粉煤灰綜合利用研究現(xiàn)狀及發(fā)展建議

文 /喬 亮 蘭天翔 李緒萍 龔 浩

隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展，對煤炭資源的需求量也在日益增長，而煤炭的燃燒，將產(chǎn)生大量的粉煤灰。粉煤灰的大量堆積不僅會造成大面積的土地資源浪費，而且還會造成水土污染、土地酸堿度失衡、影響動植物的生存環(huán)境等一系列問題。在國家不斷加大環(huán)境保護力度和建設生態(tài)文明的形勢下，研究如何利用粉煤灰成為許多學者重點研究的問題，而高度重視對粉煤灰的綜合利用，不斷拓展利用途徑，提升綜合利用率，將是一項亟須破解的重要課題。

一、我國粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀探析

我國的粉煤灰主要應用在建筑材料、農(nóng)業(yè)、回填以及礦物提取等方面。隨著越來越多學者對粉煤灰綜合利用的重視，我國對粉煤灰的綜合利用也不再集中在傳統(tǒng)方面，而是更加多樣化。

1.利用粉煤灰治理煤矸石山

煤矸石是采煤過程中與煤混合在一起的固體廢石。煤矸石中含有少量的煤和硫鐵礦，其大多數(shù)情況下被自然堆積在外部，在一定條件下容易發(fā)生自燃。國內(nèi)外對解決煤矸石自燃的研究非常多，比如提出了“三漿法”解決煤矸石的自燃問題，即以粉煤灰、脫硫石膏以及石灰粉為主要原材料制備新型凝膠材料，再把其噴灑到矸石山上，以解決矸石山自燃的問題。

2.道路工程方面的利用

隨著我國科學技術的發(fā)展，粉煤灰在道路工程方面的綜合利用研究也得到一定的發(fā)展。粉煤灰在道路工程中大多數(shù)被應用于高速公路路基填筑和道路灌漿材料制備等方面。研究表明，將粉煤灰應用于高速公路路基填筑不僅可以整體提高路基的質(zhì)量，還可以提高資源的利用率。有關學者以粉煤灰、礦渣為主要原材料，通過一定的配比制備道路灌漿材料，發(fā)現(xiàn)了其作為道路灌漿材料的可灌性經(jīng)驗公式和灌漿配比，并研究了其流變性和流動性，對于粉煤灰制作道路灌漿材料提供了科學依據(jù)。

3.粉煤灰的精細化利用

（1）提取氧化鋁。粉煤灰中氧化鋁的含量十分豐富，粉煤灰因地域、質(zhì)量的不同，其含有的氧化鋁也不同，其含量大概在17%～50%之間。因此，從粉煤灰中提取氧化鋁不僅可以緩解我國鋁土資源進口的狀況，還可以解決大量粉煤灰堆積的問題，一舉兩得。目前，從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝方法主要有三種，分別為酸法、堿法以及酸堿聯(lián)合法等。因粉煤灰中氧化鋁含量高，從粉煤灰中提取氧化鋁已成為西北一些企業(yè)研究的熱點。例如大唐集團研究出了“預脫硅－堿石灰燒結(jié)法”，可以實現(xiàn)年產(chǎn)20萬t氧化鋁的工業(yè)生產(chǎn)。蒙西集團采用與波蘭相似的方法“石灰石燒結(jié)－低溫拜耳法”生產(chǎn)氧化鋁。國家能源準能集團開發(fā)出“一步酸融法”工藝技術，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的三廢近零排放。

（2）制備微晶玻璃。微晶玻璃，也叫陶瓷玻璃，是一種新型微晶材料，其性能介于陶瓷與玻璃之間。微晶玻璃在電子工業(yè)、航空航天、生物醫(yī)學、建筑材料、機械工業(yè)等領域有著廣泛的應用前景。比如以粉煤灰和廢玻璃為主要原料，輔以適量的化學純試劑，通過燒結(jié)法制得微晶玻璃，實驗結(jié)果表明，當添加35%的粉煤灰時，可以制備性能最優(yōu)的微晶玻璃。此外，有學者以不同配比的高爐渣和粉煤灰為主要原材料制備微晶玻璃，研究出高爐渣、粉煤灰、石英砂的最優(yōu)配比，研究表明，在777℃、941℃核化溫度和934℃、941℃晶化溫度下，制得的微晶玻璃晶粒細小，晶相分布均勻，晶體形貌發(fā)育好，且硬度高，抗堿性好。

（3）粉煤灰制備分子篩。分子篩是一種人工合成的水合硅鋁酸鹽礦物質(zhì)，因其在灼燒的過程中會產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象而又被稱為沸石。分子篩是一種多孔、骨架結(jié)構材料，因此具有很強的離子吸附作用、離子交換性能以及催化性能。在處理污水、凈化氣體、催化載體、水體凈化等領域有廣闊的應用前景。比如以粉煤灰為原材料，通過水熱合成法合成NaP分子篩，研究發(fā)現(xiàn)了制備合成NaP分子篩的最佳配比和條件，為粉煤灰制備分子篩提供了技術支持。

