粉煤灰综合利用研究现状及发展建议

文 /乔 亮 兰天翔 李绪萍 龚 浩

随着国家经济的高速发展，对煤炭资源的需求量也在日益增长，而煤炭的燃烧，将产生大量的粉煤灰。粉煤灰的大量堆积不仅会造成大面积的土地资源浪费，而且还会造成水土污染、土地酸碱度失衡、影响动植物的生存环境等一系列问题。在国家不断加大环境保护力度和建设生态文明的形势下，研究如何利用粉煤灰成为许多学者重点研究的问题，而高度重视对粉煤灰的综合利用，不断拓展利用途径，提升综合利用率，将是一项亟须破解的重要课题。

一、我国粉煤灰综合利用现状探析

我国的粉煤灰主要应用在建筑材料、农业、回填以及矿物提取等方面。随着越来越多学者对粉煤灰综合利用的重视，我国对粉煤灰的综合利用也不再集中在传统方面，而是更加多样化。

1.利用粉煤灰治理煤矸石山

煤矸石是采煤过程中与煤混合在一起的固体废石。煤矸石中含有少量的煤和硫铁矿，其大多数情况下被自然堆积在外部，在一定条件下容易发生自燃。国内外对解决煤矸石自燃的研究非常多，比如提出了“三浆法”解决煤矸石的自燃问题，即以粉煤灰、脱硫石膏以及石灰粉为主要原材料制备新型凝胶材料，再把其喷洒到矸石山上，以解决矸石山自燃的问题。

2.道路工程方面的利用

随着我国科学技术的发展，粉煤灰在道路工程方面的综合利用研究也得到一定的发展。粉煤灰在道路工程中大多数被应用于高速公路路基填筑和道路灌浆材料制备等方面。研究表明，将粉煤灰应用于高速公路路基填筑不仅可以整体提高路基的质量，还可以提高资源的利用率。有关学者以粉煤灰、矿渣为主要原材料，通过一定的配比制备道路灌浆材料，发现了其作为道路灌浆材料的可灌性经验公式和灌浆配比，并研究了其流变性和流动性，对于粉煤灰制作道路灌浆材料提供了科学依据。

3.粉煤灰的精细化利用

（1）提取氧化铝。粉煤灰中氧化铝的含量十分丰富，粉煤灰因地域、质量的不同，其含有的氧化铝也不同，其含量大概在17%～50%之间。因此，从粉煤灰中提取氧化铝不仅可以缓解我国铝土资源进口的状况，还可以解决大量粉煤灰堆积的问题，一举两得。目前，从粉煤灰中提取氧化铝的工艺方法主要有三种，分别为酸法、碱法以及酸碱联合法等。因粉煤灰中氧化铝含量高，从粉煤灰中提取氧化铝已成为西北一些企业研究的热点。例如大唐集团研究出了“预脱硅－碱石灰烧结法”，可以实现年产20万t氧化铝的工业生产。蒙西集团采用与波兰相似的方法“石灰石烧结－低温拜耳法”生产氧化铝。国家能源准能集团开发出“一步酸融法”工艺技术，实现了生产过程的三废近零排放。

（2）制备微晶玻璃。微晶玻璃，也叫陶瓷玻璃，是一种新型微晶材料，其性能介于陶瓷与玻璃之间。微晶玻璃在电子工业、航空航天、生物医学、建筑材料、机械工业等领域有着广泛的应用前景。比如以粉煤灰和废玻璃为主要原料，辅以适量的化学纯试剂，通过烧结法制得微晶玻璃，实验结果表明，当添加35%的粉煤灰时，可以制备性能最优的微晶玻璃。此外，有学者以不同配比的高炉渣和粉煤灰为主要原材料制备微晶玻璃，研究出高炉渣、粉煤灰、石英砂的最优配比，研究表明，在777℃、941℃核化温度和934℃、941℃晶化温度下，制得的微晶玻璃晶粒细小，晶相分布均匀，晶体形貌发育好，且硬度高，抗碱性好。

（3）粉煤灰制备分子筛。分子筛是一种人工合成的水合硅铝酸盐矿物质，因其在灼烧的过程中会产生沸腾现象而又被称为沸石。分子筛是一种多孔、骨架结构材料，因此具有很强的离子吸附作用、离子交换性能以及催化性能。在处理污水、净化气体、催化载体、水体净化等领域有广阔的应用前景。比如以粉煤灰为原材料，通过水热合成法合成NaP分子筛，研究发现了制备合成NaP分子筛的最佳配比和条件，为粉煤灰制备分子筛提供了技术支持。

