粉煤灰的综合利用现状及对策分析

粉煤灰的综合利用现状及对策分析

粉煤灰的综合利用现状及对策分析

徐凤宇

（贵州大学明德学院，贵州贵阳 550004）

摘要：本文主要通过阐述粉煤灰对环境的危害，说明其利用的必要性；从粉煤灰的化学组成及物理结构特点入手，综述国内外对粉煤灰的综合利用现状；具体介绍了粉煤灰在建材制品、化学工业、农业以及环境保护等领域中的应用，针对利用中存在的问题，提出了一定的可行性方案；为粉煤灰的综合利用与全面推广奠定了一定的理论基础；最后对粉煤灰今后的发展方向及应用热点作了展望，旨在促进固体废弃资源的合理化利用与加快推进我国粉煤灰综合利用的产业化进程和资源的可持续发展战略。

关键词:粉煤灰；综合利用；发展方向

0 前言

资源的综合利用化程度是反映人类文明程度和科技发展水平的重要指标；粉煤灰堆存量逐渐增加，对生态环境造成了很大的威胁，因此需要根据其特性不断开展粉煤灰的综合利用，使其“化害为利、变废为宝”，从而实现可持续发展。

1 粉煤灰对环境的危害

电厂的粉煤灰对环境的影响主要表现在: ①贮灰需占据大量的土地或农田,浪费土地资源,污染土壤; ②扬尘污染空气。只要有四级以上的风力,即可将表层灰粒剥离扬弃,扬灰高度可达 20～50 m ,悬浮于大气中的粉煤灰不仅影响能见度,而且在潮湿环境中会对建筑物、工程设施等表面造成腐蚀③湿法排灰会浪费水资源并造成地表水体的污染，粉煤灰进入水体 ,使水浊度大大增加 ,形成的沉积物会堵塞河床、使湖泊变浅,悬浮物和可溶物会恶化水质。④贮存在灰场的粉煤灰、飘浮于大气中的粉煤灰降落到地面都会污染土壤,造成土质碱化及其

他影响,影响农作物、植物生长及养殖业、畜牧业生产;⑤粉煤灰中含有重金属元素、有毒物质、放射性物质等有害物质,污染环境并影响人体健康。

2 粉煤灰利用的必要性

目前，我国燃煤电厂及化工行业每年排放的粉煤灰工业废渣逐年增多， 2000 年全国粉煤灰的年排放量累计达到 1.16 亿吨,而且仍以每年 800 万吨的排放量递增。预计 2008年我国粉煤灰年产量将达到 1.8亿吨，造成严重的“黑色污染”，所以粉煤灰高效的综合利用迫在眉睫。

3粉煤灰的基本性能

3.1粉煤灰的化学组成

粉煤灰由有机物和无机物组成，有机物的主要成分为碳、氢与氧；无机物的主要成分为高岭石、方解石和黄铁矿。无机物燃烧后经除尘器收集形成灰渣，

其化学成分以氧化硅和氧化铝为主，其中Sio

2、Al

2

o

3

、Fe

2

o

3

3种成分占70%以

上。Cao和Mgo的含量较小随原煤的组成和产出时代不同而变化，一般在0.2%～10%之间变动,各成分所占比例如（表1）所示。

表1粉煤灰的主要成分含量

成分 Sio

2 Al

2

o

3

Fe

2

o

3

K

2

o Cao Tio

2

N So

2

P

2

o

5

含量（%）50.33 30.50 7.40 0.95 3.55 1.05 0.128 0.18 0.013

3.2粉煤灰的物理结构

粉煤灰是结晶体、玻璃体及少量未燃碳组成的结构复合体。其物理性质如（表2）所示。

表2 粉煤灰的物理性质

性质密度/（kg/m3）堆积密度/(kg/m3) 密实度比表面/(cm2/g) 含水/%

测值 1200～1700 550～1000 0.5～0.8 1600～3500 <5

4 粉煤灰的综合利用现状

4.1国内利用现状

我国粉煤灰的利用率很低，由1989 年的 24 %增加到了2004年的40 %，因此，国家已将粉煤灰综合利用技术列为重点推广应用的十项新技术之一；并且我国粉煤灰利用途径也比较少，目前比较大量的应用是制转，主要是制蒸养砖（占总利用量的84%）；其次作为水泥掺和料（占总利用量的4.8%）；作黏土配料（占总利用量的2.7%）；作无熟料水泥（占总利用量的0.2%）；铺路（占总利用量的2.8%）；目前还被用来制作陶粒、铸石等。

4.2 国外利用状况

国外一些国家粉煤灰资源利用率较高,如荷兰粉煤灰的利用率为 100 % ,法国为 75 % ,德国为 65 %；在粉煤灰利用途径中，国外多用粉煤灰来制砖，英国用粉煤灰（用量达到80%）与少量黏土烧砖；美国则用粉煤灰来掺杂炉底灰和水玻璃烧砖，其次用粉煤灰来筑路；法国采用71%的粉煤灰和5%的水泥和24%的水淬矿渣和混合物筑路；美国采用粉煤灰和集料铺筑火山灰质柔性路面。

