基于粉煤灰綜合利用的技術(shù)問(wèn)題分析

王連蒙

神華準(zhǔn)能資源綜合開(kāi)發(fā)有限公司研發(fā)中心, 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯市 010300

前言

粉煤灰是指燃煤電廠以及煤矸石、煤泥資源綜合利用電廠鍋爐煙氣經(jīng)除塵器收集后獲得的細(xì)小飛灰和爐底渣。2010年9月15日，世界綠色和平組織發(fā)布調(diào)研報(bào)告稱“火力發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰排放，已經(jīng)成為中國(guó)工業(yè)固體廢物的最大單一污染源”。2009年，中國(guó)粉煤灰產(chǎn)量已達(dá)到了3.75億噸，相當(dāng)于當(dāng)年產(chǎn)生的城市生活垃圾總量?jī)杀抖?，其體積為4.24億立方米。預(yù)計(jì)到“十二五”末我國(guó)粉煤灰的年產(chǎn)生量將接近6億噸，粉煤灰處理形勢(shì)十分嚴(yán)峻。伴隨著我國(guó)系列粉煤灰相關(guān)強(qiáng)制性政策與鼓勵(lì)性政策的出臺(tái)，粉煤灰大規(guī)模綜合利用將掀起新的高潮。本文針對(duì)粉煤灰綜合利用過(guò)程中應(yīng)注意的二次污染、高新技術(shù)選擇、放射性及毒性等問(wèn)題進(jìn)行深入探討，為更好更快地推進(jìn)我國(guó)粉煤灰綜合利用水平提供技術(shù)建議。

1 粉煤灰綜合利用的研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)粉煤灰的研究，可追溯到1920年后的電廠大型鍋爐改造，從那時(shí)開(kāi)始，國(guó)外積極投入科研力量研究粉煤灰的綜合利用。目前，國(guó)外粉煤灰綜合利用技術(shù)分為高、中、低三個(gè)層次。高等技術(shù)主要包括粉煤灰金屬分選、礦物分選、脫硫技術(shù)、作隔熱材料、耐高溫材料、塑料填料等。高等技術(shù)一般利用量較低,約占粉煤灰總量的1%～2%,但經(jīng)濟(jì)效益較好；中等技術(shù)包括做水泥與混凝土的混合材料，瀝青填料、粉煤灰砌塊等。中等技術(shù)為中度用量，利用量較穩(wěn)定；低技術(shù)是將粉煤灰直接用于回填，如結(jié)構(gòu)回填、礦井回填、灌漿回填等，還用于路基、路堤、填筑、脫硫穩(wěn)定、土壤改良、糞便處理、化學(xué)腐蝕物處理等?？傮w而言，粉煤灰低技術(shù)用量大、面廣，階段性較明顯[1]。

我國(guó)粉煤灰綜合利用工作，可以追溯到20世紀(jì)50年代，粉煤灰利用主要體現(xiàn)在建筑工程中作混凝土、砂漿摻和料，在建筑工業(yè)中用來(lái)生產(chǎn)磚, 在道路工程中作路面基層材料等, 尤其在水電建設(shè)大壩工程中使用最多；20世紀(jì)60年代，粉煤灰利用重點(diǎn)轉(zhuǎn)向墻體材料，研制生產(chǎn)粉煤灰密實(shí)砌塊、墻板、粉煤灰燒結(jié)陶粒和粉煤灰粘土燒結(jié)磚等；20世紀(jì)80年代，國(guó)家把資源綜合利用作為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的一項(xiàng)重大經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策，使粉煤灰綜合利用得到了蓬勃發(fā)展；2013年1月5日，為節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，深入推進(jìn)粉煤灰綜合利用健康發(fā)展，中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等10部門(mén)令第19號(hào)公布《粉煤灰綜合利用管理辦法》，并于2013年3月1日起施行，重點(diǎn)規(guī)范和引導(dǎo)粉煤灰綜合利用行為，促進(jìn)粉煤灰綜合利用健康發(fā)展。

2 粉煤灰綜合利用過(guò)程中應(yīng)注意的技術(shù)問(wèn)題

2.1 粉塵的二次污染問(wèn)題

粉煤灰理化分析數(shù)據(jù)表明，粉煤灰粒徑一般在微米級(jí)，長(zhǎng)期工作在高濃度的粉塵環(huán)境中，呼吸系統(tǒng)發(fā)病率增高。特別是慢性阻塞性呼吸道疾病如氣管炎、支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫、肺心病等發(fā)病率顯著增高。

