摘要：粉煤灰是燃煤發(fā)電廠的廢棄物，目前我國(guó)粉煤灰的利用率僅為40%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。所以加強(qiáng)粉煤灰的開發(fā)利用的研究工作，不僅有利于減少環(huán)境污染，而且可以造福全社會(huì)。本文介紹了目前粉煤灰在建材制造、建筑工程、道路工程、農(nóng)業(yè)、廢水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及未來(lái)的應(yīng)用前景。


根據(jù)目前的利用現(xiàn)狀，提出粉煤灰的綜合利用應(yīng)以大批量用灰為重點(diǎn)，把提高經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益有機(jī)結(jié)合作為主攻方向，逐步完善比較成熟的技術(shù)，大力推廣成熟的技術(shù)，積極采用國(guó)際先進(jìn)技術(shù)和裝備，不斷提高利用技術(shù)水平。另外還要不斷拓寬粉煤灰的利用范圍，開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。

總之，粉煤灰的綜合利用不僅有利于消除污染，保護(hù)環(huán)境，而其能夠變廢為寶，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，是我國(guó)一項(xiàng)長(zhǎng)期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；節(jié)能減排；粉煤灰；綜合利用

粉煤灰是燃煤發(fā)電廠的廢棄物。火電廠的鍋爐一般以煤粉為主要燃料，煤粉在高溫下燃燒后，由煙道氣帶出并經(jīng)除塵器收集的粉塵。燃燒后產(chǎn)生大量的粉煤灰，必須花費(fèi)大量人力物力，貯存處理，并對(duì)周圍環(huán)境造成污染。近年來(lái)粉煤灰的綜合利用得到各方面的廣泛重視。

近年來(lái)隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電廠粉煤灰的排泄量不斷增加。1995年粉煤灰排放量達(dá)1.25億噸，2000年約為1.5億噸，到2009年達(dá)到3.75億噸，給我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。另一方面，我國(guó)又是一個(gè)人均占有資源儲(chǔ)量有限的國(guó)家，粉煤灰的綜合利用，變廢為寶、變害為利，是解決我國(guó)電力生產(chǎn)環(huán)境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手段，也是電力生產(chǎn)節(jié)能減排所面臨解決的任務(wù)之一。

1粉煤灰的物理化學(xué)性質(zhì)

1.1粉煤灰的物理化學(xué)性質(zhì)

粉煤灰的物理性質(zhì)包括密度、堆積密度、細(xì)度、比表面積、需水量等，這些性質(zhì)是化學(xué)成分及礦物組成的宏觀反映。由于粉煤灰的組成波動(dòng)范圍很大，這就決定了其物理性質(zhì)的差異也很大。我國(guó)粉煤灰粒徑一般在0.5～300μm之間，平均容量為783kg/m3，平均比重為2.14g/cm3。

在粉煤灰的形成過程中，由于表面張力作用，粉煤灰顆粒大部分為空心微珠；微珠表面凹凸不平，極不均勻，微孔較小；一部分因在溶融狀態(tài)下互相碰撞而連接，成為粗糙表面，棱角較多的蜂窩狀粒子，正是基于此粉煤灰具有非常大的比表面積，一般為1600～3500cm2/g，需水量比約為106%。

1.2粉煤灰的化學(xué)性質(zhì)

粉煤灰主要的化學(xué)成分是SiO2、Al2O3和Fe2O3，另外還含有未燃盡的碳粒、CaO和少量的MgO、Na2O、K2O等。這些化學(xué)成分主要以玻璃體、海綿狀玻璃體、石英、氧化鐵、碳粒、硫酸鹽、云母、長(zhǎng)石、石灰、氧化鎂、石膏、硫化物、氧化鈦等礦物的形式存在。

粉煤灰是一種人工火山灰質(zhì)混合材料，它本身略有或沒有水硬膠凝性能，但當(dāng)以粉狀及水存在時(shí)，能在常溫，特別是在水熱處理(蒸汽養(yǎng)護(hù))條件下，與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬膠凝性能的化合物，成為一種增加強(qiáng)度和耐久性的材料[1]。

