粉煤灰綜合利用的新途徑
2015-04-29 00:00:00王紅紅
【摘 要】粉煤灰是我國當(dāng)前排量最大的工業(yè)廢渣之一。隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加，對(duì)環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重。因此粉煤灰的綜合利用研究，是解決我國電力生產(chǎn)環(huán)境污染，資源缺乏等問題的重要手段。結(jié)合粉煤灰的組成及性質(zhì)，綜述了粉煤灰在農(nóng)業(yè)、環(huán)保、材料等行業(yè)高值化利用的新途徑和應(yīng)用前景，指出粉煤灰是一種潛在的可再生資源，粉煤灰綜合利用研究對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保領(lǐng)域具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】粉煤灰；固體廢物；綜合利用；新途徑
粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種類似火山灰質(zhì)的混合材料。我國以煤炭為電力生產(chǎn)基本燃料，粉煤灰是我國當(dāng)前排量最大的工業(yè)廢渣之一。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰排放量逐年增加，大量的粉煤灰不加處理，就會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣；若排入水系會(huì)造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會(huì)對(duì)人體和生物造成危害。另一方面，我國又是一個(gè)人均占有資源儲(chǔ)量有限的國家，粉煤灰的綜合利用，變廢為寶、變害為利，已成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。因此，粉煤灰的處理和綜合利用問題引起人們和社會(huì)的廣泛關(guān)注。
1.粉煤灰的組成及性質(zhì)
粉煤灰的化學(xué)成分是評(píng)價(jià)粉煤灰質(zhì)量優(yōu)劣的重要技術(shù)基礎(chǔ)。主要成分為SiO2（質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%～60%）、Al2O3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)17%～35%）、Fe2O3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%～15%）、CaO（質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～10%）、和未燃炭，其余為少量K、P、S、Mg等的化合物和微量As、Cu、Zn等的化合物。由于煤的灰量變化范圍很廣，而且這一變化不僅發(fā)生在來自世界各地或同一地區(qū)不同煤層的煤中，甚至也發(fā)生在同一煤礦不同的部分的煤中。因此，構(gòu)成粉煤灰的具體化學(xué)成分含量，也就因煤的產(chǎn)地、煤的燃燒方式和程度等不同而有所不同。
粉煤灰的化學(xué)性質(zhì)即活性，它本身略有或沒有水硬膠凝性能，但當(dāng)以粉狀及水存在時(shí)，能在常溫，特別是在水熱處理（蒸汽養(yǎng)護(hù)）條件下，與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬膠凝性能的化合物，成為一種增加強(qiáng)度和耐久性的材料。粉煤灰的活性主要來自活性SiO2（玻璃體SiO2）和活性A12O3（玻璃體A12O3）在一定堿性條件下的水化作用[1]。因此，粉煤灰中SiO2、A12O3和f-CaO（游離氧化鈣）都是活性的有利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏（CaSO4）的形式存在，它對(duì)粉煤灰早期強(qiáng)度的發(fā)揮有一定作用，因此粉煤灰中的硫?qū)Ψ勖夯一钚砸彩怯欣M成。粉煤灰中的鈣含量在3%左右，它對(duì)膠凝體的形成是有利的。
粉煤灰的物理性質(zhì)是化學(xué)成分及礦物組成的宏觀反映。由于粉煤灰的組成波動(dòng)范圍很大，這就決定了其物理性質(zhì)的差異也很大。粉煤灰的基本物理性質(zhì)密度（g/cm3）約為1.9～2.9、堆積密度（g/cm3）為0.531～1.261、原灰標(biāo)準(zhǔn)稠度（%）為27.3～66.7、需水量（%）為89～130、28d抗壓強(qiáng)度比（%）為37～85。
2.粉煤灰綜合利用的新途徑
國內(nèi)外對(duì)于粉煤灰綜合利用主要側(cè)重于在建筑材料和水泥工業(yè)中的應(yīng)用，這些都是粉煤灰的低值應(yīng)用，利用率低且方式單一，越來越多的研究表明，粉煤灰是一種用途十分廣泛的可再生資源，使其高值化利用。粉煤灰綜合利用的新途徑主要有以下方面：
2.1粉煤灰在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用
由于粉煤灰結(jié)構(gòu)松散、空隙大、可以降低土壤容重，可以降低粘土中粘粒含量，增加土壤空隙度，促進(jìn)微生物活動(dòng)以利于養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，調(diào)節(jié)土壤的溫度和PH，提高土壤含水量和田間持水量等，從而達(dá)到改良土壤的目的。粉煤灰含有大量植物生長需要的營養(yǎng)元素和無機(jī)質(zhì)，可作肥料的生產(chǎn)原料，也可以采用一定方法將其制成復(fù)合肥料。
