曹德生魏榮杰

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

粉煤灰綜合利用概述

曹德生魏榮杰

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山灰質(zhì)混合材料，綜合利用粉煤灰越來(lái)越受到人們的關(guān)注。粉煤灰的在建筑工業(yè)、建材工業(yè)、農(nóng)業(yè)、化學(xué)工業(yè)等方面的綜合利用，可以減少環(huán)境污染，創(chuàng)造更高的附加值。

燃煤發(fā)電;粉煤灰;廢物利用;環(huán)境污染

我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家之一，2011年的煤炭產(chǎn)量35.2億噸，在我國(guó)一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重分別為78.6%、72.8%。燃煤所造成的大氣污染、水污染及粉煤灰的大量產(chǎn)生都嚴(yán)重地威脅著生態(tài)環(huán)境。

近10多年來(lái)，我國(guó)電力工業(yè)迅速發(fā)展，燃煤發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大，電力行業(yè)消耗了全國(guó)一半的煤炭資源，由燃煤發(fā)電所產(chǎn)生的粉煤灰逐年增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)1995年粉煤灰排放量約1.25億噸，2000年約1.5億噸，2009年約3.75億噸，2010年約4.8億噸，2011年約5.4億噸,并且隨著燃煤電廠的發(fā)展，粉煤灰產(chǎn)生量還將繼續(xù)增加。預(yù)計(jì)，2015年我國(guó)的粉煤灰產(chǎn)生量在5.5～5.7億噸。

能源結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀決定了短期內(nèi)我國(guó)粉煤灰排放量仍然會(huì)越來(lái)越多,如何將粉煤灰變廢為寶,促進(jìn)粉煤灰高效循環(huán)利用，減少對(duì)環(huán)境污染，成為世界關(guān)注的熱點(diǎn)。

粉煤灰是結(jié)晶體、玻璃體以及少量未燃燒碳組成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的混合體。粉煤灰在干燥狀態(tài)時(shí)呈灰色或灰白色，含水量大的粉煤灰呈灰黑色。從表面張力作用講，粉煤灰礦物組成分為晶體礦物和非晶體礦物。粉煤灰的主要氧化物組成為SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、TiO2、K2O、Na2O、MnO、SO3。地區(qū)、年代、煤層、燃燒溫度不同，粉煤灰的化學(xué)成分變化較大。我國(guó)火電廠粉煤灰的化學(xué)組成見(jiàn)表1。

表1 粉煤灰的基本化學(xué)組成（%）

目前，根據(jù)粉煤灰的綜合利用來(lái)劃分，粉煤灰可以大致分為三類。

1 在建筑和建材行業(yè)中的應(yīng)用

1.1 用粉煤灰生產(chǎn)燒結(jié)磚

粉煤灰的用量可以占到制磚用料的30%～70%，主要生產(chǎn)工藝和設(shè)備與普通黏土磚相同。洛陽(yáng)某磚廠采用電廠濕排粉煤灰經(jīng)過(guò)自然脫水至含水率在30%左右，按照粉煤灰60%、黏土35%及濾渣5%等工業(yè)廢渣配比生產(chǎn)燒結(jié)磚，每年節(jié)省大量的黏土和煤炭資源，利用了廢棄資源，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 粉煤灰生產(chǎn)蒸汽養(yǎng)護(hù)磚

粉煤灰蒸汽養(yǎng)護(hù)磚的配料除粉煤灰可占65%左右外，還需配入適量的骨料生石灰和石膏，經(jīng)坯料制備、壓制成型，經(jīng)常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)后燒制成磚。蒸汽養(yǎng)護(hù)磚對(duì)粉煤灰的要求是含碳量越低越好，活性越高越好。

1.3 粉煤灰制取免燒免蒸磚

粉煤灰的用量可以占到制磚用料的30%～70%，主要生產(chǎn)工藝和設(shè)備與普通黏土磚相同。洛陽(yáng)某磚廠采用的電廠濕排粉煤灰經(jīng)過(guò)自然脫水后含水率在30%左右，按照粉煤灰60%、黏土35%及濾渣5%等工業(yè)廢渣配比混合生產(chǎn)燒結(jié)磚,每年節(jié)省大量的黏土和煤炭資源，又利用了廢棄資源，取得良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1.4 粉煤灰生產(chǎn)硅酸鹽水泥砌塊

粉煤灰硅酸鹽砌塊以粉煤灰、石灰、石膏和膠結(jié)料為原料,在配料中除爐渣為主占55%左右外，粉煤灰用量也可達(dá)30%。經(jīng)加水?dāng)嚢?，振?dòng)成型，蒸汽養(yǎng)護(hù)而成。此工藝對(duì)粉煤灰質(zhì)量的要求是其燒失量低于15%。硅酸鹽水泥砌塊適用于工業(yè)及民用建筑，比黏土磚的保溫性能好，自重輕，能滿足一般建筑物承重墻的耐火極限要求。

