淺述粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

梁艷飛++孟海東++尹善武

[摘 要]粉煤灰是我國目前排放量最大的工業(yè)廢棄物，其排放量已超過每年億噸，對(duì)環(huán)境造成了極大的污染與破壞，因此對(duì)于任何提高粉煤灰綜合利用率和利用水平的方法都有重大的環(huán)保意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文重點(diǎn)闡述了粉煤灰在土木工程和建材行業(yè)、高價(jià)值組分的提取、農(nóng)業(yè)方面等等的應(yīng)用及其發(fā)展的前景。

[關(guān)鍵詞]粉煤灰；環(huán)境保護(hù)；綜合利用；發(fā)展前景

中圖分類號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）03-0118-01

1 粉煤灰的概況

粉煤灰是燃煤鍋爐在燃燒過程中產(chǎn)生的未燃盡的細(xì)小顆粒，隨著煙氣的流動(dòng)離開爐膛，由除塵系統(tǒng)收集到的一些無機(jī)殘?jiān)⒄Z名稱為flash，直譯為飛灰，習(xí)慣稱為粉煤灰。

粉煤灰的形成可分為三個(gè)階段：

第一階段：煤粉在開始燃燒時(shí)，氣化溫度低的組分會(huì)不斷的溢出，使煤灰變成多孔性碳粒。此時(shí)的粉煤灰，因其多孔性，所以比表面積極大。

第二階段：在燃燒的過程中，伴隨溫度的升高，多孔性碳粒中的有機(jī)質(zhì)充分燃燒，其中的礦物質(zhì)也將脫水、分解、氧化成為無機(jī)氧化物。

第三階段：隨著燃燒的進(jìn)行，其孔隙率不斷降低，圓度不斷升高，粒徑不斷變小，顆粒比表面積下降為最小。不同粒度和密度的顆粒其化學(xué)和礦物學(xué)特征是不同的，最后形成的粉煤灰是不均勻的復(fù)雜的多相物質(zhì)[1]。

2 粉煤灰在建材工業(yè)和礦體充填中的應(yīng)用

（1）粉煤灰在工業(yè)水泥中的應(yīng)用

由于粉煤灰的火山灰性質(zhì)，且其生產(chǎn)方式簡單易行，成本低，使之成為制造水泥的良好混合材料，隨著加入粉煤灰含量和其它原料量的不同，可以產(chǎn)出不同品質(zhì)的水泥，即普通粉煤灰水泥和特種粉煤灰水泥。粉煤灰制造出的水泥與普通硅酸鹽水泥相比具有強(qiáng)度較低，后期增長率大，干縮性小，水熱化偏低等優(yōu)點(diǎn)。我國水泥工業(yè)利用粉煤灰及其他各種固體廢棄物量，2010年為82890萬噸，占全社會(huì)利用固廢量的55%，折合每噸水泥455kg，可見使用良好[2]。

（2）粉煤灰充填工程材料

隨著21世紀(jì)的到來，礦山開采逐步轉(zhuǎn)向深部礦體以及其他復(fù)雜的采礦體，地壓控制問題日益突出，并成為深步高效、安全作業(yè)的主要障礙。膠結(jié)充填是深步及復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下地壓控制的有效途徑之一。為此，發(fā)展高效、廉價(jià)的充填工程材料成為礦業(yè)當(dāng)前急需解決的重要問題。以粉煤灰為主要原料外加其他固體廢棄物并摻入少量水泥熟料于礦山井下全尾砂膠結(jié)充填的粉煤灰充填工程材料應(yīng)用而生，年產(chǎn)100萬噸的生產(chǎn)廠已正常運(yùn)行兩年，其產(chǎn)品全部用于鐵礦井下充填工程，在應(yīng)用中顯現(xiàn)了良好的環(huán)境保護(hù)與巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，預(yù)示著它將成為粉煤灰的一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域[3]。

3 粉煤灰高價(jià)值組分的提取

（1）鐵的提取

不同的粉煤灰中含有數(shù)量不同的鐵，一般而言，粉煤灰中Fe2O3中含鐵量大于7%時(shí)既有回收價(jià)值，鐵的提取可采用磁選法，使粉煤灰中的鐵初步富集達(dá)50%左右。不過從粉煤灰中回收的鐵，往往含有部分Si，Al，S等有害元素，除去這些元素，卻已成為提取鐵過程中的一個(gè)困難。

（2）碳的提取

一些小城市仍在使用小型鍋爐供熱發(fā)電，其粉煤灰中含碳量都很高，有些老電廠的儲(chǔ)灰池存有大量早期排出的含碳量很高的粉煤灰，如果能把這些粉煤灰的碳提取出來，既改善了粉煤灰的質(zhì)量，又大大的增加了經(jīng)濟(jì)效益，一般采用浮選法提取碳，通過不同的選法，可以獲取不同的產(chǎn)品[4]。

