1 粉煤灰的環(huán)境污染

　　由于我國燃燒用煤含灰分較高，所以排出的粉煤灰量很大，粉煤灰的產(chǎn)生主要集中在火電廠和大型工礦企業(yè)的動(dòng)力鍋爐上。按全國平均計(jì)，每增加10MW裝機(jī)容量，每年將增加近萬噸粉煤灰的排放量[1]。大量的粉煤灰如不加以處理，會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣，對(duì)人體健康危害很大；排入河道水系會(huì)造成河流淤塞，污染水質(zhì)。當(dāng)前，對(duì)粉煤灰的處置方法主要有2種：土地填埋、貯灰池存儲(chǔ)。國內(nèi)外對(duì)其環(huán)境效應(yīng)的研究表明[2]，灰中潛在毒性物質(zhì)會(huì)對(duì)土壤、地下水造成污染。在改土方面，也具有潛在不利效應(yīng)：可溶鹽、硼及其它潛在毒性元素含量過高，可導(dǎo)致元素不均衡以及土壤的板結(jié)和硬化。因此粉煤灰的處理和利用問題引起人們的普遍重視，也成為我國環(huán)境保護(hù)與再生資源開發(fā)領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。

　　2 粉煤灰的物理化學(xué)特性

　　粉煤灰是從發(fā)電廠等煤燃燒的煙氣中收集下來的細(xì)灰，是一種大小不等，形狀不規(guī)則的粒狀體，一般為銀灰色和灰色，顏色較黑的粉煤灰含碳量較高，粗顆粒所占的比例較大。粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比表面積較大，具有較高的吸附活性，顆粒的粒徑范圍為0.5～300μm[3]。粉煤灰的物理性質(zhì)見表1。

表 1 粉煤灰的物理性質(zhì)

　　性質(zhì)     密度(kg/m 3 )     堆積密度     密實(shí)度     比表面積(cm2 /g）    

含水量

（%）
測值     1200～1700     550～1000     0.5～0.8     1600～3500     <5

粉煤灰中SiO2、Al2O3、Fe2O3 3種成分占70%以上，CaO和MgO量較小，CaO和MgO的含量隨原煤的組成和產(chǎn)出時(shí)代不同而變化，一般在0.2%～10%之間變動(dòng)。粉煤灰主要由非晶態(tài)玻璃相構(gòu)成，其中石英為主要結(jié)晶相。粉煤灰中礦物狀態(tài)的構(gòu)成比率受炭質(zhì)和燃燒冷卻條件控制，其pH值可從弱堿性向強(qiáng)堿性過渡[3]。

　　3 粉煤灰的綜合利用

　　目前，粉煤灰綜合利用的渠道主要集中在建筑工程、道路工程及農(nóng)業(yè)用灰等方面，“八五”期間的統(tǒng)計(jì)分析見表2[4]。

表 2 “八五”期間粉煤灰利用情況統(tǒng)計(jì)

途徑    

用灰總量

（×10 4 t）
    所占比例
建材用灰     4982
    32.2
筑路用灰     3960     25.7
回填用灰     3206    
20.8
建工用灰     1481     9.6
農(nóng)業(yè)用灰     843     5.5

　　3.1建筑工程方面，可利用粉煤灰作為道路和土建的回填物料，利用固土技術(shù)，在粉煤灰中加入固土劑成型養(yǎng)護(hù)后有一定的強(qiáng)度，其承載力、變形等都比較好。在水泥行業(yè)，粉煤灰主要作為水泥原料以及混合料使用，利用粉煤灰中的SiO2、Al2O3、Fe2O3，以粉煤灰代替粘土。替代率受粉煤灰中SiO2/Al2O3以及Al2O3的比例控制，比值越大，粉煤灰作為水泥原料的使用量就越大．在鋁酸鈣含量較多的特殊水泥中，粉煤灰的使用量可成倍地增加。粉煤灰的摻加降低了水泥漿體中CH結(jié)晶指數(shù)[5] ，對(duì)混凝土的界面結(jié)構(gòu)有改善作用，這是混凝土性能提高的主要原因。普通混凝土中摻用粉煤灰量一般為水泥重量的15%～20%，可節(jié)約10%～15%的水泥、30%的黃砂。其常用施工配比見表3。

表 3 粉煤灰混凝土配比
水泥標(biāo)號(hào)    

align="center">混凝土強(qiáng)度等級(jí)     水灰比    
砂率 (%)     塌落度 (mm)     石子粒徑 (mm)     用料 (kg/ m 3 )
水泥     水     砂     石子     磨細(xì)粉煤灰     摻量
425    
C8     0.81    
38    
25     20～40
    194     185     747
    1263    
47     摻量 20%
C10     0.75     38     25     204     180     745     1258     48
C13     0.69     37     20     222     180     714     1266     52
C15     0.65     38     20     235     180     727     1236     52
C18     0.59     38     35     273     180     719     1219     46
C20     0.55     37     30     294     180     689     1224     49
C23     0.51     37     30     318     180     676     1208     53
C25     0.48     37     30     334     180     650     1206     55

　　用于建筑工程中的粉煤灰制品也較多，如加氣硅酸鹽制品，容重較輕（r=500～800kg/m3），代替粘土磚作墻體材料，可以減輕建筑物自重，有利于隔熱保溫，增強(qiáng)理化性能，已被確認(rèn)為新型輕質(zhì)建材，廣泛用作框架結(jié)構(gòu)的填充墻。另外常用制品還有粉煤灰硅酸鹽砌塊和大板、粉煤灰加氣混凝土等，都具有用灰量大、能耗低等特點(diǎn)。

　　3.2在道路工程方面，粉煤灰可作為主要材料或輔助材料，作造路基層和底基層，路堤、路面修復(fù)及回填料、灌漿料等。目前，國內(nèi)外公認(rèn)只有優(yōu)質(zhì)粉煤灰才可直接作為路面材料。但由于粉煤灰含碳量高，粗顆粒組分過多等，造成混凝土含氣量高，從而降低了混凝土的耐久性和耐磨性。張全國等[3]提出了用脫碳粉煤灰混凝土修復(fù)路面的應(yīng)用技術(shù)，并進(jìn)行了路面的鋪筑試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，摻粉煤灰的路面強(qiáng)度與不摻粉煤灰的路面強(qiáng)度比較接近，相關(guān)性較好，符合國家路面工程標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　3.3 農(nóng)業(yè)用粉煤灰以改良粘性土、酸性土和鹽化潮土，效果明顯。如可以降低粘土中粘粒含量，增加土壤孔隙率，提高土壤含水量和田間持水量，提高土壤溫度和土壤肥力等,可改善土壤性質(zhì)。實(shí)踐證明，使用適量的粉煤灰對(duì)小麥、玉米、水稻和大豆等均有12%～20%的增產(chǎn)效果。施粉煤灰0.15t/m2以下時(shí)，不會(huì)對(duì)土壤造成污染。