噸的目標相比整整提前了6年。由此推算每年煤矸石的產(chǎn)量為：2—3億噸中國粉煤灰的數(shù)量、應(yīng)用和前景中國是世界上最大的生產(chǎn)和消耗煤炭的國家，特別是改革開放以來，電力工業(yè)迅猛發(fā)展，導(dǎo)致粉煤灰排放量逐年銳增。根據(jù)Manz(1995)的統(tǒng)計，1992年全世界粉煤灰及爐底灰排放量為4.5億噸，中國1995年粉煤灰排放量為1.15億噸，2000年粉煤灰的排放量達到1.6億噸，2004年中國粉煤灰排放量已經(jīng)達到2.3億噸。中國粉煤灰的應(yīng)用方向目前綜合利用粉煤灰的技術(shù)和方法較多，根據(jù)其所依托的技術(shù)和層次，可將其大致地劃分為三大類：（1）低技術(shù)利用●筑路●回填●造地改良土壤（2）中技術(shù)利用●混凝土摻合料●砂漿摻合料●水泥●墻體材料（3）高技術(shù)利用●灰熔合金●塑料、橡膠、油漆的填充料●提取金屬或金屬氧化物?！窭贸毞勖夯胰〈璺邸Ｖ袊勖夯业膽?yīng)用方向示意圖粉煤灰資源預(yù)測

根據(jù)預(yù)測，由于中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，對電力的需求將長期保持旺盛，發(fā)電總量將會保持10%左右的增長速度。而火電在其中所占份額將達到70%以上。預(yù)計到2010年，火電發(fā)電量交達到28593億kWh，將產(chǎn)生3.78億噸粉煤灰。粉煤灰應(yīng)用的現(xiàn)狀和前景

目前國外力求擴大粉煤灰的用途，采取的措施主要是調(diào)整混凝土配合比和采用高效減水劑。在混凝土中摻粉煤灰有多種形式，如等量取代、等強取代和超量取代。等量取代，即混凝土中膠凝材料摻量不變，用粉煤灰取代部分水泥。等強取代，即取代后膠凝材料摻量由28天強度決定。超量取代是混凝土中膠凝材料的總量增加，但純水泥的用量可以減少，這樣，既能保證各種性能還能節(jié)約資源能源。我國也已經(jīng)逐漸接受了這種觀點并采取了種種措施來鼓勵對粉煤灰，特別在水泥及混凝土中的應(yīng)用，如國家制訂了企業(yè)生產(chǎn)的水泥產(chǎn)品中粉煤灰摻量達到30%以上，可以減免企業(yè)所得稅等許多財政、產(chǎn)業(yè)政策。目前，上海、湖北、北京等許多地區(qū)粉煤灰已經(jīng)出現(xiàn)了供不應(yīng)求的態(tài)勢，全國有20多個電廠的粉煤灰利用率已經(jīng)達到了100%，粉煤灰作為一種資源已經(jīng)得到了社會的認同。研究表明，混凝土的配制方式有兩種，粉煤灰在施工現(xiàn)場或混凝土攪拌站直接摻入是一種方式，另一種方式是在水泥廠中在粉磨之前摻入磨中與水泥熟料一起粉磨。近來國外也主張要發(fā)展高摻量粉煤灰混合水泥。因為水泥廠摻粉煤灰有很多優(yōu)點，煤粉灰在磨細過程中得到機械活化。特別是低級粉煤灰和粗粉煤灰，比表面積增加之后可大大激發(fā)其化學(xué)活性，同時在水泥廠中可嚴格控制配合比，對于小型工程可免去運送，儲存粉煤灰的流程和設(shè)備。

粉煤灰應(yīng)用的現(xiàn)狀和前景因此，利用粉煤灰生產(chǎn)水泥產(chǎn)品，提高粉煤灰在水泥中的摻加量已經(jīng)成為行業(yè)的共識，這也說明將來粉煤灰將作為重要的水泥混合材料在水泥行業(yè)中得到更多應(yīng)用，在水泥混合材中所占比例也將會越來越大。50%的摻加量是一個比較流行的提法。在大壩混凝土中早已實現(xiàn)。鋼渣在水泥行業(yè)中的應(yīng)用

鋼渣是煉鋼過程的一種副產(chǎn)品。它是冶煉過程金屬料（鐵水和廢鋼）中的雜質(zhì)被氧化劑氧化而生成的氧化物再與造渣劑和爐襯發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而形成的產(chǎn)物的總稱。根據(jù)統(tǒng)計資料表明，每生產(chǎn)一噸鋼，平均要排出0.15—0.25噸鋼渣。參照中國鋼產(chǎn)量，可以確定中國鋼渣產(chǎn)生數(shù)量及其分布情況。中國鋼產(chǎn)量及鋼渣數(shù)量（萬噸）