為有效避免粉煤灰綜合利用可能出現(xiàn)的粉塵二次污染問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)粉煤灰綜合利用過(guò)程中的粉塵治理工作，特別是在粉煤灰的產(chǎn)生區(qū)域、裝載轉(zhuǎn)運(yùn)階段、粉煤灰存儲(chǔ)場(chǎng)地及綜合利用過(guò)程中應(yīng)制定具體防塵措施，最大限度減少粉煤灰粉塵對(duì)環(huán)境的污染以及對(duì)人體的危害，這將有效提高我國(guó)粉煤灰綜合利用水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)，帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

2.2 綜合利用率低、附加值低的問(wèn)題

粉煤灰綜合利用從實(shí)際應(yīng)用途徑方面分析，可歸納為以下幾種：粉煤灰加氣混凝土、粉煤灰混凝土空心砌塊、粉煤灰混凝土路面磚、粉煤灰磚、粉煤灰陶粒及混凝土制品、粉煤灰混凝土輕質(zhì)隔墻板。此外，粉煤灰還可用于合成肥料，用作廢水，廢氣的絮凝劑等。

我國(guó)粉煤灰的綜合利用技術(shù)有近200項(xiàng)，其中得到實(shí)施應(yīng)用的近70項(xiàng)。盡管我國(guó)粉煤灰綜合利用率不斷提高，有些發(fā)電廠的粉煤灰利用率甚至達(dá)到100%，如寶鋼電廠，但是相對(duì)來(lái)講，我國(guó)粉煤灰的整體利用率較低，綜合利用率僅為45%。我國(guó)粉煤灰綜合利用過(guò)程中大部分粉煤灰用于筑路、回填方面及制造墻體材料、混凝摻合料或水泥混合材料等，高層次的利用較少，產(chǎn)生的附加值并不高,所以必須加快對(duì)粉煤灰深層次應(yīng)用研究，特別是高新技術(shù)領(lǐng)域具有原創(chuàng)性的研究（如粉煤灰中高附加值金屬的提?。e極搶占粉煤灰高新技術(shù)開(kāi)發(fā)的制高點(diǎn)，不斷推動(dòng)科技進(jìn)步。

2.3 技術(shù)途徑選擇問(wèn)題

2.3.1 運(yùn)輸方式的技術(shù)選擇

《粉煤灰綜合利用管理辦法》明確規(guī)定“粉煤灰運(yùn)輸須使用專用封閉罐車(chē)，新建和擴(kuò)建燃煤電廠，項(xiàng)目可行性研究報(bào)告和項(xiàng)目申請(qǐng)報(bào)告中須提出粉煤灰綜合利用方案，明確粉煤灰綜合利用途徑和處置方式”。從該法規(guī)的出臺(tái)可以得出，粉煤灰綜合利用企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)粉煤灰運(yùn)輸成本和環(huán)保分析，盡量選擇在發(fā)電廠附近建廠，粉煤灰的運(yùn)輸距離應(yīng)不超過(guò) 5 km。目前我國(guó)粉煤灰綜合利用企業(yè)所采取的粉煤灰運(yùn)輸方式，涵蓋了氣力輸送、水力輸送、車(chē)輛運(yùn)輸?shù)榷喾N方式，運(yùn)行效果也各不一樣。一些準(zhǔn)備新建粉煤灰綜合利用項(xiàng)目的企業(yè)在粉煤灰運(yùn)輸方式的選擇上缺乏明確的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，存在一定的盲目性。因此，有必要進(jìn)行粉煤灰運(yùn)輸方式的綜合分析，為企業(yè)選擇技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的運(yùn)輸方式。在選擇粉煤灰運(yùn)輸方式時(shí)，應(yīng)因地制宜，充分研究技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素，進(jìn)行綜合比較分析，確定適合企業(yè)的最佳方案[2]。

2.3.2 綜合利用的技術(shù)途徑

我國(guó)以煤為主的電力工業(yè)發(fā)展迅速，而粉煤灰綜合利用技術(shù)相對(duì)落后。特別是高層次應(yīng)用技術(shù)，包括礦物質(zhì)的分選利用、金屬的提取、陶瓷的生產(chǎn)以及在塑料工業(yè)和冶金工業(yè)上的應(yīng)用等。從國(guó)內(nèi)外情況來(lái)看，粉煤灰中有用的金屬元素如鋁、鐵、鈣、鎂、鎵、鍺、銦等沒(méi)有充分的利用，因此，應(yīng)加強(qiáng)粉煤灰深層次利用領(lǐng)域的探索和研究，實(shí)現(xiàn)高效、分級(jí)應(yīng)用粉煤灰的高技術(shù)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)突破。粉煤灰綜合利用技術(shù)特別是高層次利用的高新技術(shù)是一項(xiàng)綜合性科學(xué)技術(shù)，其技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，與其它學(xué)科的最新進(jìn)展密不可分，若能合理利用，則既能解決粉煤灰的環(huán)境污染問(wèn)題，又能作為資源，開(kāi)發(fā)多種實(shí)用性產(chǎn)品，其前景十分廣闊。

