粉煤灰综合利用的新途径

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【摘 要】粉煤灰是我国当前排量最大的工业废渣之一。随着我国电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，对环境的污染越来越严重。因此粉煤灰的综合利用研究，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏等问题的重要手段。结合粉煤灰的组成及性质，综述了粉煤灰在农业、环保、材料等行业高值化利用的新途径和应用前景，指出粉煤灰是一种潜在的可再生资源，粉煤灰综合利用研究对经济和环保领域具有重要意义。
【关键词】粉煤灰；固体废物；综合利用；新途径
粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种类似火山灰质的混合材料。我国以煤炭为电力生产基本燃料，粉煤灰是我国当前排量最大的工业废渣之一。随着电力工业的发展，粉煤灰排放量逐年增加，大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策。因此，粉煤灰的处理和综合利用问题引起人们和社会的广泛关注。
1.粉煤灰的组成及性质
粉煤灰的化学成分是评价粉煤灰质量优劣的重要技术基础。主要成分为SiO2（质量分数40%～60%）、Al2O3（质量分数17%～35%）、Fe2O3（质量分数2%～15%）、CaO（质量分数1%～10%）、和未燃炭，其余为少量K、P、S、Mg等的化合物和微量As、Cu、Zn等的化合物。由于煤的灰量变化范围很广，而且这一变化不仅发生在来自世界各地或同一地区不同煤层的煤中，甚至也发生在同一煤矿不同的部分的煤中。因此，构成粉煤灰的具体化学成分含量，也就因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同而有所不同。
粉煤灰的化学性质即活性，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及水存在时，能在常温，特别是在水热处理（蒸汽养护）条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。粉煤灰的活性主要来自活性SiO2（玻璃体SiO2）和活性A12O3（玻璃体A12O3）在一定碱性条件下的水化作用[1]。因此，粉煤灰中SiO2、A12O3和f-CaO（游离氧化钙）都是活性的有利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏（CaSO4）的形式存在，它对粉煤灰早期强度的发挥有一定作用，因此粉煤灰中的硫对粉煤灰活性也是有利组成。粉煤灰中的钙含量在3%左右，它对胶凝体的形成是有利的。
粉煤灰的物理性质是化学成分及矿物组成的宏观反映。由于粉煤灰的组成波动范围很大，这就决定了其物理性质的差异也很大。粉煤灰的基本物理性质密度（g/cm3）约为1.9～2.9、堆积密度（g/cm3）为0.531～1.261、原灰标准稠度（%）为27.3～66.7、需水量（%）为89～130、28d抗压强度比（%）为37～85。
2.粉煤灰综合利用的新途径
国内外对于粉煤灰综合利用主要侧重于在建筑材料和水泥工业中的应用，这些都是粉煤灰的低值应用，利用率低且方式单一，越来越多的研究表明，粉煤灰是一种用途十分广泛的可再生资源，使其高值化利用。粉煤灰综合利用的新途径主要有以下方面：
2.1粉煤灰在农业方面的应用
由于粉煤灰结构松散、空隙大、可以降低土壤容重，可以降低粘土中粘粒含量，增加土壤空隙度，促进微生物活动以利于养分转化，调节土壤的温度和PH，提高土壤含水量和田间持水量等，从而达到改良土壤的目的。粉煤灰含有大量植物生长需要的营养元素和无机质，可作肥料的生产原料，也可以采用一定方法将其制成复合肥料。
2.2粉煤灰在环境保护中的应用
粉煤灰具有较高的吸附活性，可用来净化废水，对COD和色度等都有较好的去除效果。此外，粉煤灰中含CaO等碱性物质，可作燃煤烟气的脱硫剂。目前，国内外在研究粉煤灰净化环境方面进展较大，但大多数处于实验研究阶段，许多问题有待进一步探索，如减少粉煤灰的预加工费用，防止带来新的污染，提高处理效率与新技术结合等。
2.3粉煤灰在化学工业中的应用
采用物理、化学和冶金等相结合的工艺方法从粉煤灰中回收钼、钛、银、隔、钒、铀等稀有金属的研究和应用，意义重大。
粉煤灰中Al2O3质量分数达16%～35%，是一个巨大的铝资源宝库。国内外研究开发了多种方法从粉煤灰中提取铝金属。以粉煤灰为基本原料制取试剂级的Al2O3等产品，也可制成聚合氯化铝净化剂。
2.4粉煤灰制新型建材方面的应用
以粉煤灰为原料，加入添加剂和化学助剂，可以制成耐水、耐酸、耐碱、耐高低温、耐老化的新型化学材料。这种材料可作为防水防渗材料广泛应用于楼房、地面、隧道工程、水库等工程建设中。粉煤灰还可用于生产拒水粉、防水粉、隔音材料等。粉煤灰在制防水、隔音材料方面，发展空间很大。
以粉煤灰为原料的微晶玻璃是近年来微晶玻璃领域的研究热点之一。利用粉煤灰发展我国的玻璃工业，研制建材玻璃产品也将是今后粉煤灰利用的一个热点领域，特别是粉煤灰微晶玻璃和泡沫玻璃，具有广阔的应用前景。
2.5粉煤灰在高分子制品中的应用
将对表面进行活化处理后的粉煤灰作为填料广泛应用于橡胶和塑料工业中及铸造改性尼龙中，也可应用于聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和工程塑料等制品中。粉煤灰通过适当的处理可在橡胶制品中全部代替碳酸钙，而活化的粉煤灰与部分炭黑并用也能达到半补强炭黑的实际应用水平。
2.6粉煤灰催化材料方面的应用
以粉煤灰的主要成分硅铝酸盐作原料与其他物质混合可以合成沸石，在适当的条件下也可将惰性物质莫来石、石英活化加以利用。因其独特的结构性能，合成沸石在催化领域有着广泛的应用前景。
以粉煤灰为原料研制一种新型的粉煤灰基固体酸催化剂，可催化废塑料裂解，具有广阔的应用前景。粉煤灰在催化领域的应用潜力较大，与同类催化剂相比粉煤灰制备催化材料具有工艺简单、原料易得、成本低廉等优点，在一定程度上能有效解决固体催化剂因性价比低而难以实现工业化的难题。
由于粉煤灰的种类日趋复杂和多样化，其资源化利用也应向多元化方向发展，例如在粉煤灰中筛选活性炭，提取矿物和各种金属化合物等，还应加大粉煤灰作为填充材料在塑料、橡胶、涂料行业的应用研究。粉煤灰已逐渐被人们认识和利用起来的一种新型资源，它的开发和利用打破了人们以往将其作为一种污染的旧观点。近年来，随着人们对粉煤灰结构、特性的深入研究，我国陆续出台了关于粉煤灰的各种特性品质的标准规程，为粉煤灰的应用提供了依据。相信在不久的将来，粉煤灰的用途会在各个有关领域迅速扩大，为造福人类做出更大的贡献。
【参考文献】
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