粉煤灰的污染與應(yīng)用

云璐 邢珂

摘要：粉煤灰是電力生產(chǎn)的煙氣中收集下的細(xì)灰，是我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一。近年來，我國的能源工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，發(fā)電能力年增長率為7.3%，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，1995年粉煤灰排放量達(dá)1.25億噸，2000年約為1.5億噸，到2010年將達(dá)到3億噸。粉煤灰的污染已成為我國當(dāng)今急需解決的問題。那么粉煤灰的產(chǎn)生機(jī)理、成分、具體危害、如何變廢為寶將是本論文研究的主要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：高鋁粉煤灰 堿石灰燒結(jié)法 酸法 堿法 再生資源 綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈

我國是個產(chǎn)煤大國，以煤炭為電力生產(chǎn)基本燃料。而粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物，是我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一。

近年來，我國的能源工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，發(fā)電能力年增長率為7.3%，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，1995年粉煤灰排放量達(dá)1.25億噸，2000年約為1.5億噸，到2010年將達(dá)到3億噸。

粉煤灰隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰的處理和利用問題引起人們廣泛的注意。

那么粉煤灰的產(chǎn)生機(jī)理、成分、具體危害、如何變廢為寶將是本論文研究的主要內(nèi)容。

一、粉煤灰的產(chǎn)生

粉煤灰是由煤粉燃燒而生成，其具體燃燒過程為：煤粉在爐膛中呈懸浮狀態(tài)燃燒，其中絕大部分的可燃物在爐內(nèi)都能燒盡，而其中的不燃物（主要成分為灰分）則大量混雜在高溫?zé)煔庵小?/p>

這些不燃物在高溫的作用下，部分熔化，處于熔融狀態(tài)，由于受到表面張力的作用，形成了大量細(xì)小的球狀顆粒。在達(dá)鍋爐尾部引風(fēng)機(jī)的抽氣作用下，含有大量灰分的煙氣流向爐尾，隨著煙氣溫度的降低，一部分熔融的細(xì)粒因受到一定程度的急冷呈玻璃體狀態(tài)，從而具有較高的潛在活性。在引風(fēng)機(jī)將煙氣排入大氣之前，上述這些細(xì)小的球形顆粒，經(jīng)過除塵器，被分離、收集，即為粉煤灰。

二、粉煤灰的危害

粉煤灰的顆粒細(xì)小，飛揚(yáng)度大，易懸浮在空氣中，且排量大，危害極大。具體危害如下：

1、占用土地，浪費(fèi)資源；

2、污染大氣；

3、污染土壤，造成土質(zhì)堿化及其他影響；

4、若排入水系會造成河流淤塞；

5、會對人體和生物造成危害；

6、放射性污染，含有一定量的U、Th等放射性元素；

三、高鋁粉煤灰的成分

如何解決粉煤灰的危害，就要從粉煤灰的成分入手。

經(jīng)過多個地區(qū)電廠的粉煤灰成分檢測，我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。不同產(chǎn)地的煤的主要氧化物的含量不同，內(nèi)蒙古地區(qū)的粉煤灰含有的氧化鋁的量要比其他區(qū)域大的多，可達(dá)40—50%以上，稱之為高鋁粉煤灰，準(zhǔn)格爾煤燃燒后的粉煤灰品質(zhì)是最高的，其粉煤灰中的氧化鋁含量最高。

四、粉煤灰的傳統(tǒng)應(yīng)用

如何處理粉煤灰，根據(jù)粉煤灰的成分，傳統(tǒng)的方法是利用其物理化學(xué)性質(zhì)和用作與其成分相近的其他原材料的替代品使用。

目前，國內(nèi)外對于粉煤灰的利用主要用于以下幾個方面：

1、利用粉煤灰的某些物理化學(xué)特性的應(yīng)用：[1-3]

①用作填筑材料，用來綜合回填、礦井回填、小壩和碼頭等；

②用作水泥原料；

③用在農(nóng)業(yè)上，生產(chǎn)粉煤灰復(fù)合肥及土壤改良；

④ 用于建筑工程，道路工程。

2、作為再生資源儲存[4-7]