近年來(lái)，我國(guó)發(fā)現(xiàn)了一種新型粉煤灰—高鋁粉煤灰，Al2O3含量高達(dá)50%左右，比普通粉煤灰鋁含量高一倍左右，相當(dāng)于我國(guó)中低品位鋁土礦Al2O3的含量。據(jù)報(bào)道僅內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田其礦產(chǎn)資源遠(yuǎn)景儲(chǔ)量超過(guò)1000億噸，開(kāi)發(fā)前景廣闊，同時(shí)我國(guó)鋁土礦資源匱乏，一半以上依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)鋁土礦儲(chǔ)量的靜態(tài)保證年限不足六年，資源枯竭問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，開(kāi)發(fā)新型鋁礦資源迫在眉睫。綜上分析，高鋁粉煤灰作為鋁土礦替代資源，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，化害為利，無(wú)疑成為我國(guó)資源戰(zhàn)略的必然選擇。

我國(guó)從粉煤灰中提取氧化鋁的研究起步較早，自20 世紀(jì)50年代就開(kāi)始了這方面的研究，至今提出了以下方法提取氧化鋁：

（1）堿石灰燒結(jié)法，主要反應(yīng)方程式如下：

（2）石灰石燒結(jié)法，主要反應(yīng)方程式如下：

（3）酸浸法，主要反應(yīng)方程式如下：

此外，粉煤灰提取氧化鋁還包括酸堿聯(lián)合法等多種衍生工藝。

高鋁粉煤灰綜合利用中提取氧化鋁工藝關(guān)系著國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，意義重大，該技術(shù)是我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的亮點(diǎn)。目前，我國(guó)從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁的技術(shù)已取得較大進(jìn)展，神華集團(tuán)與大唐均各自建立了適合工業(yè)化生產(chǎn)的成套工藝技術(shù)。國(guó)內(nèi)利用高鋁粉煤灰提取氧化鋁工業(yè)化生產(chǎn)線的建設(shè)，標(biāo)志著從高鋁粉煤灰提取氧化鋁已實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)性研究向工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)的轉(zhuǎn)變。相信通過(guò)各領(lǐng)域科技人員的合作與研究，我國(guó)高鋁粉煤灰提取氧化鋁的技術(shù)必將邁上高科技循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新臺(tái)階。

2.3.3 毒性問(wèn)題

粉煤灰絕大部分是燃煤鍋爐在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的固體顆粒物,是火力發(fā)電廠煤炭燃燒的副產(chǎn)品。粉煤灰化學(xué)成分主要以SiO2和Al2O3為主,其它成分為F e2O3、 CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3及未燃盡有機(jī)質(zhì)。需指出，不同來(lái)源的燃煤和不同燃燒條件下產(chǎn)生的粉煤灰，其化學(xué)成分差別很大。此外，研究發(fā)現(xiàn)，有些地區(qū)的粉煤灰中，金屬元素得以富集，這些元素包括有毒有害元素 ( As、Ph、Ni、Cr、Cd、Be、Hg、Ti)、放射性元素( U、Th) 及具有工業(yè)價(jià)值的稀有元素 ( Ga、Ge、U) 等。有害元素的存在，使得粉煤灰在綜合利用過(guò)程中，將對(duì)環(huán)境及人體產(chǎn)生危害。粉煤灰水中主要超標(biāo)項(xiàng)目有懸浮物(SS) 、PH 值、氟化物和砷等重金屬，其灰漿排放到江河湖泊，會(huì)污染水體，影響水生物的生長(zhǎng)，從而破壞生態(tài)平衡，此外，在堆放地也會(huì)由于淋濾作用浸污地下水系及土壤[3]。

目前，我國(guó)大多數(shù)灰場(chǎng)的選址、防揚(yáng)散、防滲漏、防流失措施遠(yuǎn)不足以達(dá)到有效防治該類(lèi)粉煤灰污染的目的。因此，應(yīng)針對(duì)此類(lèi)粉煤灰采取專門(mén)措施進(jìn)行處理，如：將粉煤灰施于土壤，可改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，提高地溫和保水能力。高祥偉等人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在采煤坍塌后的復(fù)墾土地利用1%的粉煤灰加有機(jī)肥料對(duì)其進(jìn)行改良，既不會(huì)造成重金屬污染，同時(shí)又能取得較好的肥力效果[4]。此外，還可以采用分離、提取技術(shù)對(duì)重金屬進(jìn)行專業(yè)化處理，徹底解決該問(wèn)題。

