粉煤灰的處理與綜合利用摘要：綜述了粉煤灰的來源、性質(zhì)、處理與綜合利用的現(xiàn)狀及存在的問題，通過研究國外粉煤灰綜合利用新途徑和新工藝，對我國粉煤灰綜合利用發(fā)展前景進(jìn)思考并提出合理建議。關(guān)鍵詞：粉煤灰、性質(zhì)、綜合利用、發(fā)展前景1前言粉煤灰（flyash）是燃煤電廠排出的經(jīng)靜電集塵器收集得到的物質(zhì)。燃煤形成的灰渣中粉煤灰約占4/5,底灰約占1/5。依據(jù)煤源及種類不同，形成的粉煤灰有顯著差異。我國是以煤炭為主要能源的國家，電力的76%由煤炭產(chǎn)生，燃煤產(chǎn)生的粉煤灰總堆存量已超過10億t，而且還在以每年0.8億?1億t的速度增加，成為世界上最大的排灰國［1］。粉煤灰存放不僅占用大量土地，還會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。開展粉煤灰等煤系固體廢棄物綜合利用，延伸煤炭產(chǎn)業(yè)鏈，不僅關(guān)系到中國煤炭產(chǎn)業(yè)、電力工業(yè)及相關(guān)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題，而且對保護(hù)土地資源，減少、消除污染，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重要意義。2粉煤灰的成分及其性質(zhì)粉煤灰的化學(xué)成分取決于煤的品質(zhì)，主要成分中約有85%以上是Si、Al、Fe、Ca、Mg、K及Na等之氧化物。不同煤源的粉煤灰化學(xué)成分組成之百分比差異甚大，有的超過一倍以上。其一般化學(xué)成分如表1所示。表2為世界各國煤灰之主要化學(xué)成分。臺灣煤之粉煤灰為中性或弱酸性,pH為5.2-7.4。從外國進(jìn)口煤之粉煤灰呈堿性,pH約10.5-12.6。而臺灣煤與外國煤混合燃燒產(chǎn)生之粉煤灰多呈堿性,pH約為6.5-12.3。表1粉煜灰的化學(xué)成分范圍 /%代號苑圍值要成分代號范圍值皿S20-6Q明M0,3-4A1AA10-35I'iOiT05-2.6FeQ%rS35K4CaOcK20SO,S0K].23國內(nèi)粉煤灰利用現(xiàn)狀及存在的問題目前，中國對粉煤灰綜合利用主要集中在用于燒磚、筑路、做水泥和混凝土的摻合料、選取漂珠、改良土壤等方面，只有少部分用于化工工業(yè)和廢水處理［2］。3.1粉煤灰混凝土粉煤灰是一種理想的混凝土摻合料。我國對粉煤灰混凝土的研究開發(fā)已經(jīng)過半個多世紀(jì)的歷程，目前已廣泛應(yīng)用于土木工程、建筑工程以及預(yù)制混凝土制品和構(gòu)件等方面。3.2粉煤灰水泥目前國內(nèi)主要生產(chǎn)粉煤灰硅酸鹽水泥和粉煤灰無熟料水泥兩種類型。根據(jù)粉煤灰的摻量又分兩種不同情況：（1）生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥，粉煤灰摻量＜15%；（2）生產(chǎn)粉煤灰水泥：用粉煤灰做混合材，摻量大小為20%?40%［3］。3.3粉煤灰制磚我國從1965年開始生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚，其產(chǎn)量高于蒸制磚，產(chǎn)品吃灰量大,可節(jié)約大量粘土，但性能與粘土磚相差不大。我國目前生產(chǎn)的粉煤灰磚主要有蒸壓粉煤灰磚和燒結(jié)粉煤灰磚。3.4粉煤灰筑路粉煤灰在筑路方面的用量占其總使用量的20%，在我國的道路建設(shè)中，粉煤灰是一種良好的筑路材料，粉煤灰筑路包括作路面基層材料、代替黏土筑高速公路路堤、水泥混凝土路面，同時粉煤灰可用于護(hù)坡、護(hù)堤工程和修筑水庫大壩等。3.5粉煤灰選取漂珠國內(nèi)采用機(jī)械分選、濕法浮選等工藝，直接從粉煤灰中回收漂珠等有用物質(zhì)。其中漂珠含量雖僅占粉煤灰總量的0.2%?1%，但具有質(zhì)輕、熔點(diǎn)高、隔音、電絕緣、耐磨性強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高、無毒、穩(wěn)定性好等良好性能，可制備各種功能材料，如輕質(zhì)耐火材料、防火防水涂料、車輛剎車片、石油裂化催化劑、人造革填充劑等［4］。