（中国粉体技术网/三水）粉煤灰的主要来源是煤在锅炉中燃烧后形成的\被烟气携带出炉膛的细灰，其化学成分主要有：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O、MnO2等。粉煤灰是我国年排放量和累计堆放量最大的工业废弃物之一，且每年排放数量呈增加趋势。目前，大量粉煤灰处理方式是堆积排放，占用大量土地，不仅造成环境污染，更严重地破坏了自然生态，影响正常的生产秩序，对人体的健康产生威胁。
在此背景下，对粉煤灰开展固体废弃物综合利用成为几十年来国家和行业不写追求的目标，这不仅关系到我国煤炭、电力及相关领域的可持续发展问题，而且对保护土地资源、避免环境污染，实现绿色经济具有重要意义。
现在对粉煤灰综合利用途径主要有以下几方面：
1、粉煤灰用于建筑材料领域
粉煤灰在建筑材料领域，主要用途是配制粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰烧结砖、粉煤灰砌砖块、粉煤灰 陶粒、粉煤灰轻质板材、微晶玻璃等。
中国地质大学（北京）杜高翔等以快硬水泥、普硅水泥、粉煤灰等为原料，通过加入系列外加剂，成果制备出堆积密度小于0.2t/ m3、导热系数小于0.065W/m.℃、整体防水和防火性能达到A级的外墙外保温材料。相关技术已经申请国家发明专利。
清华大学阎培渝等用细度基本相同的粉煤灰和石英粉作为活性和惰性矿物掺和料,研究了不同水胶比、不同养护温度条件下,矿物掺和料的种类和掺量对复合胶凝材料抗压强度发展特性的影响。在水化初期,颗粒形貌等物理因素比反应程度等化学因素更能影响含有矿物掺和料的复合胶凝材料的抗压强度发展特性,活性与惰性矿物掺和料的作用基本相同。热激发能明显促进粉煤灰的火山灰反应,有利于含粉煤灰的复合胶凝材料的抗压强度发展。含大掺量粉煤灰的复合胶凝材料特别适合用于内部能较长时间维持较高温度的大体积混凝土结构。
江西景德镇陶瓷学院陈云霞等以江西景德镇发电厂排放粉煤灰以及经浮选脱碳的粉煤灰为主要原料，采用本地其他廉价原料为辅助原料制得粉煤灰瓷质砖。实验研究了不同原料、原料的配比和烧成温度等对瓷砖的烧成收缩、吸水性和抗折强度的影响。研究发现 ：粉煤灰的最高掺量可达75wt%，烧成温度1160℃保温30min，所得瓷质砖抗折强度为61.87MPa，吸水率为0.23%，收缩为7.4%，能满足制备瓷质砖的要求。
西南科技大学曹超等以粉煤灰、石灰石和无水碳酸钠为原料,通过烧结法制备了以钙长石、钙铁辉石和霞石为晶相的复合晶相微晶玻璃。借助差热分析、X射线衍射及扫描电子显微镜研究了晶化温度(850～1100℃)对微晶玻璃析晶行为、显微形貌和性能的影响。
清华大学王征等依据Riley提供的形成适宜粘度的化学成分范围,采用粉煤灰、珍珠岩尾矿粉、剥离黄土、剥离红土等废料,添加助熔剂,经合适的工艺制度,烧制出高强度、低吸水率的膨胀型陶粒;在生产线上进行了中试,用中试生产的陶粒配制出强度达55 MPa的高强、轻质混凝土。
2、粉煤灰用于筑路工程
目前，用于市政工程的筑路材料一般为粉煤灰混合料，主要用于路基填料、路面基层材料。应用形式大体可分为四种：粉煤灰加石灰简称二灰，粉煤灰加石灰加土简称二灰土，粉煤灰加石灰加碎石简称二灰碎石，粉煤灰加石灰加砂砾简称二灰砂砾。