數(shù)據(jù)來源：中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會

年份鋼產(chǎn)量鋼渣產(chǎn)生量2000年12850.001750.462001年15163.002279.702002年18238.002715.532003年22012.003312.872004年27246.004086.90可以看出，中國鋼渣產(chǎn)生量2004年已經(jīng)超過了4000萬噸，比2000年增長了2倍多。然而由于鋼渣質(zhì)硬、塊大、不易破碎，水淬技術(shù)不很成熟，利用較難，在利用率上遠遠低于礦渣等工業(yè)副產(chǎn)品。在應(yīng)用范圍上，鋼渣一方面可以制成鋼渣碎石，在冶金生產(chǎn)中代替石灰石或石灰作熔劑,做煉鋼返回渣等，并可同時從中回收金屬鐵和其它元素。此外鋼渣碎石還適宜作為路基材料和生產(chǎn)肥料。另一方面，堿性煉鐵爐的鋼渣經(jīng)水淬后可經(jīng)磁選回收鋼。選余渣可用于制造磷肥以及與礦渣等活性混合材一起作為混合材生產(chǎn)鋼渣水泥等水泥產(chǎn)品。九十年代以來，國內(nèi)建設(shè)了一些規(guī)模相對較大的鋼渣水泥廠，如太鋼東山水泥廠，年產(chǎn)25萬噸；新疆昌吉頭屯河水泥廠，年產(chǎn)15萬噸；內(nèi)蒙古烏蘭浩特鋼廠的鋼渣水泥廠，年產(chǎn)25萬噸；北京建源合特種水泥廠，年產(chǎn)10萬噸。由于鋼渣水泥生產(chǎn)工藝簡單，鋼渣水泥廠的投資比普通水泥廠約節(jié)省50%，鋼渣水泥的生產(chǎn)成本比普通水泥成本約低30%，目前，全國有30余家鋼渣水泥廠，年產(chǎn)量400萬噸左右。中國鋼渣資源分布情況

中國鋼的生產(chǎn)主要集中在經(jīng)濟較為發(fā)達的華北、華東、中南及華東地區(qū)，其中河北、遼寧、上海、江蘇、山東、湖北、山西等7省（市）鋼產(chǎn)量超過1000萬噸，河北省年增鋼量超過1400萬噸。與此相適應(yīng)，我國鋼渣資源也主要分布在華北、華東、中南和東北地區(qū)，所占比例分別為45.0%、22.8%、14.0%及10.9%。這與我國水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的地區(qū)分布是相適應(yīng)的，這也說明了水泥工業(yè)作為礦渣消納的主要行業(yè)，對礦渣的使用呈現(xiàn)出本地化的市場特點。各種廢渣在水泥工業(yè)的應(yīng)用根據(jù)統(tǒng)計表明，我國水泥產(chǎn)品中水泥混合材的摻加量平均為24%～26%。根據(jù)調(diào)查，2004年中國水泥產(chǎn)量9.70億噸，水泥工業(yè)用作混合材的廢渣和天然資源約2.1億噸左右。

數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、ITIBMIC做水泥混合材的各種廢渣比例水泥工業(yè)中混合材的主要種類

混合材性質(zhì)潛在水硬性火山灰質(zhì)水硬性低活性或惰性其它名稱粒化高爐礦渣錳鐵礦渣化鐵爐渣鉻鐵渣?；姞t磷渣增鈣液態(tài)渣石灰石粉煤灰煤矸石沸騰爐渣液態(tài)渣煤渣硅灰稻殼火山灰凝灰?guī)r浮石沸石硅藻土蛋白石鋼渣含鈦礦渣銅渣釩泥窯灰冶煉每噸生鐵一般產(chǎn)生爐渣300～600kg,其多少主要由入爐鐵礦石的含鐵量而定。鐵礦石含鐵量越少,脈石含量就越多,相應(yīng)的加入的熔劑和燃料就越多,所以渣含量就越大,中國一些地方小高爐利用當?shù)刭Y源煉鐵,渣含量會超過600kg/t。根據(jù)統(tǒng)計資料表明，中國每冶煉一噸生鐵，產(chǎn)渣量約為0.4噸左右。自2003年起，中國生鐵冶煉產(chǎn)量已經(jīng)超過了2億噸，每年礦渣產(chǎn)量在1億噸以上。其中，80%左右將作為混合材用于水泥生產(chǎn)，其他主要用于混凝土、墻體材料、生產(chǎn)道路建設(shè)等用途。

中國礦渣應(yīng)用途徑

礦渣的主要用途（1）高爐渣經(jīng)水淬成為水渣，磨細后可作為水泥的良好混合材料，可制磚瓦、混凝土砌塊等，水渣還可以用作道路材料，穩(wěn)定地基材料等。（2）將熔融高爐渣潑成5～10cm厚渣層，噴水凝固，再經(jīng)破碎篩分為碎石，可作為抗磨蝕、耐火材料，用作混凝土骨料和道路材料，用于公路、橋梁、機場、工民建筑等。（3）高爐渣也可經(jīng)其它一些處理方式，形成浮石、膨珠、渣棉等，用作不同用途的建筑材料。2004年中國礦渣資源分布（單位：百萬噸）

地區(qū)生鐵礦渣增長率（%）全國251.85104.0124.49北京7.893.26-0.26天津4.711.9546.71河北52.5721.7124.94山西17.807.350.05內(nèi)蒙古6.482.68

8.00遼寧25.1710.3919.24吉林3.261.352.48

黑龍江1.190.491.75上海13.555.593.98江蘇16.256.7168.67浙江1.810.752.28安徽9.663.9934.97福建3.031.2542.85江西6.412.6522.30河南78432415.66湖北116748211.00湖南79332840.88廣東40916915.59廣西33814030.39海南002001-64.35重慶247102