1.5 粉煤灰生產(chǎn)泡沫玻璃

泡沫玻璃是一種新型建筑材料，它可由粉煤灰（可占70%）為主要原料燒制而成,其密度在0.5～0.8 t/m3，具有抗壓、隔熱、隔音、防水、能浮出水面等性能，是現(xiàn)代高層建筑的優(yōu)質(zhì)材料。泡沫玻璃作大型雕塑材料，可制成大塊，也可任意切割裝配。用泡沫玻璃制成的墻體磚，密度僅為普通黏土磚的5%～10%，而強(qiáng)度卻高出8～15倍，所以它具有質(zhì)輕、強(qiáng)度大、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。用它作為保溫、隔熱、隔音材料物美價(jià)廉，有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.6 粉煤灰制造加氣混凝土

粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土是以粉煤灰為基本原料，配以適量的水泥、石灰、石膏、鋁粉（發(fā)氣劑）和穩(wěn)泡劑等制成的一種輕質(zhì)混凝土，其粉煤灰用量可占70%左右。生產(chǎn)的加氣混凝土砌塊有質(zhì)輕、隔音、保溫、抗?jié)B、抗震、環(huán)保、耐久、快捷、經(jīng)濟(jì)等特性，主要用于屋面保溫、內(nèi)外墻體和陽(yáng)臺(tái)隔斷，具有較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1.7 粉煤灰生產(chǎn)陶粒

利用粉煤灰為主要原料，加入一定量的膠結(jié)料和水，經(jīng)成球、燒結(jié)而成的輕骨料為燒結(jié)粉煤灰陶粒。它是一種性能良好的人造輕骨料，其粉煤灰用量可達(dá)80%。粉煤灰生產(chǎn)的陶粒具有密度小、耐熱度高、抗?jié)B性好、耐沖擊力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可替代天然渣石配制150～300號(hào)的混凝土,廣泛地用于工業(yè)與民用建筑、制作各種混凝土構(gòu)件，還可用于橋梁、窯爐和煙囪的砌筑。

1.8 粉煤灰在砂漿中代替部分水泥、石灰或砂

砂漿在建筑工程中的用量很大，且對(duì)粉煤灰的質(zhì)量不高，可改善混凝土的特性并節(jié)約水泥。粉煤灰在混凝土中的作用主要用來(lái)提高新拌混凝土的和易性、抑制泌水性、降低水化熱，也可以提高混凝土的后期強(qiáng)度和耐久性。

1.9 粉煤灰代替黏土作生產(chǎn)水泥原料

由于粉煤灰的化學(xué)成分和黏土相似，可代替黏土，所以可加入適當(dāng)校正料如砂巖、風(fēng)積沙等生產(chǎn)水泥。其生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備與生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥一樣。

1.10 粉煤灰用作生產(chǎn)水泥的混合材

在用質(zhì)量合格的粉煤灰做混合材磨制水泥時(shí)，可分別生產(chǎn)普遍硅酸鹽水泥（摻入量不高于15%）、礦渣硅酸鹽水泥（摻入量不高于15%）、粉煤灰水泥（摻入量為20%～40%）,低標(biāo)號(hào)砌筑水泥（摻入量為60%～70%）。

1.11 粉煤灰生產(chǎn)輕質(zhì)材板

輕質(zhì)材板主要有粉煤灰纖維棉板、粉煤灰硅鈣板、隔聲內(nèi)墻板等。這些產(chǎn)品具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、保溫、隔音、防潮、不燃、易加工等特性，在船舶、建筑工程等領(lǐng)域應(yīng)用較多。

1.12 粉煤灰用于礦井及塌陷區(qū)回填、及路基等處理

粉煤灰用于煤礦等礦井采空區(qū)的回填。選擇合適的時(shí)間和合適的工程方案，可以節(jié)約大量的工程費(fèi)用，而且效果還比較好。粉煤灰用于公路的路面基層，用二灰石（石灰、粉煤灰、石子）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碎石,可使公路質(zhì)量大大提高，加快了施工速度，降低了造價(jià)?，F(xiàn)粉煤灰已大量用于高等級(jí)公路的路堤，并大量節(jié)約了土地。

2 在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1 土壤改良

粉煤灰施入黏土土壤可以起到疏松土壤、增加土壤通透性、改善土壤供水保水等性能的作用，能使土壤耕作層的水、氣、肥、熱達(dá)到很好的平衡，活躍土壤微生物，加速有機(jī)物分解，提供更多養(yǎng)分，還有調(diào)節(jié)土壤pH值、增加養(yǎng)分元素的作用。

