（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/三水）粉煤灰的主要來(lái)源是煤在鍋爐中燃燒后形成的\被煙氣攜帶出爐膛的細灰，其化學(xué)成分主要有：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O、MnO2等。粉煤灰是我國年排放量和累計堆放量最大的工業(yè)廢棄物之一，且每年排放數量呈增加趨勢。目前，大量粉煤灰處理方式是堆積排放，占用大量土地，不僅造成環(huán)境污染，更嚴重地破壞了自然生態(tài)，影響正常的生產(chǎn)秩序，對人體的健康產(chǎn)生威脅。
在此背景下，對粉煤灰開(kāi)展固體廢棄物綜合利用成為幾十年來(lái)國家和行業(yè)不寫(xiě)追求的目標，這不僅關(guān)系到我國煤炭、電力及相關(guān)領(lǐng)域的可持續發(fā)展問(wèn)題，而且對保護土地資源、避免環(huán)境污染，實(shí)現綠色經(jīng)濟具有重要意義。
現在對粉煤灰綜合利用途徑主要有以下幾方面：
1、粉煤灰用于建筑材料領(lǐng)域
粉煤灰在建筑材料領(lǐng)域，主要用途是配制粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰燒結磚、粉煤灰砌磚塊、粉煤灰 陶粒、粉煤灰輕質(zhì)板材、微晶玻璃等。
中國地質(zhì)大學(xué)（北京）杜高翔等以快硬水泥、普硅水泥、粉煤灰等為原料，通過(guò)加入系列外加劑，成果制備出堆積密度小于0.2t/ m3、導熱系數小于0.065W/m.℃、整體防水和防火性能達到A級的外墻外保溫材料。相關(guān)技術(shù)已經(jīng)申請國家發(fā)明專(zhuān)利。
清華大學(xué)閻培渝等用細度基本相同的粉煤灰和石英粉作為活性和惰性礦物摻和料,研究了不同水膠比、不同養護溫度條件下,礦物摻和料的種類(lèi)和摻量對復合膠凝材料抗壓強度發(fā)展特性的影響。在水化初期,顆粒形貌等物理因素比反應程度等化學(xué)因素更能影響含有礦物摻和料的復合膠凝材料的抗壓強度發(fā)展特性,活性與惰性礦物摻和料的作用基本相同。熱激發(fā)能明顯促進(jìn)粉煤灰的火山灰反應,有利于含粉煤灰的復合膠凝材料的抗壓強度發(fā)展。含大摻量粉煤灰的復合膠凝材料特別適合用于內部能較長(cháng)時(shí)間維持較高溫度的大體積混凝土結構。
江西景德鎮陶瓷學(xué)院陳云霞等以江西景德鎮發(fā)電廠(chǎng)排放粉煤灰以及經(jīng)浮選脫碳的粉煤灰為主要原料，采用本地其他廉價(jià)原料為輔助原料制得粉煤灰瓷質(zhì)磚。實(shí)驗研究了不同原料、原料的配比和燒成溫度等對瓷磚的燒成收縮、吸水性和抗折強度的影響。研究發(fā)現 ：粉煤灰的最高摻量可達75wt%，燒成溫度1160℃保溫30min，所得瓷質(zhì)磚抗折強度為61.87MPa，吸水率為0.23%，收縮為7.4%，能滿(mǎn)足制備瓷質(zhì)磚的要求。
西南科技大學(xué)曹超等以粉煤灰、石灰石和無(wú)水碳酸鈉為原料,通過(guò)燒結法制備了以鈣長(cháng)石、鈣鐵輝石和霞石為晶相的復合晶相微晶玻璃。借助差熱分析、X射線(xiàn)衍射及掃描電子顯微鏡研究了晶化溫度(850～1100℃)對微晶玻璃析晶行為、顯微形貌和性能的影響。
清華大學(xué)王征等依據Riley提供的形成適宜粘度的化學(xué)成分范圍,采用粉煤灰、珍珠巖尾礦粉、剝離黃土、剝離紅土等廢料,添加助熔劑,經(jīng)合適的工藝制度,燒制出高強度、低吸水率的膨脹型陶粒;在生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行了中試,用中試生產(chǎn)的陶粒配制出強度達55 MPa的高強、輕質(zhì)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為粉煤灰混合料，主要用于路基填料、路面基層材料。應用形式大體可分為四種：粉煤灰加石灰簡(jiǎn)稱(chēng)二灰，粉煤灰加石灰加土簡(jiǎn)稱(chēng)二灰土，粉煤灰加石灰加碎石簡(jiǎn)稱(chēng)二灰碎石，粉煤灰加石灰加砂礫簡(jiǎn)稱(chēng)二灰砂礫。
