粉煤灰综合利用现状研究.docx

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1、粉煤灰是电厂锅炉燃烧后从烟气中收集的细灰，主要成分是二氧化硅和三氧化二铝以及少量三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾和氧化硫等。随着电力消耗的增加，粉煤灰排放量也逐年增长。我国2017年粉煤灰产量为6.86亿t,2018年为7.15亿t,2019年为7.48亿t,2023年预计为7.81亿t,2024年将达到9.25亿to大量的粉煤灰露天堆放不仅占用土地，而且还会破坏土壤的酸碱平衡，污染水体和空气，给环境造成沉重压力。如果我国能够将堆积的粉煤灰进行合理的资源化利用，不但能有效解决环境污染问题，还能够创造巨大的经济价值，实现资源的高价值化利用。1粉煤灰性质1.1 粉煤灰物理性质粉煤灰通常情

2、况下为灰白色或灰黑色,粒径常在05300.0m,视密度在1.01.8gc,密度在2.12.6gcm粉煤灰的细度和粒度与其性质密切相关。粉煤灰的表面光滑，多为球状和不规则状，使其在松散状态下具有良好的渗透性，其渗透系数比黏土大几百倍。在外载负荷作用下，粉煤灰具有一定的压缩性，其压缩形变与黏土相比较小。1.2 粉煤灰化学性质粉煤灰是一种人造火山灰混合材料，其本身无水硬胶性能，但当以粉末状与水存在时，能在一定条件下与石灰（氢氧化钙）或其他碱性金属氧化物发生水化反应，生成具有硬胶性能的化合物，变成一种能提高强度和耐久性的原料。2粉煤灰综合利用现状当前我国拥有近200项关于粉煤灰综合利用的技术，其中70

3、项得到了实施应用，主要用于建筑、化工、环保、农业、造纸、陶瓷等领域。2.1 粉煤灰在建筑方面的应用粉煤灰作为建筑材料有几个特点：性质易分析、存在球状颗粒、能够与混凝土搭配、利用量大、利用范围广、利用程度高。粉煤灰在建筑方面的使用量占利用总量的45%左右，主要产品有：粉煤灰水泥（掺量30%以上）、混凝土、普通水泥、墙体材料、路基填料、硅酸盐承重砌块和小型空心砌块、烧结陶粒、烧结砖等。2.1.1 粉煤灰用于制作水泥用粉煤灰制作水泥，可节省工程造价。磷酸镁水泥是一种新型无机硬性胶凝材料，具有早强高强、耐高温、黏结长久、凝结硬化快等优点，常被用于结构加固、桥面道路的快速抢修。将粉煤灰掺入磷酸镁水泥，既

4、实现了固体废弃物的资源化利用，又降低了水泥的生产成本。李十泉等研究了水灰比、粉煤灰掺量对磷酸镁水泥试件强度的影响，结果表明，在水灰比为0.17.粉煤灰掺量为10%时，试件强度和施工性较好，1d抗折、抗压强度分别达到了5.3、25.9MPa;由此可知，在水泥中加入粉煤灰不仅能够提高其凝固性，而且具有较好的抗压、抗弯、防水性能。因此，粉煤灰在水泥生产中具有良好的应用前景。根据氧化钙含量的高低将粉煤灰进行分类：高于10%为C类粉煤灰，低于10%为F类粉煤灰。C类粉煤灰具有一定的水硬性，常掺入水泥等胶凝材料来制备混合材料，F类粉煤灰常被用作混凝土掺料代替部分水泥。在混凝土中掺入适量粉煤灰，能提高混凝土

5、的密实度，从而增强其和易性、力学性能和抗渗性。马江萍经过试验确定的双掺混凝土最佳配比为：凝胶材料掺量为15%、水泥-粉煤灰质量比为2：1,利用该配比浇筑的混凝土桩对软土地基进行改良复合地基平均承载力达493.63kPa。大量试验结果表明：在混凝土中加入适量粉煤灰，能够改进混凝土的性能、提升混凝土强度、节省成本，经济效益显著。2.1.3 粉煤灰用于制作砖与砌块砖与砌块是建筑外墙常用的材料，与烧结黏土砖相比，粉煤灰砌块具有容重小、强度大、导热系数小等优点。建筑业中常用的粉煤灰砖主要有2种：蒸养粉煤灰砖。以粉煤灰和石灰为原料，掺入适量石膏和骨料并按一定比例配制，在常压蒸汽养护下制成；这种材料保留了粉