2.2 制造化肥

粉煤灰還有迄今所知的植物生長(zhǎng)所需的16種主要元素和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),被人們稱為長(zhǎng)效復(fù)合肥。但是由于粉煤灰中營(yíng)養(yǎng)元素的含量較少，生產(chǎn)中要想靠粉煤灰的天然肥效來(lái)達(dá)到一定的增產(chǎn)效果，需要施用大量的粉煤灰，這是不現(xiàn)實(shí)的。因此人們以粉煤灰為主要原料，經(jīng)過(guò)加工處理，加入適量的營(yíng)養(yǎng)元素，制成了多種復(fù)合肥，有用量少、增產(chǎn)效果好、價(jià)格便宜的特點(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、粉煤灰復(fù)混肥、粉煤灰磁化肥。

3 在化學(xué)工藝中的應(yīng)用

3.1 粉煤灰生產(chǎn)分子篩

以粉煤灰和燒堿為主要原料,配以Al(OH)3研制成0.4 nm分子篩，可以節(jié)省原料（沒(méi)生產(chǎn)1 t分子篩可以節(jié)省Al(OH)30.4～0.5 t）,同時(shí)也簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝（省去了稀釋、沉降、濃縮、過(guò)濾），還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 粉煤灰生產(chǎn)拒水粉

粉煤灰為建筑防水防泄漏材料主要原料。因其耐水、耐酸、耐堿、耐鹽、耐高溫、耐低溫、耐老化，可用于地面防潮、地下鐵道、水庫(kù)、隧道等。

3.3 提取氫氧化鋁

粉煤灰中的Al2O3含量為25%～40%，因此從粉煤灰中提取氫氧化鋁既有經(jīng)濟(jì)效益又有環(huán)境效益。如波蘭等國(guó)提取氫氧化鋁，常用高溫?zé)龎A法（1 300℃以上）。我國(guó)則多研究采用常壓蒸養(yǎng)、低溫（900℃左右）脫水的工藝，其優(yōu)點(diǎn)是能耗低。

3.4 回收鐵

粉煤灰中的鐵主要以Fe2O3、Fe3O4和硅酸鐵等形態(tài)存在。鐵的回收一般采用磁選法?？上冉?jīng)旋流器預(yù)選后，再用弱磁選礦機(jī)分選，富集得到高品位精鐵礦。如某電廠的粉煤灰中的鐵含量為7.18%，經(jīng)富集、選礦后的精礦品位可提高到53.18%，鐵回收率為46.92%。

4 粉煤灰應(yīng)用的發(fā)展方向

4.1 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，對(duì)重金屬離子、磷酸根離子、懸浮物、油類及色度等都有一定的去除效果。全國(guó)礦山每年排放礦井廢水(包括生活污水、城市污水、印染廢水)30億噸左右。如果不經(jīng)過(guò)處理而直接排放,不僅浪費(fèi)大量水資源，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。將粉煤灰改性后對(duì)廢水進(jìn)行處理，可以達(dá)到良好的防止污染效果。

4.2 精細(xì)化利用

粉煤灰中可以提取多礦物元素，如碳、硅、鎵、鍺等。不同的元素采用不同的提取方法，比如沉淀法、萃取法、氧化還原法等方法。目前，各種物質(zhì)的提取工藝相對(duì)獨(dú)立,這給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)一定難度，部分金屬的提取過(guò)程會(huì)造成一定的二次污染。作為精細(xì)化利用的另一個(gè)方面，可以利用粉煤灰中的微珠經(jīng)過(guò)加工后作為油漆、塑料、橡膠等的添加劑，來(lái)改善產(chǎn)品的一些特性。

由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，粉煤灰的綜合利用水平也同樣存在區(qū)域不平衡，在東南沿海，粉煤灰供不應(yīng)求，當(dāng)?shù)仉姀S的粉煤灰被全部利用，有時(shí)甚至從內(nèi)地購(gòu)買粉煤灰。中西部地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的限制,粉煤灰的利用程度不高，尤其是西電東送之后,西部的燃煤電廠產(chǎn)生了大量的粉煤灰，每年粉煤灰積存排放,浪費(fèi)了大量的可用資源。

就是粉煤灰的利用總體水平不高，在建筑和建材行業(yè)中的應(yīng)用占到了80%，在農(nóng)業(yè)中用來(lái)改良土壤和生產(chǎn)化肥農(nóng)藥的占到了15%，在精細(xì)化利用方面的應(yīng)用只占到了5%。

粉煤灰的利用還有很長(zhǎng)的路要走，以提高粉煤灰的利用率和利用水平，減少可利用資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

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