3、粉煤灰提取氧化鋁等化學(xué)品項目進(jìn)展
粉煤灰中含有的主要元素是硅、鋁、鐵、鈣等，還有少量鎂、鈦、硫、鉀、鈉和磷。此外，還含有砷、鎘、汞、鉛和鋅等多種微量元素，可從中提取一些重要的化工原料。
中煤平朔煤業(yè)有限責任公司荊富等采用堿液常壓浸出粉煤灰,生產(chǎn)白炭黑,然后采用堿石灰燒結法生產(chǎn)氧化鋁,可實(shí)現粉煤灰的經(jīng)濟綜合利用。
神華集團、大唐集團等大型央企對利用高鋁粉煤灰提取氧化鋁的技術(shù)進(jìn)行了多年的研究，已經(jīng)形成了較為系統的技術(shù)。部分技術(shù)已經(jīng)完成了中試。利用高鋁粉煤灰提取氧化鋁可以減少粉煤灰的堆存，還可以減少鋁業(yè)對鋁土礦的過(guò)度依賴(lài)。該項目受到了現任總理李克強同志的高度重視。
山西大學(xué)王苗等采用鹽酸溶解的方法從粉煤灰中提取氧化鋁和氧化鐵,結果表明,不經(jīng)活化的粉煤灰很難將其中的鋁、鐵溶解出來(lái),僅憑借煅燒對鋁、鐵溶出的效果影響不大,在煅燒的同時(shí)添加碳酸鈉和氫氧化鈉助劑可以顯著(zhù)提高其中氧化鋁和氧化鐵的溶出率,同時(shí)添加碳酸鈉和氫氧化鈉助劑,在700℃即可達到95%的高溶出率。
山東科技大學(xué)田愛(ài)杰以煤矸石/粉煤灰為原料,浸出液用濃度為6mol/L的HCl溶液,液固體積質(zhì)量比40∶1,用正交實(shí)驗研究灼燒溫度、灼燒時(shí)間、酸浸溫度、酸浸時(shí)間等多個(gè)因素對鎵提取率的影響,從而得到提取金屬鎵的最優(yōu)條件，提取率能達到90%以上，此種方法的提取,提取率高,用料省,充分利用廢棄資源,會(huì )帶來(lái)很高的經(jīng)濟和社會(huì )效益。
北京依依星科技有限公司與神華集團合作，開(kāi)展利用粉煤灰提取氧化鋁的殘渣制備建筑保溫材料的技術(shù)，現已取得階段性進(jìn)展。
4、粉煤灰用于環(huán)境保護領(lǐng)域
粉煤灰在環(huán)境保護方面主要應用于廢水處理、重金屬鈍化和廢氣濾除等。
淮陰工學(xué)院彭喜花等以酸改性粉煤灰為吸附劑,處理低質(zhì)量濃度(1mg/L左右)磷酸鹽溶液,探討了改性劑的種類(lèi)、改性劑用量、吸附劑用量、反應時(shí)間、pH以及溫度對除磷效果的影響。結果表明經(jīng)過(guò)酸改性后粉煤灰的磷去除率顯著(zhù)提高,而且硫酸改性粉煤灰的除磷效果更好,磷去除率最高可達97.68%。
華僑大學(xué)陳婉妹等研究經(jīng)氫氧化鈉改性后的粉煤灰對廢水中氨氮的去除效果。實(shí)驗結果表明,當氫氧化鈉濃度為3mol·L-1時(shí),粉煤灰對氨氮的去除率最高;當改性粉煤灰的投加量為2g、攪拌時(shí)間為20min、pH為7、氨氮廢水起始濃度為50mg·L-1時(shí),氨氮去除率達到70.86%。
中國礦業(yè)大學(xué)賈含帥等以粉煤灰為吸附劑,鉬酸銨為吸附質(zhì),通過(guò)單因子試驗分別考察粉煤灰粒徑、粉煤灰投加量、吸附時(shí)間、pH和溫度等因素對吸附效果的影響,確定了粉煤灰吸附的最佳條件(粒徑為80～100目,投加量為2.5g,吸附時(shí)間為30min,pH為3,溫度為30℃)。在此條件下,粉煤灰對鉬酸銨的去除率達到80%～85%。
華北電力大學(xué)趙毅等開(kāi)發(fā)了以粉煤灰、Ca(OH)2為基礎物質(zhì)的新型高活性吸收劑。采用固定床方式和管道噴射方式 ,實(shí)現了煙氣脫硫脫氮。
5、粉煤灰用于農業(yè)領(lǐng)域
目前，粉煤灰在農業(yè)方面應用是土壤改良和生產(chǎn)化肥。
粉煤灰顆粒組成以微細的玻璃狀顆粒為主，密度小、孔隙大，將適量粉煤灰施加到粘質(zhì)土壤或沙質(zhì)土壤中，一方面可以?xún)?yōu)化土壤顆粒粒度組成，改善土壤結構；另一方面，可改善土壤自身某些農用性質(zhì)。