2.2粉煤灰在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用
粉煤灰具有較高的吸附活性，可用來凈化廢水，對(duì)COD和色度等都有較好的去除效果。此外，粉煤灰中含CaO等堿性物質(zhì)，可作燃煤煙氣的脫硫劑。目前，國內(nèi)外在研究粉煤灰凈化環(huán)境方面進(jìn)展較大，但大多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)研究階段，許多問題有待進(jìn)一步探索，如減少粉煤灰的預(yù)加工費(fèi)用，防止帶來新的污染，提高處理效率與新技術(shù)結(jié)合等。
2.3粉煤灰在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用
采用物理、化學(xué)和冶金等相結(jié)合的工藝方法從粉煤灰中回收鉬、鈦、銀、隔、釩、鈾等稀有金屬的研究和應(yīng)用，意義重大。
粉煤灰中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)16%～35%，是一個(gè)巨大的鋁資源寶庫。國內(nèi)外研究開發(fā)了多種方法從粉煤灰中提取鋁金屬。以粉煤灰為基本原料制取試劑級(jí)的Al2O3等產(chǎn)品，也可制成聚合氯化鋁凈化劑。
2.4粉煤灰制新型建材方面的應(yīng)用
以粉煤灰為原料，加入添加劑和化學(xué)助劑，可以制成耐水、耐酸、耐堿、耐高低溫、耐老化的新型化學(xué)材料。這種材料可作為防水防滲材料廣泛應(yīng)用于樓房、地面、隧道工程、水庫等工程建設(shè)中。粉煤灰還可用于生產(chǎn)拒水粉、防水粉、隔音材料等。粉煤灰在制防水、隔音材料方面，發(fā)展空間很大。
以粉煤灰為原料的微晶玻璃是近年來微晶玻璃領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。利用粉煤灰發(fā)展我國的玻璃工業(yè)，研制建材玻璃產(chǎn)品也將是今后粉煤灰利用的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域，特別是粉煤灰微晶玻璃和泡沫玻璃，具有廣闊的應(yīng)用前景。
2.5粉煤灰在高分子制品中的應(yīng)用
將對(duì)表面進(jìn)行活化處理后的粉煤灰作為填料廣泛應(yīng)用于橡膠和塑料工業(yè)中及鑄造改性尼龍中，也可應(yīng)用于聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和工程塑料等制品中。粉煤灰通過適當(dāng)?shù)奶幚砜稍谙鹉z制品中全部代替碳酸鈣，而活化的粉煤灰與部分炭黑并用也能達(dá)到半補(bǔ)強(qiáng)炭黑的實(shí)際應(yīng)用水平。
2.6粉煤灰催化材料方面的應(yīng)用
以粉煤灰的主要成分硅鋁酸鹽作原料與其他物質(zhì)混合可以合成沸石，在適當(dāng)?shù)臈l件下也可將惰性物質(zhì)莫來石、石英活化加以利用。因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)性能，合成沸石在催化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
以粉煤灰為原料研制一種新型的粉煤灰基固體酸催化劑，可催化廢塑料裂解，具有廣闊的應(yīng)用前景。粉煤灰在催化領(lǐng)域的應(yīng)用潛力較大，與同類催化劑相比粉煤灰制備催化材料具有工藝簡單、原料易得、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上能有效解決固體催化劑因性價(jià)比低而難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的難題。
由于粉煤灰的種類日趨復(fù)雜和多樣化，其資源化利用也應(yīng)向多元化方向發(fā)展，例如在粉煤灰中篩選活性炭，提取礦物和各種金屬化合物等，還應(yīng)加大粉煤灰作為填充材料在塑料、橡膠、涂料行業(yè)的應(yīng)用研究。粉煤灰已逐漸被人們認(rèn)識(shí)和利用起來的一種新型資源，它的開發(fā)和利用打破了人們以往將其作為一種污染的舊觀點(diǎn)。近年來，隨著人們對(duì)粉煤灰結(jié)構(gòu)、特性的深入研究，我國陸續(xù)出臺(tái)了關(guān)于粉煤灰的各種特性品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，為粉煤灰的應(yīng)用提供了依據(jù)。相信在不久的將來，粉煤灰的用途會(huì)在各個(gè)有關(guān)領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，為造福人類做出更大的貢獻(xiàn)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]李國棟.粉煤灰的結(jié)構(gòu)、形態(tài)與活性特征[J].粉煤灰綜合利用，1998，9（3）：35～37.
[2]李方文，魏先勛，李彩亭.粉煤灰在環(huán)境工程中的應(yīng)用[J].污染防治技術(shù)，2007，6（4）：35～37.
[3]王宗舞.粉煤灰微晶玻璃的研究進(jìn)展[J].中國資源綜合利用，2006，4（23）：21～24.
[4]古緒鵬.復(fù)合固體酸催化合成環(huán)己烯的應(yīng)用研究[J].化學(xué)工程師，2006，8（1）：52～54.
[5]鄭江凱.我國粉煤灰機(jī)精細(xì)化利用研究進(jìn)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008，7（36）：28～30.
[6]宣小平.一種用鍋爐粉煤灰制備選擇性催化劑還原脫硝催化劑的方法[J].化工與生物工程，2004，6（6）：63～66.