4.粉煤灰在建筑材料方面的應用

（1）利用粉煤灰制作水泥。在化學組成成分上，粉煤灰與黏土十分相似，在一定程度上可以代替黏土用于水泥配料。比如利用超細粉煤灰制備高強度水泥，實驗結(jié)果表明當添加超細粉煤灰的摻量為17%～42%時，可制備生產(chǎn)性能優(yōu)良的高強度水泥。因此，在生產(chǎn)制備水泥時加入一定比例的粉煤灰不僅能提高水泥的性能，還可以降低水泥的生產(chǎn)成本。

（2）利用粉煤灰制作砌磚。粉煤灰磚主要有兩種，一種是蒸養(yǎng)粉煤灰砌磚，它是將粉煤灰、石灰和石膏為主要原材料，通過一定量的配比，再經(jīng)過常壓蒸汽養(yǎng)護制成。另一種是燒結(jié)粉煤灰磚，它以黏土和粉煤灰為主要原材料，經(jīng)過焙燒而成砌磚。蒸養(yǎng)粉煤灰磚保留了粉煤灰的隱性化學活性，具有水硬性，它可以在環(huán)境中與水發(fā)生水化反應，使磚結(jié)構更加密實，較一般磚有更好的強度、硬度及穩(wěn)定性。燒結(jié)粉煤灰磚與黏土燒結(jié)磚相比，性能更加優(yōu)越，不僅強度高、質(zhì)量輕、隔熱性能好，而且還具有抗凍融性強、耐久性強等優(yōu)點。

（3）利用粉煤灰制作混凝土。大量的實驗證明，把粉煤灰當作摻料加入混凝土中，不僅可以增強混凝土的強度，改進混凝土的性能，還可以降低生產(chǎn)混凝土的成本，帶來一定的經(jīng)濟效益。實驗研究發(fā)現(xiàn)，加入不同摻量的粉煤灰時，混凝土的耐久性不同，當加入25%的粉煤灰時，混凝土的性能達到最優(yōu)。

5.粉煤灰在農(nóng)業(yè)方面的應用

粉煤灰因其自身的特性，不僅在工業(yè)方面具有廣泛的利用價值，而且在農(nóng)業(yè)上的利用也表現(xiàn)出了顯著的成效。粉煤灰具有多孔松散、質(zhì)量輕、粒度細等特性，將其配加到土壤中，不僅可以改善土壤酸堿度，而且還可以增加土壤水分，提高土壤透氣性。比如通過開展以醋糟和粉煤灰為混合物施于土壤中，觀察青稞生長狀況及土壤改良的試驗，結(jié)果表明，醋糟與粉煤灰的混合物可以提高土壤營養(yǎng)成分，降低土壤容重，提高土壤透氣透水性，從而提升作物產(chǎn)量。同時粉煤灰中還含有大量農(nóng)作物必需的營養(yǎng)元素和一些微量元素，是一種高效的復合肥料，這種復合肥料不僅可以改變土壤的肥力，提升農(nóng)作物的產(chǎn)量，而且價格低廉。

二、提升我國粉煤灰綜合利用水平的建議

1.加快建設粉煤灰交易平臺

我國的燃煤發(fā)電廠大多數(shù)集中在西北地區(qū)，南方的燃煤發(fā)電廠比較少，而西北地區(qū)對于粉煤灰的綜合利用率不及南方地區(qū)，加之受運輸粉煤灰不便的限制，導致了大量的粉煤灰被堆積在西北地區(qū)無法利用。因此，建議國家建設專門的粉煤灰交易通道和平臺，加強信息溝通，方便供需雙方交易，拓展粉煤灰利用渠道。

2.完善相關支持政策

我國雖然早已制訂了粉煤灰綜合利用的相關法律政策，但是政策法規(guī)還是不夠靈活完善。國家應該制訂更加完善的法律法規(guī)，從政策、資金方面加大對粉煤灰應用企業(yè)的扶持，倡導企業(yè)提高在粉煤灰綜合利用方面的投資，積極設立專門的粉煤灰利用項目，拓展粉煤灰的應用途徑，減少粉煤灰的堆積。

3.建立產(chǎn)學研一體化機制

國家應加快建立產(chǎn)學研一體化機制，鼓勵科研機構、高校加大對粉煤灰綜合利用新產(chǎn)品的研究，特別是加強高附加值產(chǎn)品的研究，加強校企合作，充分調(diào)動各方面對粉煤灰綜合利用研究的積極性，提高粉煤灰綜合利用率。

三、結(jié)語

隨著我國對煤炭資源需求的增加，隨之也產(chǎn)生了大量的粉煤灰。當前我國粉煤灰綜合利用率較低，不僅浪費了大量的國土資源，還污染了環(huán)境。應當深刻認識到，粉煤灰不再是一種工業(yè)廢棄物，而是一種寶貴的資源。隨著新發(fā)展理念的貫徹，國家對環(huán)境保護的要求也越來越嚴格，在這種新形勢下，我們更要重視對粉煤灰綜合利用的研究，提高研究投入，同時要強化政策支持，構建產(chǎn)學研一體化機制，努力提升粉煤灰綜合利用率，真正實現(xiàn)變廢為寶。