燃煤電廠粉煤灰資源化利用的思考

陳志誠 王浙鋒 傅 雄

1.浙江仁欣環(huán)科院有限責任公司；2.寧波市達濟環(huán)境工程有限公司

1 前言

燃煤電廠固體廢棄物主要產(chǎn)生于燃煤發(fā)電過程中，其中以粉煤灰為主，且產(chǎn)生量非常大。若露天堆放，粉煤灰在進入空氣后，會使得環(huán)境空氣質(zhì)量受到影響，如果被吸入人體中，將會危害身體健康。若采用傳統(tǒng)的填埋方式進行處理，隨著時間的累積作用，將會占用大量的土地，同時還可能造成河道的堵塞，粉煤灰中的毒性物質(zhì)通過浸出液也會對土壤和地下水造成污染。因此，必須對燃煤電廠固體廢棄物進行妥善處置。本文主要通過對燃煤電廠固體廢棄物（粉煤灰）綜合利用的現(xiàn)狀、技術(shù)發(fā)展趨勢以及未來開發(fā)方向的思考，提出一些見解，供同人商榷。

2 粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

采用傳統(tǒng)的填埋以及堆放的方式來處理燃煤電廠產(chǎn)生的粉煤灰，即不利于環(huán)境保護，更是對資源的極大浪費。隨著社會的進步和科技的不斷發(fā)展，粉煤灰已經(jīng)在建筑材料制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境治理等領域有了廣泛的應用，在造紙、橡膠生產(chǎn)、生物質(zhì)燃料制造等方面也正進行著積極的探索。

2.1 粉煤灰綜合利用的現(xiàn)狀

2.1.1 在建筑材料領域的應用

在建筑材料領域，粉煤灰可以作為主要原料參與各類建筑材料的生產(chǎn)，特別是在水泥生產(chǎn)、混凝土制造、制磚等方面有著極為廣泛的應用。

（1）水泥生產(chǎn)。因為粉煤灰的組成成分與黏土有一定的相似性，因而可以作為黏土的替代物，作為水泥生產(chǎn)的原料，而且將粉煤灰作為生產(chǎn)材料不會導致額外成本的增加，同時對于生產(chǎn)過程以及技術(shù)設備無明顯更高的要求。一般的硅酸鹽水泥化學穩(wěn)定性不是很好，而加入粉煤灰后可以有效地改變這些化學平衡，提高水泥的耐腐蝕性、抗裂性。因為粉煤灰這種特殊性，因而能夠作為水利工程的建設材料，可以明顯起到防止建筑開裂、腐蝕的效果。此外，因為粉煤灰在燃燒過程中碳物質(zhì)未充分燃燒，因而在水泥的生產(chǎn)過程中，能夠作為剩余物質(zhì)加以利用，具有節(jié)省能量的消耗，節(jié)約燃料的價值[1]。

（2）混凝土制造。在混凝土制造的應用中，將粉煤灰作為混凝土添加材料，可以強化性能，具有更高的抗腐蝕效果，能夠防止建筑受到海水的破壞。在高層建筑物的基礎設備以及水工結(jié)構(gòu)中添加粉煤灰，能夠有效防止粉煤灰和水發(fā)生作用而導致的水化熱情況，降低溫度的影響，防止由于混凝土表面過熱而產(chǎn)生裂縫。

（3）制磚方面。將粉煤灰作為燒磚的材料，在建筑建設中應用，可以大量的節(jié)約資源，其使用的性能比較優(yōu)良，質(zhì)量更輕，環(huán)保性更高。粉煤灰制造的新型磚具有較多的品種類型，將粉煤灰、石灰等作為材料，通過水蒸氣進行養(yǎng)護，生成的煤灰砌磚的性能比較好，且具有更高的耐久性。

（4）其他應用。在工程建設中添加粉煤灰作為填筑物質(zhì)，因為其自身具有較小的質(zhì)量，可以降低沉降的發(fā)生，相較于一般的材料，產(chǎn)生的壓力值更低，在路基填充的過程中應用，能夠確保路堤具有更高的穩(wěn)定性，粉煤灰與砂礫以及碎石所構(gòu)成的半剛性的板體結(jié)構(gòu)在路面的承重中也有應用，在護坡以及護堤工程的開采建設過程中，通過粉煤灰進行填充，回填的土地能夠后續(xù)作為耕地加以利用[2]。