4.粉煤灰在建筑材料方面的应用

（1）利用粉煤灰制作水泥。在化学组成成分上，粉煤灰与黏土十分相似，在一定程度上可以代替黏土用于水泥配料。比如利用超细粉煤灰制备高强度水泥，实验结果表明当添加超细粉煤灰的掺量为17%～42%时，可制备生产性能优良的高强度水泥。因此，在生产制备水泥时加入一定比例的粉煤灰不仅能提高水泥的性能，还可以降低水泥的生产成本。

（2）利用粉煤灰制作砌砖。粉煤灰砖主要有两种，一种是蒸养粉煤灰砌砖，它是将粉煤灰、石灰和石膏为主要原材料，通过一定量的配比，再经过常压蒸汽养护制成。另一种是烧结粉煤灰砖，它以黏土和粉煤灰为主要原材料，经过焙烧而成砌砖。蒸养粉煤灰砖保留了粉煤灰的隐性化学活性，具有水硬性，它可以在环境中与水发生水化反应，使砖结构更加密实，较一般砖有更好的强度、硬度及稳定性。烧结粉煤灰砖与黏土烧结砖相比，性能更加优越，不仅强度高、质量轻、隔热性能好，而且还具有抗冻融性强、耐久性强等优点。

（3）利用粉煤灰制作混凝土。大量的实验证明，把粉煤灰当作掺料加入混凝土中，不仅可以增强混凝土的强度，改进混凝土的性能，还可以降低生产混凝土的成本，带来一定的经济效益。实验研究发现，加入不同掺量的粉煤灰时，混凝土的耐久性不同，当加入25%的粉煤灰时，混凝土的性能达到最优。

5.粉煤灰在农业方面的应用

粉煤灰因其自身的特性，不仅在工业方面具有广泛的利用价值，而且在农业上的利用也表现出了显著的成效。粉煤灰具有多孔松散、质量轻、粒度细等特性，将其配加到土壤中，不仅可以改善土壤酸碱度，而且还可以增加土壤水分，提高土壤透气性。比如通过开展以醋糟和粉煤灰为混合物施于土壤中，观察青稞生长状况及土壤改良的试验，结果表明，醋糟与粉煤灰的混合物可以提高土壤营养成分，降低土壤容重，提高土壤透气透水性，从而提升作物产量。同时粉煤灰中还含有大量农作物必需的营养元素和一些微量元素，是一种高效的复合肥料，这种复合肥料不仅可以改变土壤的肥力，提升农作物的产量，而且价格低廉。

二、提升我国粉煤灰综合利用水平的建议

1.加快建设粉煤灰交易平台

我国的燃煤发电厂大多数集中在西北地区，南方的燃煤发电厂比较少，而西北地区对于粉煤灰的综合利用率不及南方地区，加之受运输粉煤灰不便的限制，导致了大量的粉煤灰被堆积在西北地区无法利用。因此，建议国家建设专门的粉煤灰交易通道和平台，加强信息沟通，方便供需双方交易，拓展粉煤灰利用渠道。

2.完善相关支持政策

我国虽然早已制订了粉煤灰综合利用的相关法律政策，但是政策法规还是不够灵活完善。国家应该制订更加完善的法律法规，从政策、资金方面加大对粉煤灰应用企业的扶持，倡导企业提高在粉煤灰综合利用方面的投资，积极设立专门的粉煤灰利用项目，拓展粉煤灰的应用途径，减少粉煤灰的堆积。

3.建立产学研一体化机制

国家应加快建立产学研一体化机制，鼓励科研机构、高校加大对粉煤灰综合利用新产品的研究，特别是加强高附加值产品的研究，加强校企合作，充分调动各方面对粉煤灰综合利用研究的积极性，提高粉煤灰综合利用率。

三、结语

随着我国对煤炭资源需求的增加，随之也产生了大量的粉煤灰。当前我国粉煤灰综合利用率较低，不仅浪费了大量的国土资源，还污染了环境。应当深刻认识到，粉煤灰不再是一种工业废弃物，而是一种宝贵的资源。随着新发展理念的贯彻，国家对环境保护的要求也越来越严格，在这种新形势下，我们更要重视对粉煤灰综合利用的研究，提高研究投入，同时要强化政策支持，构建产学研一体化机制，努力提升粉煤灰综合利用率，真正实现变废为宝。