3.6粉煤灰改良土壤我國粉煤灰的農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究主要是粉煤灰的改土效果和肥料價值。粉煤灰通過技術(shù)加工可以制成肥料，改良土壤。賈得義等［5］利用焦作電廠產(chǎn)生的粉煤灰對重黏土地進(jìn)行改良，試種小麥。試驗結(jié)果顯示，施用粉煤灰比不施粉煤灰的小麥產(chǎn)量有明顯增加；在一定的施用量范圍，施粉煤灰多少與小麥產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系。3.7國內(nèi)粉煤灰綜合利用存在的問題國內(nèi)粉煤灰綜合利用主要存在以下問題：粉煤灰綜合利用率偏低，據(jù)有關(guān)資料報道，我國粉煤灰綜合利用率只有30%左右，而國外對粉煤灰的利用率達(dá)70%-80%［6］。粉煤灰綜合利用途徑相對狹窄，國內(nèi)粉煤灰綜合利用主要集中在筑路和建工建材領(lǐng)域，在其它領(lǐng)域使用較少，在化工工業(yè)和環(huán)保領(lǐng)域的使用也只處于起步階段。在綜合利用過程中，尚存在對環(huán)境的某些負(fù)面影響，如貯灰場和運(yùn)輸車的揚(yáng)塵污染、提取有用物質(zhì)后廢渣的處理、農(nóng)用過程中重金屬積累及建材制品的放射性問題等。政策落實難，利用工作不盡人意。許多企業(yè)、基層干部及部分領(lǐng)導(dǎo)不知道有關(guān)粉煤灰綜合利用政策，不關(guān)心粉煤灰綜合利用政策的宣傳和貫徹，領(lǐng)導(dǎo)不力。4國外粉煤灰利用新途徑和新工藝4.1粉煤灰處理礦山酸性廢水粉煤灰處理污水機(jī)理復(fù)雜，一般認(rèn)為是吸附、凝聚、助凝和沉淀綜合作用的結(jié)果。Penney等利用粉煤灰處理礦山酸性廢水，使廢水中重金屬含量減少并提高了廢水pH值;GSteenbruggen,GGHollman［7］利用粉煤灰合成沸石，通過沸石化過程，陽離子交換容量從0.02meq?g-1增加到2.4meq?g-1。吸附實驗表明，沸石化粉煤灰吸附重金屬離子的能力大小為:Cu>Cd-Zn>Ni。在南非，Gitari等對粉煤灰處理礦山酸性廢水效果進(jìn)行了測試，并提出了處理—廢水中硼、鎂、鍶、鉬和巴等溶解物的新工藝。4.2粉煤灰作回填材料粉煤灰在陸地上的堆積，占用大量土地，造成環(huán)境污染。將粉煤灰作為一直回填料或填充材料可以較好的處置大量粉煤灰，達(dá)到保護(hù)環(huán)境、節(jié)約土地的目的。美國學(xué)者Evans,D.W.［8］等將粉煤灰作為回填材料，回填煤礦采空區(qū)，使采空區(qū)上部地表沉陷得到有效控制。利用粉煤灰做回填材料在美國西弗吉尼亞州應(yīng)用已相當(dāng)普遍。4.3粉煤灰綜合利用新工藝波蘭Groszowice水泥廠用堿溶法可從含30%Al2O3的粉煤灰中提取氧化鋁，其工藝流程為：粉煤灰、純堿和石灰石在高溫下熔融冷卻，用水浸泡熔塊，浸出液經(jīng)脫硅處理后，用煙氣中CO2進(jìn)行碳酸化，析出Al(OH)3沉淀，煅燒即得到Al2O3,熔塊浸渣可作為生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料；在韓國，有學(xué)者將粉煤灰與氨水混合，在控制pH值的情況下通過連續(xù)結(jié)晶提取NH4Al(SO4)2,進(jìn)而由NH4Al(SO4)2反應(yīng)制得高純明磯,再在明磯的基礎(chǔ)上制得磯土。在一些粉煤灰綜合利用的傳統(tǒng)途徑上，國外學(xué)者經(jīng)過不斷探索，也提出一些綜合利用新工藝，如現(xiàn)有粉煤灰磚燒結(jié)溫度在925-1050°C，存在抗沖擊強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，印度學(xué)者Chandra［9］等將葉蠟石、六偏磷酸鈉、純堿等混合制成燒結(jié)活化劑，可明顯降低粉煤灰磚燒結(jié)溫度，并提高磚的抗沖擊強(qiáng)度40%以上。