粉煤灰综合利用概述

曹德生魏荣杰

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

粉煤灰综合利用概述

曹德生魏荣杰

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料，综合利用粉煤灰越来越受到人们的关注。粉煤灰的在建筑工业、建材工业、农业、化学工业等方面的综合利用，可以减少环境污染，创造更高的附加值。

燃煤发电;粉煤灰;废物利用;环境污染

我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，2011年的煤炭产量35.2亿吨，在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别为78.6%、72.8%。燃煤所造成的大气污染、水污染及粉煤灰的大量产生都严重地威胁着生态环境。

近10多年来，我国电力工业迅速发展，燃煤发电机组总装机容量不断扩大，电力行业消耗了全国一半的煤炭资源，由燃煤发电所产生的粉煤灰逐年增加。据统计,我国1995年粉煤灰排放量约1.25亿吨，2000年约1.5亿吨，2009年约3.75亿吨，2010年约4.8亿吨，2011年约5.4亿吨,并且随着燃煤电厂的发展，粉煤灰产生量还将继续增加。预计，2015年我国的粉煤灰产生量在5.5～5.7亿吨。

能源结构的现状决定了短期内我国粉煤灰排放量仍然会越来越多,如何将粉煤灰变废为宝,促进粉煤灰高效循环利用，减少对环境污染，成为世界关注的热点。

粉煤灰是结晶体、玻璃体以及少量未燃烧碳组成的结构复杂的混合体。粉煤灰在干燥状态时呈灰色或灰白色，含水量大的粉煤灰呈灰黑色。从表面张力作用讲，粉煤灰矿物组成分为晶体矿物和非晶体矿物。粉煤灰的主要氧化物组成为SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、TiO2、K2O、Na2O、MnO、SO3。地区、年代、煤层、燃烧温度不同，粉煤灰的化学成分变化较大。我国火电厂粉煤灰的化学组成见表1。

表1 粉煤灰的基本化学组成（%）

目前，根据粉煤灰的综合利用来划分，粉煤灰可以大致分为三类。

1 在建筑和建材行业中的应用

1.1 用粉煤灰生产烧结砖

粉煤灰的用量可以占到制砖用料的30%～70%，主要生产工艺和设备与普通黏土砖相同。洛阳某砖厂采用电厂湿排粉煤灰经过自然脱水至含水率在30%左右，按照粉煤灰60%、黏土35%及滤渣5%等工业废渣配比生产烧结砖，每年节省大量的黏土和煤炭资源，利用了废弃资源，取得了良好的社会和经济效益。

1.2 粉煤灰生产蒸汽养护砖

粉煤灰蒸汽养护砖的配料除粉煤灰可占65%左右外，还需配入适量的骨料生石灰和石膏，经坯料制备、压制成型，经常压或高压蒸汽养护后烧制成砖。蒸汽养护砖对粉煤灰的要求是含碳量越低越好，活性越高越好。

1.3 粉煤灰制取免烧免蒸砖

粉煤灰的用量可以占到制砖用料的30%～70%，主要生产工艺和设备与普通黏土砖相同。洛阳某砖厂采用的电厂湿排粉煤灰经过自然脱水后含水率在30%左右，按照粉煤灰60%、黏土35%及滤渣5%等工业废渣配比混合生产烧结砖,每年节省大量的黏土和煤炭资源，又利用了废弃资源，取得良好的社会和经济效益。

1.4 粉煤灰生产硅酸盐水泥砌块

粉煤灰硅酸盐砌块以粉煤灰、石灰、石膏和胶结料为原料,在配料中除炉渣为主占55%左右外，粉煤灰用量也可达30%。经加水搅拌，振动成型，蒸汽养护而成。此工艺对粉煤灰质量的要求是其烧失量低于15%。硅酸盐水泥砌块适用于工业及民用建筑，比黏土砖的保温性能好，自重轻，能满足一般建筑物承重墙的耐火极限要求。