6、煤灰的隐性化学活性，具有水硬性，在环境中与水发生水化反应，使砖结构更加密实，较一般砖料有更好的强度、硬度及稳定性，并且能大量生产，未来可能替代现在主要使用的黏土砖；烧结粉煤灰砖。在黏土中掺入粉煤灰，经过配料、搅拌、干燥和焙烧而成，适用于工业与民用建筑的承重和非承重墙体，砖的质量要比黏土烧结砖小，还具有成本低、烧结快、产量高等优点，符合我国产业政策要求，值得推广使用，是非承重墙体材料的替代品之一。由于粉煤灰中所含的大量SiO2、AIQ3、TiO2等氧化物是常用的催化剂载体，因此粉煤灰也被广泛应用于催化剂领域。另外粉煤灰经过高温燃烧后化学性质极其稳定，亦可作为载体用于脱硫、脱硝、制氢等。李颖颖等以

7、粉煤灰为载体，对其进行了预处理，高温城烧后制备出了改性粉煤灰，利用该催化剂进行了降解罗丹明B废水实验，结果表明：实验最佳条件是PH=7、改性粉煤灰投加量为0.2g、罗丹明B起始质量浓度为2mg/1,用可见光照射120min后，罗丹明B几乎全部被降解。经过活化和预处理，粉煤灰较未处理时具备更好的催化效果，因此粉煤灰可以应用于化工领域。2.3 粉煤灰在环保方面的应用2.3.1 粉煤灰用于合成沸石因粉煤灰沸石具有架状结构和特殊的孔道结构，故其拥有较强的离子吸附性能、离子交换性能和较大的离子交换容量，可用于污水处理、气体分离与净化、土壤改良等。曾正中等通过碱熔融-水热合成法制成了A型沸石，碱融法是指将

8、碱和粉煤灰混合后进行高温处理，使其充分得到活化，然后进行水热合成沸石；废水处理实验结果表明，合成沸石对废水中Ca的去除率达到99%,同时COD和氨氮的去除率在70%左右。李喜林等利用粉煤灰沸石的吸附性对含铭废水进行了处理，结果表明，在CrA质量浓度为100mg/1、pH为9.07的废水中加入15g粉煤灰沸石，吸附60min后,Cm的去除率达到99.62%。随着工业的迅速发展氮氧化物及VoCS大量排放，造成了大气污染，很多学者用粉煤灰沸石对空气污染物进行了吸附，获得了一定的去除效果。杨文焕等采用碱熔融-水热法合成了粉煤灰沸石，并采用TEM、XRD、SEM等检测手段研究了粉煤灰沸石对氨氮的吸附性能

9、，结果表明,P型沸石的比表面积为148.81mg,pH在68,吸附时间30min,氨氮的去除率可达68.2%。2.3.2 提取氧化铝粉煤灰中含有大量的氧化铝，质量分数一般在17%35%,部分地区为40%60%,从粉煤灰中提取氧化铝可以缓解我国铝土矿资源短缺的问题。从粉煤灰中提取氧化铝的方法主要有酸法、碱法、酸碱联合法。ZHANG等从粉煤灰中回收了铝，并用碳酸钙对其进行了活化，结果表明，微波加热碳酸钙能释放95%的铝，与传统的热活化相比，微波活化使烧结温度降低近400,反应时间缩短20倍。王宏宾等采用一步酸溶法经配料溶出、沉降分离、净化、蒸发结晶、焙烧以及酸回收等步骤，得到了质量分数达99.3%

10、的氧化铝,反应时间缩短了20倍，在800恒温热处理1min的最佳工艺条件下,A1Q。提取率可达95%蒋训雄等采用酸碱联合的方法从高铝粉煤灰中提取了氧化铝，主要步骤有浓硫酸熟化、水浸、浓缩结晶、还原焙烧。该工艺的氧化铝提取率为92.44%,且氧化铝的品质较好。2.4 粉煤灰在农业方面的应用粉煤灰的颗粒形态赋予了其易被吸收的特点，而粉煤灰又富含大量对农作物有益的微量元素，因此粉煤灰可为农作物提供营养成分，促进农作物生长。有关研究表明，粉煤灰中虽然含有一定量的铝、铅、汞等对农作物有害的重金属，但当其施用量小于4.5kg/m?时并不会对土壤产生不利影响。庞希等将粉煤灰和有机肥混合使用，发现混合肥能提高