3、粉煤灰提取氧化铝等化学品项目进展
粉煤灰中含有的主要元素是硅、铝、铁、钙等，还有少量镁、钛、硫、钾、钠和磷。此外，还含有砷、镉、汞、铅和锌等多种微量元素，可从中提取一些重要的化工原料。
中煤平朔煤业有限责任公司荆富等采用碱液常压浸出粉煤灰,生产白炭黑,然后采用碱石灰烧结法生产氧化铝,可实现粉煤灰的经济综合利用。
神华集团、大唐集团等大型央企对利用高铝粉煤灰提取氧化铝的技术进行了多年的研究，已经形成了较为系统的技术。部分技术已经完成了中试。利用高铝粉煤灰提取氧化铝可以减少粉煤灰的堆存，还可以减少铝业对铝土矿的过度依赖。该项目受到了现任总理李克强同志的高度重视。
山西大学王苗等采用盐酸溶解的方法从粉煤灰中提取氧化铝和氧化铁,结果表明,不经活化的粉煤灰很难将其中的铝、铁溶解出来,仅凭借煅烧对铝、铁溶出的效果影响不大,在煅烧的同时添加碳酸钠和氢氧化钠助剂可以显著提高其中氧化铝和氧化铁的溶出率,同时添加碳酸钠和氢氧化钠助剂,在700℃即可达到95%的高溶出率。
山东科技大学田爱杰以煤矸石/粉煤灰为原料,浸出液用浓度为6mol/L的HCl溶液,液固体积质量比40∶1,用正交实验研究灼烧温度、灼烧时间、酸浸温度、酸浸时间等多个因素对镓提取率的影响,从而得到提取金属镓的最优条件，提取率能达到90%以上，此种方法的提取,提取率高,用料省,充分利用废弃资源,会带来很高的经济和社会效益。
北京依依星科技有限公司与神华集团合作，开展利用粉煤灰提取氧化铝的残渣制备建筑保温材料的技术，现已取得阶段性进展。
4、粉煤灰用于环境保护领域
粉煤灰在环境保护方面主要应用于废水处理、重金属钝化和废气滤除等。
淮阴工学院彭喜花等以酸改性粉煤灰为吸附剂,处理低质量浓度(1mg/L左右)磷酸盐溶液,探讨了改性剂的种类、改性剂用量、吸附剂用量、反应时间、pH以及温度对除磷效果的影响。结果表明经过酸改性后粉煤灰的磷去除率显著提高,而且硫酸改性粉煤灰的除磷效果更好,磷去除率最高可达97.68%。
华侨大学陈婉妹等研究经氢氧化钠改性后的粉煤灰对废水中氨氮的去除效果。实验结果表明,当氢氧化钠浓度为3mol·L-1时,粉煤灰对氨氮的去除率最高;当改性粉煤灰的投加量为2g、搅拌时间为20min、pH为7、氨氮废水起始浓度为50mg·L-1时,氨氮去除率达到70.86%。
中国矿业大学贾含帅等以粉煤灰为吸附剂,钼酸铵为吸附质,通过单因子试验分别考察粉煤灰粒径、粉煤灰投加量、吸附时间、pH和温度等因素对吸附效果的影响,确定了粉煤灰吸附的最佳条件(粒径为80～100目,投加量为2.5g,吸附时间为30min,pH为3,温度为30℃)。在此条件下,粉煤灰对钼酸铵的去除率达到80%～85%。
华北电力大学赵毅等开发了以粉煤灰、Ca(OH)2为基础物质的新型高活性吸收剂。采用固定床方式和管道喷射方式 ,实现了烟气脱硫脱氮。
5、粉煤灰用于农业领域
目前，粉煤灰在农业方面应用是土壤改良和生产化肥。
粉煤灰颗粒组成以微细的玻璃状颗粒为主，密度小、孔隙大，将适量粉煤灰施加到粘质土壤或沙质土壤中，一方面可以优化土壤颗粒粒度组成，改善土壤结构；另一方面，可改善土壤自身某些农用性质。