①用于提取其中的空心微珠、碳粒、金屬及化合物等有用物質(zhì)；

②用于廢水、廢氣和大氣治理；

③用來制備耐火材料；

④用于合成沸石等有用礦物。

雖然有以上幾種粉煤灰的利用方法，但我國粉煤灰綜合利用率僅為40.6%，與西方發(fā)達(dá)國家相比利用率較低。

五、高鋁粉煤灰的應(yīng)用

作為再生資源利用的主要是粉煤灰提取氧化鋁、鋁硅合金、鋁硅鐵合金。在內(nèi)蒙古地區(qū)由于高鋁粉煤灰的存在，形成了煤-電-粉煤灰-氧化鋁（鋁硅合金或鋁硅鐵合金）-鋁-鋁硅合金或鋁硅鐵合金的綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。

1、高鋁粉煤灰中氧化鋁的提取價值

高鋁粉煤灰中的氧化鋁含量一般在50%左右，氧化硅含量一般為45%左右，氧化鐵含量一般為2-3%左右，由于其氧化鋁含量較高，具有提取價值。

2、高鋁粉煤灰提取氧化鋁的意義

①解決我國鋁土礦資源衰竭的問題；

②改變我國鋁資源分布不均衡的現(xiàn)狀。

③保護(hù)環(huán)境，變廢為寶，并降低電廠處理粉煤灰的各項耗費(fèi)。

3、高鋁粉煤灰提取氧化鋁的方法[8]

從粉煤灰中提取氧化鋁的方法按主要添加劑的酸堿性來說可分為酸法、堿法以及酸堿混合法，一些常見方法的優(yōu)缺點(diǎn)及存在的主要問題介紹如下：

①酸法

首先用一定量的NH4F溶液對粉煤灰進(jìn)行浸泡，然后加入一定量的H2SO4溶液，在一定溫度下進(jìn)行溶解。粉煤灰中的Al以Al2（SO4）3溶液形式存在，除去雜質(zhì)Fe后，加入（NH4）2SO4，與Al2（SO4）3反應(yīng)生成NH4Al（SO4）2·12H2O，在950℃下加熱NH4Al（SO4）2·12H2O分解就可生成Al2O3。

②堿法

堿法有拜耳法、堿石灰燒結(jié)法和兩種方法的聯(lián)合法，現(xiàn)在國內(nèi)最常用的為堿石灰燒結(jié)法，這種發(fā)放對鋁礦石的鋁硅比較低。

但傳統(tǒng)的堿石灰燒結(jié)法要求礦藏中氧化鋁的含量為65%以上，鋁硅比大于33.5，而粉煤灰中的氧化鋁最高值不超過60%，鋁硅比也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。為了使粉煤灰能夠作為生產(chǎn)原料，一般需要降低粉煤灰中氧化硅含量，提高氧化鋁含量和鋁硅比。

得到較高的氧化鋁含量和鋁硅比的粉煤灰后，加入石灰、碳酸鈉溶液、白煤等物質(zhì)，充分混合，進(jìn)行燒結(jié)，得到鋁酸鈉固體，溶于水后，鐵、鈦等雜質(zhì)進(jìn)入到赤泥中，經(jīng)過一、二段脫硅后進(jìn)行分解生成氫氧化鋁晶體，高溫下發(fā)生分解得到氧化鋁。

現(xiàn)在內(nèi)蒙古多家大型企業(yè)分別采用堿石灰燒結(jié)法、酸法、氨法進(jìn)行高鋁粉煤灰中提取氧化鋁，已經(jīng)得到氧化鋁，其設(shè)備和工藝還有待改進(jìn)。真正形成內(nèi)蒙古地區(qū)綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。及解決粉煤灰污染，又可以解決鋁土礦資源不足和不平衡現(xiàn)象，達(dá)到變廢為寶的目的。