翟建平等利用粉煤灰進(jìn)行了菜田粘質(zhì)土壤改良試驗，發(fā)現粉煤灰能降低土壤密度，提高土壤孔隙率，協(xié)調土壤的水、肥、氣、熱，調節土壤三相比，蔬菜增產(chǎn)效果明顯。還發(fā)現在施灰量為15t/ha2、30t/ha2、45t/ha2范圍內，蔬菜的產(chǎn)量與施灰量成正相關(guān)。
山東科技大學(xué)武艷菊利用粉煤灰制備新型礦物肥料——硅肥，并對粉煤灰中的有益微量元素（Cu、Zn、Mn、Se）和有害重金屬元素（Cr、Cd、Hg、Pb）的最大排放量和淋溶規律進(jìn)行了研究，研究表明，粉煤灰中的有害微量元素含量低,不會(huì )給環(huán)境帶來(lái)負面影響,更不會(huì )通過(guò)食物鏈危及人類(lèi)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對土壤和農作物的影響,研究表明:施用硅肥不會(huì )造成土壤堿化,能促進(jìn)作物生長(cháng),提高作物產(chǎn)量。
6、粉煤灰用于復合材料領(lǐng)域
將粉煤灰經(jīng)過(guò)活化處理后，用作橡膠或塑料的補強填充劑，可以在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，具有較好的經(jīng)濟效益。
億利資源集團有限公司劉珊等研究了PVC/粉煤灰微珠復合材料、PVC/CaCO3復合材料的力學(xué)性能。實(shí)驗結果表明:當粉煤灰微珠添加量為5份時(shí),PVC/粉煤灰微珠復合材料的室溫缺口沖擊強度為46kJ/m2,拉伸強度為47MPa達到最大值;彎曲模量隨著(zhù)粉煤灰微珠增加呈線(xiàn)性增加;PVC/粉煤灰微珠復合材料的綜合力學(xué)性能要好于PVC/CaCO3復合材料。SEM測試表明:經(jīng)表面改性后的粉煤灰微珠在PVC基體中具有很好的分散性和相容性。
陜西科技大學(xué)賀磊等采用鋁鋯偶聯(lián)劑對粉煤灰纖維進(jìn)行預處理,制備粉煤灰纖維/NR復合材料,并對其性能進(jìn)行研究。結果表明,采用鋁鋯偶聯(lián)劑對粉煤灰纖維預處理能夠改善纖維和橡膠基體界面的結合狀況;粉煤灰纖維最佳用量為40份,可明顯提高粉煤灰纖維/NR復合材料的物理性能和絕緣性能,但撕裂強度有所下降。
齊齊哈爾大學(xué)武衛莉以膠粉和粉煤灰為原料,加入硅烷偶聯(lián)劑KH-550制得粉煤灰/膠粉復合材料。研究了粉煤灰的用量、偶聯(lián)劑的種類(lèi)及用量、配合劑的加料順序、硫化條件對粉煤灰/膠粉復合材料性能的影響。確定了粉煤灰/膠粉復合材料的較佳配方:100份膠粉,25份粉煤灰,2份KH-550,1.5份促進(jìn)劑,4份硬脂酸; 配合劑的最佳加料順序:在初混時(shí)加入促進(jìn)劑和硬脂酸,在混煉過(guò)程中加入硫磺后,再加KH-550硅烷偶聯(lián)劑;最佳硫化工藝條件為:145℃×9.0MPa×40min。在此條件下制得的粉煤灰/膠粉復合材料硫化后的邵爾A硬度為94度,拉伸強度為9.5MPa,扯斷伸長(cháng)率為301%,磨耗為0.7cm2/1.6km;經(jīng)200℃熱空氣老化24h后,邵爾A硬度變化為0度,拉伸強度變化為-11%,扯斷伸長(cháng)率變化為-25%,磨耗變化為1.4%。
近幾年我國粉煤灰綜合利用率逐年提高，預計到“十二五”末我國粉煤灰綜合利用率將提高到70%，在擴大利廢規模、提高利用水平的基礎上，粉煤灰綜合利用將得到平穩發(fā)展。應在現有基礎上，積極推廣粉煤灰加氣混凝土、蒸壓磚、陶粒等利廢建材生產(chǎn)應用,提高利用量;推廣采用粉煤灰建造水壩、油井平臺、路基等建筑工程技術(shù);推進(jìn)高鋁粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化;研發(fā)粉煤灰用于農業(yè)、污水處理及各類(lèi)填充材料等技術(shù)。積極推進(jìn)陜西、山西、內蒙等粉煤灰堆存量大的地區的粉煤灰綜合利用進(jìn)程,提高粉煤灰綜合利用水平。 |