2粉煤灰主要的用途

2.1在建筑方面的應(yīng)用

粉煤灰建筑方面上的應(yīng)用是目前最大的用途，主要技術(shù)有：粉煤灰水泥，混凝土摻合料，道路工程等。粉煤灰具有和粘土相類似的化學(xué)成分，它可以代替粘土組分進(jìn)行配料生產(chǎn)水泥[2,3]。已研制出硅酸鹽水泥、硅酸三鈣水泥、硫酸鋁酸鈣水泥等，有的粉煤灰摻量可達(dá)75%。

由于粉煤灰中含有一定量的未能燃燒的碳粒，所以用粉煤灰配料還能節(jié)省燃料。用粉煤灰代替部分粘土燒制的磚。它的性能與普通磚相比，強(qiáng)度相同，而重量約輕20％，導(dǎo)熱系數(shù)小，能改善物理性質(zhì)，磚坯不易風(fēng)裂，易于干燥，可減少晾坯時(shí)間和場(chǎng)地，可少用燃料，降低單耗，節(jié)約能源。產(chǎn)品使用時(shí)與燒結(jié)普通磚完全相同，便于應(yīng)用。

用于燒磚的粉煤灰質(zhì)量要求較低，化學(xué)成分無(wú)特殊要求。粘土塑性指數(shù)越高，可摻入粉煤灰的比例越大。例如塑性指數(shù)在11時(shí)，約可接粉煤灰30％（體積比）左右。

粉煤灰用作混凝土摻合料，可改善混凝土的性能，節(jié)約水泥，降低成本，成為粉煤灰綜合利用的一條有效途徑。1980年法國(guó)在混凝土中直接摻加的粉煤灰達(dá)36萬(wàn)噸，英國(guó)為50萬(wàn)噸，美國(guó)等國(guó)家的商品混凝土70～80％都摻加粉煤灰。

上海在1988年摻入混凝土中的粉煤灰達(dá)6萬(wàn)多噸，僅以節(jié)約水泥估算，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值1000余萬(wàn)元，降低工程造價(jià)700余萬(wàn)元。在混凝土中摻加粉煤灰綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。一般每立方米混凝土中磨細(xì)灰用量50～90kg，節(jié)約水泥幅度為37～57kg。砌筑砂漿中可用磨細(xì)灰取代25～30％水泥，相應(yīng)可節(jié)約混凝土或砂漿成本3～5％。

摻用磨細(xì)灰還可以大幅度降低水泥混凝土的單位能耗，150～200號(hào)普通混凝土單位能耗為66kg標(biāo)準(zhǔn)煤/立方米，用70kg磨細(xì)灰代50kg水泥的150～200號(hào)摻灰量混凝土單位能耗55kg標(biāo)準(zhǔn)煤/立方米，節(jié)能17％，節(jié)約水泥23％，相應(yīng)300號(hào)摻入混凝土大約可節(jié)能耗20％?；炷林袚郊臃勖夯揖C合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著[4,5]。

粉煤灰在道路工程中作為填筑材料使用，是大用量、直接利用的一種重要途徑，用灰量占利用總量的20％。國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于道路路堤和廣場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、港區(qū)的地基，以及用于攔水壩和地貌改造等工程。

用粉煤灰、石灰及其它摻入材料（碎石）按合適的比例、最佳含水量、合理的工藝配合拌制均勻而成的混合料修筑道路基層和代替土修筑路堤。粉煤灰石灰類混合料是一種緩凝性的硅酸鹽材料，用它鋪筑的道路基層將會(huì)結(jié)成整體層。這種混合料適用于修筑道路基層、底基層。上海的滬嘉、莘松高速公路及河北省石安高速公路等也都大量地使用了粉煤灰修筑路堤。

2.2在環(huán)境治理方面應(yīng)用

粉煤灰具有比表面積大、孔隙多、吸附性能好等特點(diǎn)，用于處理各種工業(yè)污水[10]。當(dāng)粉煤灰與工業(yè)廢水接觸后，就吸附廢水中的有機(jī)和無(wú)機(jī)等污染物，直接達(dá)到吸附平衡為止。吸附包括物理吸附和化學(xué)吸附。

