炉渣和粉煤灰制备免烧砖的工艺设计及效益分析

孔德顺，王鲁凤

（六盘水师范学院 化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004）

贵州是我国南方重要的煤炭基地，其煤炭储量居国家重点建设的十四大煤炭基地之一--云贵煤炭基地之首，也是国家“西电东送”的主战场之一，在向东部地区输送大量电力的同时，也产生了大量的炉渣和粉煤灰等工业废弃物，其中粉煤灰是燃煤电厂除尘器排出的细小颗粒灰尘，炉渣燃煤锅炉底部排出的废弃物，这些废弃物占用了大量的土地，还带来生态等负面影响[1]。我国2017 年5 月颁布的《资源领域“十三五”科技创新专项规划》指出：要攻克大宗工业固体废物循环利用技术，建立固体废弃物资源循环利用技术体系。由于这些废弃物的利用率低，所以制约了燃煤电厂的发展。

当今，我国城市的建设也是日新月异，西南地区的城市建设也随之进入了新时代，随着我国城镇化进程的推进，城市建设所需的建材大量增加，其中墙体砖的需求量也大幅增加，但由于生产黏土砖需要消耗黏土，能耗大而逐渐被淘汰，而免烧砖多以工业废弃物（炉渣、粉煤灰、水泥、河沙等）为主要原料制造[2]，不消耗黏土、无需烧结，成型后经过养护即可达到建材行业相关标准，所以使用电厂炉渣、粉煤灰为原料来制免烧砖，可以减轻电厂压力，利国利民。

贵州某电厂每年产生超过150 万吨的炉渣和粉煤灰，其中炉渣约50 万吨。目前，尚无大规模利用的技术，主要的处理方式是堆放，随着生产的进行，该电厂排放的废弃物不断增加，不仅占用了大量土地，还耗费巨额资金、污染环境，危害较大[3]。为此，本文对利用炉渣和粉煤灰制备免烧砖进行了可行性分析。

1 炉渣、粉煤灰制砖技术现状

1.1 制烧结砖

利用电厂炉渣、粉煤灰等来生产烧结砖是常见的固体废弃物综合利用方法，随着人们对环保问题的日益重视，对空气质量要求的日益提高，人们意识到炉渣、粉煤灰等废弃物制造烧结砖带来的二次污染问题，尤其是利用含硫高的电厂炉渣、粉煤灰，采用烧结工艺制砖比烧制普通黏土砖对大气污染还严重，掺量越大，污染越严重[4]。

烟气脱硫又增大了生产成本，因此，要避免粉煤灰/炉渣烧结砖燃烧时所排放硫氧化物对大气的“二次污染”。

1.2 高温蒸汽养护免烧砖

粉煤灰及炉渣还有采用添加熟石灰、石膏来生产蒸压粉煤灰砖的方法，该法虽比粉煤灰烧结砖在有害物排放方面下降了许多。但是，该技术需要在较高温度下进行蒸汽养护[5]，生产蒸汽需要消耗燃料，这不符合低碳生态发展的要求。

1.3 存在的问题

上面的两种利用方法，都存在二次污染的问题，所以，应当从源头控制和减少污染，从而实现新型墙体材料可持续发展。为此，发展非烧结常压常温养护的炉渣烧结砖是一个节能环保的方法。

2 工艺路线的设计及特点分析

2.1 工艺流程

该工艺以贵州某电厂的炉渣和粉煤灰为主要物料，经脱水以后，配以水泥等辅料，经陈化后加压成型；常温常压养护后获得免烧砖，具体的工艺流程如图1 所示。

图1 电厂炉渣和粉煤灰制备免烧砖的工艺流程

2.2 工艺特点

1）煤渣、粉煤灰和水泥按照一定的比例混合，使原料中的硅、铝、铁、钙四大主量元素的含量满足生产需求，本项目就是针对电厂废渣和粉煤灰的特点进行级配，达到节约配料，充分利用炉渣及粉煤灰的目的。

2）采用程序加压进行成型，以尽可能排出砖坯中的空气、水分，有利于各种级配、各种颗粒间的交互搭接，使砖坯达到较高的均匀度、密实度和强度[6]。

3）成型后采用常温常压养护，气温较低时采取保温措施，充分利用水泥硬化产生的热量进行温度调节，促进了水化反应的进行，无需蒸气生产装置，砖块又不产生裂纹，提高了成品砖的品质，增强了砖的强度，产品可以达到国家建材标准（GB/T2542 砌墙砖试验方法）。

4）该工艺制备的砖，表面粗糙度适中，其具有较大的比表面积，其粘结性和施工稳定性较好，在抹墙时，无需挂网，这提高了强度和效率且导致成本降低。

3 效益分析

3.1 经济效益分析

目前该电厂的炉渣尚无开发利用的技术和手段，采用的处理方法是堆积，占用了土地，且造成生态等一系列问题。据统计，处置1 吨电厂废弃物需要十余元的费用，而开发这两种工业废渣，这不但降低了电厂的生产成本，而且为生产免烧砖提供了非常可靠的原料，也降低了制品的生产成本。

如果投资1500 万元建设一个年产1 亿块标砖的工厂，按炉渣、粉煤灰掺量70%～80%计，每年消耗炉渣量可达14 万吨，可盈利500-600 万元/年，3 年左右可以收回全部投资，可极大缓解电厂的炉渣及粉煤灰堆放问题；如果扩大规模，可以实现该电厂炉渣的全消化，经济效益十分可观。

3.2 社会效益分析

随着国民经济的持续发展，广大人民群众收入水平大幅度增长，消费水平和消费结构有很大变化，推动了城镇化进程，住宅产业化成为社会消费结构的亮点，这增加了墙材的市场需求[7]，2019 年，贵州省墙材的市场需求量将达到近270亿标块。

所以，项目建成投产后，对发电企业可以起到示范作用，也为节约资源、能源和发展循环经济找到了好的途径，同时可以为社会提供更多的就业岗位，为构建社会主义和谐社会做出贡献，其社会效益是显而易见的。

3.3 环境效益分析

对发电厂产生的废渣通过综合开发、资源化利用转化为具有高附加值的建材新产品，形成产业链有利于发展循环经济、实现清洁生产，变“末端治理”为“源削减”，减少了电厂废渣外排对环境造成的污染，为实现清洁生产创造条件，且不产生二次废物，环境效益显著。

4 结语

综上所述，利用粉煤灰和炉渣，制备节能节土的免烧砖代替实心粘土砖，符合《清洁生产促进法》的相关要求，将使电厂废弃物得到大规模的消耗，使之变成高价值的产品，经济效益、社会效益、环境效益显著，有利于经济社会的可持续健康发展。