1.5 粉煤灰生产泡沫玻璃

泡沫玻璃是一种新型建筑材料，它可由粉煤灰（可占70%）为主要原料烧制而成,其密度在0.5～0.8 t/m3，具有抗压、隔热、隔音、防水、能浮出水面等性能，是现代高层建筑的优质材料。泡沫玻璃作大型雕塑材料，可制成大块，也可任意切割装配。用泡沫玻璃制成的墙体砖，密度仅为普通黏土砖的5%～10%，而强度却高出8～15倍，所以它具有质轻、强度大、节能等优点。用它作为保温、隔热、隔音材料物美价廉，有较高的经济效益和社会效益。

1.6 粉煤灰制造加气混凝土

粉煤灰生产加气混凝土是以粉煤灰为基本原料，配以适量的水泥、石灰、石膏、铝粉（发气剂）和稳泡剂等制成的一种轻质混凝土，其粉煤灰用量可占70%左右。生产的加气混凝土砌块有质轻、隔音、保温、抗渗、抗震、环保、耐久、快捷、经济等特性，主要用于屋面保温、内外墙体和阳台隔断，具有较好的社会和经济效益。

1.7 粉煤灰生产陶粒

利用粉煤灰为主要原料，加入一定量的胶结料和水，经成球、烧结而成的轻骨料为烧结粉煤灰陶粒。它是一种性能良好的人造轻骨料，其粉煤灰用量可达80%。粉煤灰生产的陶粒具有密度小、耐热度高、抗渗性好、耐冲击力强等优点,可替代天然渣石配制150～300号的混凝土,广泛地用于工业与民用建筑、制作各种混凝土构件，还可用于桥梁、窑炉和烟囱的砌筑。

1.8 粉煤灰在砂浆中代替部分水泥、石灰或砂

砂浆在建筑工程中的用量很大，且对粉煤灰的质量不高，可改善混凝土的特性并节约水泥。粉煤灰在混凝土中的作用主要用来提高新拌混凝土的和易性、抑制泌水性、降低水化热，也可以提高混凝土的后期强度和耐久性。

1.9 粉煤灰代替黏土作生产水泥原料

由于粉煤灰的化学成分和黏土相似，可代替黏土，所以可加入适当校正料如砂岩、风积沙等生产水泥。其生产工艺和技术装备与生产普通硅酸盐水泥一样。

1.10 粉煤灰用作生产水泥的混合材

在用质量合格的粉煤灰做混合材磨制水泥时，可分别生产普遍硅酸盐水泥（掺入量不高于15%）、矿渣硅酸盐水泥（掺入量不高于15%）、粉煤灰水泥（掺入量为20%～40%）,低标号砌筑水泥（掺入量为60%～70%）。

1.11 粉煤灰生产轻质材板

轻质材板主要有粉煤灰纤维棉板、粉煤灰硅钙板、隔声内墙板等。这些产品具有质轻、高强、保温、隔音、防潮、不燃、易加工等特性，在船舶、建筑工程等领域应用较多。

1.12 粉煤灰用于矿井及塌陷区回填、及路基等处理

粉煤灰用于煤矿等矿井采空区的回填。选择合适的时间和合适的工程方案，可以节约大量的工程费用，而且效果还比较好。粉煤灰用于公路的路面基层，用二灰石（石灰、粉煤灰、石子）代替传统的碎石,可使公路质量大大提高，加快了施工速度，降低了造价。现粉煤灰已大量用于高等级公路的路堤，并大量节约了土地。

2 在农业中的应用

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，能使土壤耕作层的水、气、肥、热达到很好的平衡，活跃土壤微生物，加速有机物分解，提供更多养分，还有调节土壤pH值、增加养分元素的作用。

2.2 制造化肥

粉煤灰还有迄今所知的植物生长所需的16种主要元素和其他营养物质,被人们称为长效复合肥。但是由于粉煤灰中营养元素的含量较少，生产中要想靠粉煤灰的天然肥效来达到一定的增产效果，需要施用大量的粉煤灰，这是不现实的。因此人们以粉煤灰为主要原料，经过加工处理，加入适量的营养元素，制成了多种复合肥，有用量少、增产效果好、价格便宜的特点。现在已经应用的有粉煤灰硅钙肥、粉煤灰钙镁磷肥、粉煤灰复混肥、粉煤灰磁化肥。