2.1.2 在農(nóng)業(yè)領域的應用

在農(nóng)業(yè)領域，因為粉煤灰的屬性較為松散，通過其在土壤中的添加，能夠?qū)⑼寥赖拿芏冉档?，從而增加孔隙度，將土壤的溫度維持在可控范圍中，有效地實現(xiàn)土質(zhì)的改善。粉煤灰添加到土壤中，能夠使農(nóng)作物具有良好的長勢，促進作物生長改善，將土壤的松密度降低，避免發(fā)生表面的結(jié)殼的情況，同時土壤的溫度以及保水的效果因為粉煤灰的添加都能夠優(yōu)化，維持酸堿度的良好狀況，避免因為酸堿度的影響導致農(nóng)作物的長勢受到破壞。此外，各種礦物質(zhì)的存在可以作為肥料促進作物生長，經(jīng)過處理之后，農(nóng)作物的產(chǎn)量可以明顯提高。粉煤灰中所含有的氮元素可以提升農(nóng)作物的抗病能力。同時在作物種植區(qū)覆蓋粉煤灰還能夠起到防寒抗凍的效果。

2.1.3 在工業(yè)生產(chǎn)領域的應用

粉煤灰中有諸多的礦物質(zhì)，可以通過高溫處理的方式將其中的各種氧化物質(zhì)除去，能夠獲得不同類型的合金。因為粉煤灰的質(zhì)量相對較輕，有較高的活性，可以通過特定的方式從中取出玻璃微珠，玻璃微珠可以應用在保溫材料以及塑料中。此外由于粉煤灰中有各種稀有金屬，從中提取稀有金屬也是當前研究的重要內(nèi)容之一，綜合而言，從粉煤灰中提取相關(guān)的物質(zhì)，其經(jīng)濟效益以及環(huán)保價值相對較高[3]。

2.1.4 在環(huán)境治理領域的應用

在環(huán)境治理方面，因為在治理廢水的過程中需要大量的粉煤灰，將其作為中間的化合物質(zhì)投入廢水中，利用其表面疏松且表面積較大的特性，可以發(fā)揮良好的吸附作用，具有重要的化學方面的價值，通過活性基團的作用，可以與廢水中的有害物質(zhì)進行集中反應，最終生成大量的沉淀物質(zhì)。根據(jù)試驗結(jié)果顯示，在進行鉻廢水的處理過程中，通過粉煤灰能夠提升整體的處理效果，具有很好的凈化效果，通過粉煤灰能夠促進廢水的循環(huán)利用，將其中的一些有害成分吸收后，改良水質(zhì)，在進行生活污水的治理過程中，可以將其中的重金屬離子吸附，這種方式具有良好的凈化效果。粉煤灰還能夠作為廢氣的吸附材料，在脫硫設備中進行應用，能夠?qū)⑵渲械亩趸蚝芎玫奈?，因為粉煤灰中有能夠吸附未完全燃燒的氮氧化合物的物質(zhì)，在處理廢棄有機物的過程中，具有重要的價值，因為能夠生成堿性的水溶液，因而可以處理硫化物以及氮氧化合物[4]。

2.2 技術(shù)發(fā)展趨勢

從技術(shù)發(fā)展趨勢來看，因為粉煤灰當前在多領域均有所應用，由于操作工藝相對比較成熟，工藝流程比較簡單，使用的范圍也相對較大。但在進行高強混凝土制造的過程中，需要進一步發(fā)展優(yōu)化工藝路線，在進行砌磚的制造以及建筑的過程中，需要不斷進行相關(guān)工藝的改進完善，推動工業(yè)化進程。應用粉煤灰進行陶粒的制造能夠生產(chǎn)一些具有較輕質(zhì)量的墻體材料，陶粒墻板等材料的規(guī)格相對較輕，同時比較環(huán)保，在進行燒結(jié)的過程中，因為建廠投資成本相對較大，同時具有較高的能耗以及成本的投入，從而導致陶粒的實際使用受到了限制，但由于粉煤灰陶粒是一種原料的混合，經(jīng)過后期的養(yǎng)護制作，其工藝形式比較簡單，仍具有較高的應用前景。在保溫磚的制作過程中，加入粉煤灰，在坯體吸熱融化后發(fā)生了晶型的變異從而強化了其實際的使用性能，因此成品與優(yōu)質(zhì)的黏土磚之間有著相似的強度效果，其導熱系數(shù)以及耐久性甚至比黏土磚更好。在造紙工藝中，通過融入粉煤灰以及氧化鈣等成分作為輔助的材料，可以獲得粉煤灰的纖維，將其與有機植物纖維進行混合，可以作為紙質(zhì)材料，粉煤灰的纖維棉具有良好的隔熱、保溫的效果，同時將粉煤灰纖維作為玻璃纖維的替代物生產(chǎn)玻璃鋼，還可以獲得粉煤灰的泡沫玻璃，這種玻璃具有良好的隔熱以及吸音的效果，其質(zhì)量相對較輕，同時強度較高，能夠防火耐腐蝕，同時無毒無污染，使用安全性相對較高。