翟建平等利用粉煤灰进行了菜田粘质土壤改良试验，发现粉煤灰能降低土壤密度，提高土壤孔隙率，协调土壤的水、肥、气、热，调节土壤三相比，蔬菜增产效果明显。还发现在施灰量为15t/ha2、30t/ha2、45t/ha2范围内，蔬菜的产量与施灰量成正相关。
山东科技大学武艳菊利用粉煤灰制备新型矿物肥料——硅肥，并对粉煤灰中的有益微量元素（Cu、Zn、Mn、Se）和有害重金属元素（Cr、Cd、Hg、Pb）的最大排放量和淋溶规律进行了研究，研究表明，粉煤灰中的有害微量元素含量低,不会给环境带来负面影响,更不会通过食物链危及人类的健康,因此,粉煤灰制硅肥具有可行性。最后研究了施用硅肥后对土壤和农作物的影响,研究表明:施用硅肥不会造成土壤碱化,能促进作物生长,提高作物产量。
6、粉煤灰用于复合材料领域
将粉煤灰经过活化处理后，用作橡胶或塑料的补强填充剂，可以在降低生产成本的同时，提高产品质量，具有较好的经济效益。
亿利资源集团有限公司刘珊等研究了PVC/粉煤灰微珠复合材料、PVC/CaCO3复合材料的力学性能。实验结果表明:当粉煤灰微珠添加量为5份时,PVC/粉煤灰微珠复合材料的室温缺口冲击强度为46kJ/m2,拉伸强度为47MPa达到最大值;弯曲模量随着粉煤灰微珠增加呈线性增加;PVC/粉煤灰微珠复合材料的综合力学性能要好于PVC/CaCO3复合材料。SEM测试表明:经表面改性后的粉煤灰微珠在PVC基体中具有很好的分散性和相容性。
陕西科技大学贺磊等采用铝锆偶联剂对粉煤灰纤维进行预处理,制备粉煤灰纤维/NR复合材料,并对其性能进行研究。结果表明,采用铝锆偶联剂对粉煤灰纤维预处理能够改善纤维和橡胶基体界面的结合状况;粉煤灰纤维最佳用量为40份,可明显提高粉煤灰纤维/NR复合材料的物理性能和绝缘性能,但撕裂强度有所下降。
齐齐哈尔大学武卫莉以胶粉和粉煤灰为原料,加入硅烷偶联剂KH-550制得粉煤灰/胶粉复合材料。研究了粉煤灰的用量、偶联剂的种类及用量、配合剂的加料顺序、硫化条件对粉煤灰/胶粉复合材料性能的影响。确定了粉煤灰/胶粉复合材料的较佳配方:100份胶粉,25份粉煤灰,2份KH-550,1.5份促进剂,4份硬脂酸; 配合剂的最佳加料顺序:在初混时加入促进剂和硬脂酸,在混炼过程中加入硫磺后,再加KH-550硅烷偶联剂;最佳硫化工艺条件为:145℃×9.0MPa×40min。在此条件下制得的粉煤灰/胶粉复合材料硫化后的邵尔A硬度为94度,拉伸强度为9.5MPa,扯断伸长率为301%,磨耗为0.7cm2/1.6km;经200℃热空气老化24h后,邵尔A硬度变化为0度,拉伸强度变化为-11%,扯断伸长率变化为-25%,磨耗变化为1.4%。
近几年我国粉煤灰综合利用率逐年提高，预计到“十二五”末我国粉煤灰综合利用率将提高到70%，在扩大利废规模、提高利用水平的基础上，粉煤灰综合利用将得到平稳发展。应在现有基础上，积极推广粉煤灰加气混凝土、蒸压砖、陶粒等利废建材生产应用,提高利用量;推广采用粉煤灰建造水坝、油井平台、路基等建筑工程技术;推进高铝粉煤灰提取氧化铝技术的产业化;研发粉煤灰用于农业、污水处理及各类填充材料等技术。积极推进陕西、山西、内蒙等粉煤灰堆存量大的地区的粉煤灰综合利用进程,提高粉煤灰综合利用水平。 |