2.3.4 量的問(wèn)題

一方面，從應(yīng)用技術(shù)方面分析，粉煤灰在筑路、回填方面所涉及的技術(shù)要求最低，消耗量較大；粉煤灰在建材方面技術(shù)較成熟，消耗量也比其他方面要大；在化工、環(huán)保方面有新的應(yīng)用技術(shù)出現(xiàn)，消耗粉煤灰的用量也在不斷增大。另外，粉煤灰的應(yīng)用還出現(xiàn)在了新的領(lǐng)域，比如抗菌、燃料等方面。上述各領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了粉煤灰變廢為寶，化害為利，但從全局考慮，粉煤灰的綜合利用量還是太少。目前，我國(guó)大部分粉煤灰利用以筑路、回填工程為主，穩(wěn)定用灰項(xiàng)目較少。因此，粉煤灰的綜合利用應(yīng)繼續(xù)加大發(fā)展力度，積極拓展粉煤灰的應(yīng)用領(lǐng)域。

另一方面，粉煤灰產(chǎn)生量最大的時(shí)間是采暖期，夏、冬季粉煤灰供求比例失衡，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這將制約粉煤灰綜合利用的發(fā)展。因此，粉煤灰綜合利用企業(yè)在建立之初應(yīng)設(shè)置完善的應(yīng)對(duì)措施，確保夏、冬季粉煤灰不同供應(yīng)量下的穩(wěn)定生產(chǎn)。

3 粉煤灰綜合利用的技術(shù)攻關(guān)建議

針對(duì)粉煤粉煤灰綜合利用過(guò)程中存在的問(wèn)題，建議從以下幾個(gè)方面著手，采取綜合性措施，進(jìn)一步提高我國(guó)粉煤灰綜合利用水平。

3.1 加強(qiáng)粉煤灰理化特性研究。將煤炭、煤矸石資源特性、煤的燃燒條件、產(chǎn)物的利用有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成系統(tǒng)，研究不同地區(qū)、不同煤種、不同燃燒條件下的粉煤灰特性，建立粉煤灰的科學(xué)分類(lèi)體系，為粉煤灰的深度開(kāi)發(fā)利用與污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 粉煤灰綜合利用特別是高層次利用涉及的專業(yè)多、行業(yè)廣，是高度集成的產(chǎn)業(yè)。根據(jù)其特點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)高等院校、科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)的合作。同時(shí)，國(guó)家必須對(duì)粉煤灰綜合利用企業(yè)給予政策上的大力支持, 充分調(diào)動(dòng)各方面的積極性。

3.3 粉煤灰綜合利用應(yīng)加強(qiáng)專用設(shè)備的研究力度，同時(shí)重點(diǎn)研究方向應(yīng)集中在拓展粉煤灰綜合利用途徑，提高粉煤灰的利用價(jià)值。

3.4 地方政府應(yīng)結(jié)合《粉煤灰綜合利用管理辦法》會(huì)同相關(guān)部門(mén)加快出臺(tái)實(shí)施細(xì)則，增強(qiáng)法律法規(guī)的可操作性，進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)，以技術(shù)創(chuàng)新來(lái)拓寬粉煤灰的應(yīng)用領(lǐng)域。

4 總結(jié)

無(wú)論現(xiàn)在和將來(lái)，粉煤灰的處理始終是人類(lèi)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題，粉煤灰綜合利用任重而道遠(yuǎn)。隨著環(huán)境保護(hù)的觀念越來(lái)越被人們所重視，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的無(wú)害化處理和利用，顯得尤為重要。目前，粉煤灰綜合利用過(guò)程中所產(chǎn)生的問(wèn)題已受到高度關(guān)注，隨著技術(shù)設(shè)備的不斷進(jìn)步和各項(xiàng)鼓勵(lì)性政策的實(shí)施，粉煤灰綜合利用的前景將更加美好。

[1]王曉華，李興春，毛國(guó)成．大慶石油管理局粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀及前景[J]．油氣田環(huán)境保護(hù)，2005(1)：44-45．

[2]欒琪武，叢龍敏. 粉煤灰運(yùn)輸方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J]. 粉煤灰,2010(5),25-26.

[3]張強(qiáng)，梁階，石玉橋，李昌偉，張爽. 粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀[J]. 廣州化工，2013（14），6-8.

[4]高祥偉，胡振琪，費(fèi)鮮蕓等．粉煤灰改良復(fù)墾土壤重金屬污染的可拓評(píng)價(jià)[J]．煤炭工程，2006(5)：71-72．

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