3 在化学工艺中的应用

3.1 粉煤灰生产分子筛

以粉煤灰和烧碱为主要原料,配以Al(OH)3研制成0.4 nm分子筛，可以节省原料（没生产1 t分子筛可以节省Al(OH)30.4～0.5 t）,同时也简化了生产工艺（省去了稀释、沉降、浓缩、过滤），还可以提高产品质量。

3.2 粉煤灰生产拒水粉

粉煤灰为建筑防水防泄漏材料主要原料。因其耐水、耐酸、耐碱、耐盐、耐高温、耐低温、耐老化，可用于地面防潮、地下铁道、水库、隧道等。

3.3 提取氢氧化铝

粉煤灰中的Al2O3含量为25%～40%，因此从粉煤灰中提取氢氧化铝既有经济效益又有环境效益。如波兰等国提取氢氧化铝，常用高温烧碱法（1 300℃以上）。我国则多研究采用常压蒸养、低温（900℃左右）脱水的工艺，其优点是能耗低。

3.4 回收铁

粉煤灰中的铁主要以Fe2O3、Fe3O4和硅酸铁等形态存在。铁的回收一般采用磁选法。可先经旋流器预选后，再用弱磁选矿机分选，富集得到高品位精铁矿。如某电厂的粉煤灰中的铁含量为7.18%，经富集、选矿后的精矿品位可提高到53.18%，铁回收率为46.92%。

4 粉煤灰应用的发展方向

4.1 在污水处理中的应用

粉煤灰能够广泛应用于各种工业废水的处理，对重金属离子、磷酸根离子、悬浮物、油类及色度等都有一定的去除效果。全国矿山每年排放矿井废水(包括生活污水、城市污水、印染废水)30亿吨左右。如果不经过处理而直接排放,不仅浪费大量水资源，而且严重污染环境。将粉煤灰改性后对废水进行处理，可以达到良好的防止污染效果。

4.2 精细化利用

粉煤灰中可以提取多矿物元素，如碳、硅、镓、锗等。不同的元素采用不同的提取方法，比如沉淀法、萃取法、氧化还原法等方法。目前，各种物质的提取工艺相对独立,这给工业生产带来一定难度，部分金属的提取过程会造成一定的二次污染。作为精细化利用的另一个方面，可以利用粉煤灰中的微珠经过加工后作为油漆、塑料、橡胶等的添加剂，来改善产品的一些特性。

由于我国经济发展的不平衡，粉煤灰的综合利用水平也同样存在区域不平衡，在东南沿海，粉煤灰供不应求，当地电厂的粉煤灰被全部利用，有时甚至从内地购买粉煤灰。中西部地区由于经济发展水平的限制,粉煤灰的利用程度不高，尤其是西电东送之后,西部的燃煤电厂产生了大量的粉煤灰，每年粉煤灰积存排放,浪费了大量的可用资源。

就是粉煤灰的利用总体水平不高，在建筑和建材行业中的应用占到了80%，在农业中用来改良土壤和生产化肥农药的占到了15%，在精细化利用方面的应用只占到了5%。

粉煤灰的利用还有很长的路要走，以提高粉煤灰的利用率和利用水平，减少可利用资源的浪费，实现经济的可持续发展。

[1]耿鹏飞.粉煤灰的综合利用—洁净煤技术[J].2012,18,2.

[2]吉涛,方莹.粉煤灰精细化利用现状及前景[J].混凝土, 2012,1.

[3]潘家道.大体积粉煤灰混凝土在矿井回填中的研究和应用[J].粉煤灰综合利用,2003,5.

[4]周华梅,乔秀臣,于建国.F型粉煤灰氧化铝提取潜力[J].华东理工大学学报(自然科学版),2011,37(5)：577～581.