4 粉煤灰在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

（1）制造化肥

粉煤灰中含有植物生長所必須的多種無機(jī)質(zhì)，特別是SiO2，被人們稱為長效有用的復(fù)合肥料[5]。以粉煤灰為主要原料制成的多種高效復(fù)合肥料，其具有用量少，效果好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用的有粉煤灰硅鈣肥、粉煤灰鈣鎂磷肥等等化肥。

（2）土壤改良

農(nóng)業(yè)科研部對(duì)利用粉煤灰改良土壤及其對(duì)環(huán)境影響進(jìn)行了研究，試驗(yàn)證明利用粉煤灰改良黏質(zhì)土壤可以降低其表觀密度，增加土壤孔隙度，提高地溫，調(diào)節(jié)三相比，改善黏土的物理性質(zhì)，縮小膨脹率，并能增加磷等微量元素，促進(jìn)土壤中微生物的活性，有利于土壤的保濕、保溫，有利于土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，為作物的生長提供著良好的土壤環(huán)境。實(shí)驗(yàn)表明在每平方米施粉煤灰 525 kg 時(shí)，每增加 0. 75 kg，小麥增產(chǎn)64. 2%。同時(shí)還有調(diào)節(jié)溫度、p H 值，增加養(yǎng)分元素等功能[5]。

（3）造地

煤礦和其他地下開采礦區(qū)存在著大量坍塌區(qū)，在其上的農(nóng)、林種植不能從外面搬運(yùn)黃土、熟土，這時(shí)，可將粉煤灰當(dāng)作添加劑，制成“人造土壤”。徐州意創(chuàng)化工科技有限公司自2002年以來就先后在三個(gè)煤礦坍塌區(qū)利用這種粉煤灰“土壤”進(jìn)行了小范圍的農(nóng)、林、草種植，試種獲得成功。此外，也可將粉煤灰填充低洼地、荒地、荒山溝等等，直接造地。粉煤灰回填后因其具有一定的水化活性，提高了土壤保水穩(wěn)定性，雖然其中有害成分也對(duì)地下水質(zhì)有著一定的影響，但據(jù)監(jiān)測，其影響程度處于國家規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)。

5 粉煤灰的發(fā)展前景

雖然中國已經(jīng)在大力發(fā)展粉煤灰利用方面做出了巨大的貢獻(xiàn)，但是對(duì)粉煤灰研究的主要領(lǐng)域仍然是在水泥、建材、建筑工程等方面，而且在這幾方面的應(yīng)用比例也比較少（ 2010 年使用量占粉煤灰產(chǎn)量的40%，是日本的50% ） 。

（1） 在污水處理中的應(yīng)用

粉煤灰能夠廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)廢水的處理中，對(duì)磷酸根離子、重金屬離子、懸浮物及色度等都有一定的凈化效果[6]。僅對(duì)于全國礦山每年排放的礦井廢水就達(dá)到了30億噸左右[7]。如果這些廢水不經(jīng)過處理而直接排放到環(huán)境中，不僅浪費(fèi)大量水的資源，而且嚴(yán)重造成環(huán)境的破壞。經(jīng)研究表明，將粉煤灰改性后對(duì)廢水進(jìn)行處理，可以達(dá)到良好的效果。

（2） 在精細(xì)化的利用

粉煤灰中各礦物質(zhì)元素可以分選提取，如粉煤灰中的鐵、鋁、碳、硅等。以粉煤灰為原料制制出的新型化工產(chǎn)品，如活性炭、沸石、硅鋁合金、陶瓷纖維等，可以加快開發(fā)、利用粉煤灰精細(xì)化材料，這將是未來粉煤灰發(fā)展利用的重點(diǎn)。

總體而言，對(duì)粉煤灰的綜合利用研究是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)、邊緣性廣的科學(xué)技術(shù)。其技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，依賴于其它學(xué)科最新進(jìn)展的綜合。若能合理利用其他學(xué)科的最新發(fā)展，則既可以用來化解粉煤灰所帶來的環(huán)境問題，又可以將其作為一個(gè)新興的資源用來發(fā)展多種實(shí)用性產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1] 莊靜華，賀鴻珠，周敏. 上海市2008年粉煤灰綜合利用概況及面臨的困境[J]. 粉灰，2009，04：43-44+46.

[2] 雷瑞，付東升，李國法，孫欣新，袁聰，鄭化安. 粉煤灰綜合利用研究進(jìn)展[J]. 潔凈煤技術(shù)，2013，03：106-109.

[3] 王亮. 粉煤灰綜合利用研究[D].天津大學(xué)，2007.

[4] 張金山，劉燁，王林敏. 我國粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀[J]. 西部探礦工程，2008，09：215-217.

[5] 韓懷強(qiáng)，將挺大.粉煤灰利用技術(shù)[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[6] 朱啟紅.化學(xué)藥劑對(duì)粉煤灰改性作用的研究[J].潔凈煤技術(shù)，2011，17（1） ： 76-79.

[7] 唐宇香，陳文恩.中日粉煤灰綜合利用比較研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（ 36） ：20852-20857.