物理吸附效果取決于粉煤灰的多孔性及比表面積；化學(xué)吸附主要是其表面具有大量的Si–O–Si鍵、Al–O–Al鍵與具有一定極性的分子產(chǎn)生偶極-偶極鍵的吸附，或是陰離子與粉煤灰中次生的帶正電荷的硅酸鋁、硅酸鈣、硅酸鐵之間形成離子交換或離子對(duì)的吸附。粉煤灰所含的Al3+、Fe3+具有絮凝沉淀作用，與粉煤灰構(gòu)成吸附絮凝沉淀[6,7]。

使用粉煤灰處理印染紡織廢水[8]，COD去除率一般在85%左右，色度去除率高達(dá)95%，對(duì)懸浮物的去除效果最好，為96.6%，處理效果令人滿意。

另外，粉煤灰中含有的沸石、碳粒等無(wú)機(jī)離子有交換特性和很強(qiáng)的吸附脫色作用。它對(duì)含銅、鉻、氟[9-11]無(wú)機(jī)離子的污染物具有很好的去處作用?？傊勖夯铱芍瞥尚跄齽?，高分子篩和過濾介質(zhì)等，對(duì)造紙、電鍍、印染、中草藥等行業(yè)產(chǎn)生的廢水具有一定的凈化作用，還可利用不同pH值的粉煤灰處理酸性和堿性廢水。利用粉煤灰處理污水不僅處理效果好，運(yùn)行穩(wěn)定，而且費(fèi)用特別低，是一種非常好的廢水處理工藝。

2.3粉煤灰的其它應(yīng)用

根據(jù)粉煤灰中化合物化學(xué)性質(zhì)，利用多種化學(xué)反應(yīng)，目前已提取出鋁、鍺、鎵、銀、鎘、鈾等多種金屬。鐵礦物很容易用磁選方法回收。一般除鐵率在50-60%。鋁的量很大，已開發(fā)出酸浸法(氫氟酸、鹽酸、硫酸、硝酸、有機(jī)酸等)、堿性燒結(jié)法以及高溫氧化法等。可用電熱法制取硅鋁鋇鐵合金。這是粉煤灰綜合利用的一條可行途徑。粉煤灰中部分具有工業(yè)價(jià)值的稀有元素通常在細(xì)粒飛灰中富集，若達(dá)到工業(yè)品位，可予以提取利用。

粉煤灰中除少量未燃盡煤和磁性鐵外，其余的大部分物質(zhì)具有良好的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性及絕緣熱性能，可用作廉價(jià)的填料。但粉煤灰屬于親水性無(wú)機(jī)礦物質(zhì)，需進(jìn)行改性處理，使之能均勻穩(wěn)定地分散于有機(jī)基質(zhì)中與基體牢固結(jié)合。可作表面改性的有偶聯(lián)劑和脂肪酸類。經(jīng)過處理的粉煤灰可部分或全部替代輕質(zhì)炭黑、白炭黑、輕質(zhì)碳酸鈣等常規(guī)橡膠填料。

結(jié)論

粉煤灰的綜合利用應(yīng)以大批量用灰為重點(diǎn)，把提高經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益有機(jī)結(jié)合作為主攻方向，逐步完善比較成熟的技術(shù)，大力推廣成熟的技術(shù)，積極采用國(guó)際先進(jìn)技術(shù)和裝備，不斷提高利用技術(shù)水平。另外粉煤灰作為一種人造資源還應(yīng)加大開發(fā)力度，開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。由于粉煤灰的種類日趨復(fù)雜和多樣化，其資源化利用向多元化方向發(fā)展。

像在粉煤灰中篩選活性炭，提取礦物和各種金屬化合物，冶煉三元合金等。加大作為填充材料在塑料、橡膠行業(yè)的研究推廣力度?？偠灾?，粉煤灰的綜合利用不僅有利于消除污染，保護(hù)環(huán)境，而其能夠變廢為寶，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，是我國(guó)一項(xiàng)長(zhǎng)期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。

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文章來(lái)源：《2012火電廠污染物凈化與節(jié)能技術(shù)研討會(huì)論文集》

(來(lái)源：微信公眾號(hào)“清潔高效燃煤發(fā)電”ID：redianjishu)