粉煤灰同時能夠作為補強的天然混合橡膠物質(zhì)，具有良好的相容性，同時能夠呈現(xiàn)更加均勻地分布，其壓出的性能良好，且具有較高的充模性能，在進行橡膠產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，通過各種塑料制品與粉煤灰的綜合作用，能夠促進其性能的改善，為了強化酚醛樹脂和粉煤灰微珠的相容性，通過粉煤灰作為微珠，經(jīng)過后期處理后，與鋁酸酯活化作用，可以使其力學性能得到增強，同時降低所需要的成本投入。粉煤灰在燃料的制作過程中也有著良好的應用效果，將生物燃料以及廢棄塑料相結(jié)合，能夠生成質(zhì)量較高的燃料形式，在水中浸泡完成后再進行燃燒其綜合性能較高，且燃燒的持續(xù)時間比較長，能夠長時間的存放，且不會產(chǎn)生對于環(huán)境有嚴重污染的氣體。將粉煤灰固化后所生成的泡沫有較高的含水量，其堵漏的效果比較好，具有較高的安全性以及強度，且不會產(chǎn)生環(huán)境污染等問題[5]。

3 粉煤灰開發(fā)方向及技術(shù)創(chuàng)新

3.1 開發(fā)方向

由當前的研究結(jié)果以及應用情況可知，將粉煤灰作為原材料進行新材料的開發(fā)具有較大的優(yōu)勢，首先能夠彌補常規(guī)材料在應用過程中的諸多缺陷，同時也與我國當前對于新型能源的材料要求一致，根據(jù)當前的國際發(fā)展形勢可知，很多的國家其內(nèi)部裝修的過程中，應用較多的材料類型為石膏材料，石膏材料是一種不可持續(xù)的資源形式，在具體使用的過程中，相較于其他國家而言還有很大的差距，在新材料的使用時，深度開發(fā)應用能夠提供固體廢棄物一個新的平臺，當前燃煤電廠生產(chǎn)的固體廢棄物脫硫石膏產(chǎn)出比例基本合理，將粉煤灰用作新的開發(fā)材料，具有良好的應用前景[6]。根據(jù)當前所公布的數(shù)據(jù)可以看出，國內(nèi)的建筑領域開工的面積持續(xù)增多，大量的舊房進行更新維護，其市場潛力相對較大，作為產(chǎn)品最好的引導者，未來有著無限的發(fā)展空間。

3.2 實施主體

燃煤電廠是粉煤灰開發(fā)以及利用的主要單位，但是因為當前的開發(fā)以及應用的規(guī)模有限，與企業(yè)的實際效益以及效率方面都有很大的影響，其實際的研發(fā)以及應用的規(guī)模對企業(yè)的效益以及效率具有相關(guān)性影響，根據(jù)當前的燃煤電廠的發(fā)展現(xiàn)狀可知，很多的企業(yè)著手進行粉煤灰的資源開發(fā)，但是因為自身的規(guī)模力量有限，與其他的企業(yè)之間存在一定的差距，如果想要深化研究，則需要進行各項資源的整合，綜合考慮粉煤灰開發(fā)的基本屬性以及研發(fā)等環(huán)節(jié)，達到產(chǎn)銷一體的目的，企業(yè)應該發(fā)揮自身的實力來推動粉煤灰的綜合利用，引進物力財力提升開發(fā)實力，更多地凝聚企業(yè)加入其中，提升整體研發(fā)的水平，確保企業(yè)的全面廣泛參與，確保研發(fā)質(zhì)量，形成一個穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)，將粉煤灰的研發(fā)作為一個深度開發(fā)的產(chǎn)業(yè)領域[7]。

3.3 技術(shù)創(chuàng)新

研發(fā)創(chuàng)新是粉煤灰再利用的核心環(huán)節(jié)，其中關(guān)鍵的組成部分是技術(shù)支持，技術(shù)是粉煤灰開發(fā)過程中，具有重要價值的部分，通過不同技術(shù)形式的組合，借助于技術(shù)力量進行深度的價值發(fā)現(xiàn)，綜合各種形式在資源的開發(fā)利用上獲得更高的性價比，確保利用水平的最大化，避免成本投入的浪費。

4 結(jié)語

當前粉煤灰在建筑材料制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境治理上有著廣泛的應用，在造紙、橡膠生產(chǎn)、生物質(zhì)燃料制造等方面也進行著不懈的嘗試，各種技術(shù)形式的綜合，能夠充分挖掘粉煤灰中的價值。在進行粉煤灰處理的過程中，為了實現(xiàn)對其綜合再利用，需要通過一系列的技術(shù)手段變廢為寶，因此需要不斷加大科研投入，改進生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)市局創(chuàng)新，從而建立更為高效的、先進的固體廢棄物管理體系，使燃煤電廠粉煤灰的綜合利用實現(xiàn)社會效率、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的完美統(tǒng)一。