在水泥和混凝土生產(chǎn)上，匈牙利電廠按化學(xué)成分、堿度及機(jī)械性能不同將粉煤灰篩分，通過化學(xué)精磨工藝，在替代水泥生產(chǎn)混凝土過程中收益良好。在美國，Namagga等將高石灰質(zhì)粉煤灰大比例摻入混凝土替代水泥，經(jīng)兩個月的測試周期，結(jié)果表明，高石灰質(zhì)粉煤灰混凝土與標(biāo)準(zhǔn)混凝土在抗壓強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、耐久性、抗凍性等方面差異不大，為節(jié)約混凝土生產(chǎn)成本，提高粉煤灰混凝土強(qiáng)度提供了寶貴經(jīng)驗。另外，粉煤灰在制備新型材料方面也具備一定用途。美國學(xué)者LuZhe等研究將精細(xì)煤粒燃燒后產(chǎn)生的粉煤灰用于制備聚合物復(fù)合材料。在韓國，KimChul-Hwan等研究將粉煤灰作為一種新的造紙原料，并通過電子顯微鏡分析粉煤灰提高紙張抗拉強(qiáng)度和內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度的原理［10］。5粉煤灰綜合利用發(fā)展前景分析目前，國內(nèi)粉煤灰綜合利用尚處于探索和發(fā)展階段，我國粉煤灰綜合利用的途徑還很單調(diào)，與發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距，要從根本上解決這一問題，關(guān)鍵是要以創(chuàng)新的意識和技術(shù)來促進(jìn)粉煤灰的綜合利用工作，重視新產(chǎn)品的開發(fā)和轉(zhuǎn)化，加大科研投入，并向發(fā)達(dá)國家借鑒和學(xué)習(xí)新的粉煤灰綜合利用途徑和工藝。綜合以上分析，我國粉煤灰綜合利用在傳統(tǒng)項目上，如燒磚、筑路、做水泥和混凝土的摻合料等方面會有繼續(xù)深入發(fā)展，產(chǎn)生新工藝。另外，粉煤灰在以下3個方面的綜合利用將具有可觀的發(fā)展前景：(1)以粉煤灰為原料做吸附材料、絮凝劑等，應(yīng)用于化工和環(huán)保方面。國內(nèi)對用粉煤灰制無機(jī)絮凝劑的研究雖然已有報道,但工藝設(shè)計仍處于摸索階段,研究才剛起步，還沒有實現(xiàn)工業(yè)化，目前，在日本和西歐的一些國家利用粉煤灰生產(chǎn)高效絮凝劑現(xiàn)已實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。礦物質(zhì)和高附加值產(chǎn)品的提取應(yīng)用。粉煤灰中含有Al2O3、Fe2O3、Si2O2、錯(Ge)、鎵(Ga)、釩(V)［11］等有用物質(zhì)。可借鑒國外相關(guān)生產(chǎn)工藝，從粉煤灰中提取這些貴金屬產(chǎn)品。以粉煤灰為回填料，應(yīng)用于煤礦采空區(qū)回填，控制地表沉陷。以粉煤灰為原料，制備聚合物復(fù)合材料，纖維材料等。參考文獻(xiàn)[1]JianZhangetal.Utilizationofcoalflyashintheglass-ceramicproduction[J].JournalofHazardousMaterials,2007,149:523-526.郭旭穎，白潤才.用粉煤灰制無機(jī)高分子絮凝劑的開發(fā)前景分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2006,25(增):319?320.徐夷，袁端鋒等.粉煤灰綜合利用淺談[J].中國井礦鹽,2010,41(1):29?32.全北平，徐宏，古宏晨，等?粉煤灰空心微珠的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].IM&P化工礦物與加工，2003(11)：31-33.賈德義，郝肖黎.粉煤灰改良重黏土地的研究報告[J].粉煤灰綜合利用，1990(1)：28-29.閻炳義，李鳳航.蒸壓粉煤灰磚的開發(fā)與應(yīng)用[J].粉煤灰綜合利用，2009(04):83.凌友志，屠慶模.粉煤灰“三步法”綜合利用新工藝初探[J].新型建筑材料，2009(04):107-108.薛