11、土壤表层7.5cm处的温度，相较于其他处理方式，混合肥利用率最大为23.52kg(hm-mm)z2年的玉米产量每平方米也提高了75%o除此之外，粉煤灰还可以作农药配制的载体，能除草灭虫，与水为载体相比，粉煤灰农药具有极好的可视性，且能够使农药效果更好、药效更持久。粉煤灰在农业方面应用的特点，为其今后的综合利用提供了新思路。2.5 粉煤灰在造纸方面的应用粉煤灰粒径较大，加工后可作为造纸填料，节省原木消耗。HORIUCHI等使用细小粒径的粉煤灰作填料研究了纸张的透光性能，发现在纸张中加入粉煤灰可提高其透光性，但因纸张白度低，可应用于对白度要求较低的纸中，且该类型的纸张强度高于高岭土作填料的纸张强度

12、。止匕外，粉煤灰可制成粉煤灰纤维，粉煤灰纤维纸张的物理性能与植物纤维纸张不相上下，但在耐水、耐高温、防火、防腐、防蛀等方面优于植物纤维纸张。2.6 粉煤灰在陶瓷方面的应用粉煤灰中含有A1、S1Fe和Ca等元素，可作为陶瓷的优良原料，且粒径更细，能省去破碎和研磨工序，节省时间。张冬梅等以粉煤灰、高岭土和山皮土为主要原料，用碳化硅Q作发泡剂，采用原位发泡法制备了泡沫陶瓷，结果表明，当烧成温度为13001400,发泡剂SiC掺量为4%6%时，可制备出孔隙率高、密度小、孔径均匀的泡沫陶瓷，这种陶瓷与传统陶瓷相比具有气孔率高、比表面积大、耐腐蚀等优点。杨景琪等用粉煤灰和陶瓷厂的抛光渣为主要原料，辅以钾钠

13、砂、滑石助融，加入膨润土增加料浆黏度，以碳化硅微粉作为发泡剂，在固定的耐火匣钵中采用粉料堆积法制备出了高强发泡陶瓷，研究表明，在粉煤灰掺量50%、钾钠砂掺量27%、抛光渣掺量15%、膨润土掺量5%、碳化硅微粉掺量0.3%、滑石掺量3%,烧成温度1180C、保温50min的条件下,可制得性能优异的高强发泡陶瓷，这种陶瓷密度小，抗压强度大。经粉煤灰碱活化处理后的黏土与长石等传统材料混合制备的陶瓷，具有烧结温度低、烧结范围广、抗折强度大和吸水性能优异等特点。2.7 粉煤灰高附加值产品空心微珠是一种在二十世纪五六十年代发展起来的新型微粒材料,从粉煤灰中提取出的空心微珠一般特指漂珠，漂珠具有普通粉煤灰无

14、法比拟的优良特性，如球形结构、质量轻、强度高、耐高温和绝缘等特点，因而被广泛应用于军事、航空航天、物理、化学、机械、电绝缘等领域。空心微珠可用于制作防水涂料，也可作填充材料。路瑶等研究发现，空心微珠作为一种新型无机填料，经表面改性后，与发泡基体复合，可制备出新型复合泡沫材料；其与传统发泡材料相比，具有质轻且机械性能优异的特点，在航空航天、深海开发及浮力材料等领域，具有广阔的应用前景。3结语随着科学技术的发展，粉煤灰不再是工业废弃物，而是一种宝贵的“城市矿产，其综合利用对保护环境、提高经济价值、促进社会可持续发展具有重要的现实意义。虽然我国粉煤灰的综合利用技术在不断进步，但目前依然处于初级阶段，与发达国家相比仍有较大差距。因此还需要增强创新意识，加大科研投入，注重产品的改造和开发，借鉴发达国家的成功经验，吸取教训I,探索新型粉煤灰综合利用方法和工艺，努力提升其资源利用率。