5 粉煤灰在各个领域的综合利用

5.1 用作生产建筑材料和筑路工程

粉煤灰在建筑材料工业中主要用于生产粉煤灰水泥、混凝土，以及制砖、空心砌块、生产陶粒等（如图2所示）。其中，粉煤灰混凝土是用粉煤灰取代部分

水泥，并以沙、石等为骨料，加水搅拌而成的构筑材料。由于粉煤灰能降水化热、改善易和性、提高防渗性、利于远距离泵输且后期强度高，因而广泛用于水电工程和大型建筑工程。而且国内的一些大的地下及铁路隧道工程，均大量参用了粉煤灰，一般参用高达25%～40%，不紧节约了大量的水泥，而且提高了工程质量。在工程中用二灰石（石灰、粉煤灰、石子）代替传统的碎石，可使公路质量大大提高并提高了施工速度，降低造价。现粉煤灰已大量用于高等级公路的路堤，质量高于使用黏土并大量节约了土地。

粉煤灰制空心砖（图1）粉煤灰充填塌陷区（图2）

5.2用作井下回填和充填塌陷区（图2所示）

用粉煤灰注浆充填煤井采空区可达到防火效果，同时还能较大幅度地减少地表移动值，对围岩和煤炭柱起到了加强的作用，增强了煤柱的强度，有利于港道维护；亦有利于厚煤层分层开采，提高煤炭回收率。例如：我国淮北矿务局也利用淮北电厂的粉煤灰充填相城、朱庄、张庄和岱河等煤矿的塌陷区，并于1982年10月覆土造田432亩，取得了较好的社会效益与经济效益。

5.3 可提取多种化学、化工原料与在化工领域的应用

可用碱法提取氢氧化铝，回收铁或磁珠，回收空心微珠；此外，由于粉煤灰的比表面积大，吸附能力强，具有高分子缩聚的特性，因此它易吸附、还原和富集锗、镓等某些稀散元素，国内外均具有成熟的工艺和经验。从粉煤灰中可提取高纯度的明矾用以合成矾土、粉煤灰制备Sic粉末及粉煤灰制取玻璃陶瓷等。

5.4 在农业中的应用

粉煤灰具有质轻、疏松多孔的物理特性，还含有磷、钾、铁、硅、钼等植物生长所需要的化学元素，在农业应用上具有投资少、用量大、需求平稳以及潜力大等特点。而且随着我国土壤的贫瘠化程度不断加深，土壤肥力不断下降，用粉煤灰改良土壤的效果和肥料价值是农业研究中的一大重点。主要表现在：（1）用作粉煤灰肥料；①直接用作土壤肥料；粉煤灰中还有大量的Sio

2

和Cao，形成了具有枸溶性硅酸钙，经干化球磨，便制成了水稻生长必须的硅（钙）肥；

当粉煤灰含P

2O

5

高达4%时，直接磨制成钙镁磷肥。也可根据粉煤灰所含化学成

分的特点和土壤及农作物的特征，对土壤进行施肥。②可用作生产粉煤灰复合

肥；粉煤灰中含有大量的Sio

2

、Cao、Mgo及少量的S、Fe、Mo、Zn等有用成分，可生产复合肥，例如：用粉煤灰加适量的石灰石、钾长石、煤粉、研磨制成硅

钾钙复合肥，亦可用粉煤灰加碳酸钾、Mg(OH)

2

、煤粉，焙烧研磨制成硅钾复合

肥；同时也有利用粉煤灰添加剂生产含磷复合肥，这种磷肥适用于酸性土壤，对油菜、大豆、食用菌有明显的增产效果，小麦、玉米、水稻等作物可提高产量20%～30%，并且能早熟5～15天。③用作磁化粉煤灰肥料；粉煤灰中含有一

定量的Fe

2o

3

，使用电磁场进行磁化，获得磁化粉煤灰肥料，施入土壤后，能增

加土壤磁性，改善土壤结构和空隙，疏松土壤，提高通气、通水、和保水能力，使土壤的可耕性提高；还可利用粉煤灰磁性的转化，促进土壤氧化还原反应，从而有利于有机组分的矿质化，提高营养元素的有效含量，使根系固定，促进细胞分裂，刺激酶的作用，促进农作物生长。（2）粉煤灰用于改良土壤；利用粉煤灰具有的良好的理化特性，能广泛用于改良粘质土、生土、酸性土和盐碱土；土壤施入粉煤灰后，可明显改良土壤质地，降低黏粒含量、减小密度、提高土温、增加含水量，中和酸碱、抑盐压碱、促进土壤微生物活性，并能使水、气、肥、热趋向协调，为作物生长创造良好的土壤环境。

5.5 在环境保护中的应用

粉煤灰具有较大的比表面积，具有固体吸附剂性能；因此，可以利用粉煤灰的吸附性能，处理一些含有害物质的废弃物。具体表现为：①应用粉煤灰的吸附性与沉降性能，能净化废水，污水色度的去除率为50%，处理低浓度含油废水，其出水水质可以达标排放。②用粉煤灰作脱硫剂（主要利用粉煤灰中的Cao等碱性物质）可脱出燃煤烟气中的二氧化硫，脱硫率高达90%，从而生成无害的硫酸盐类产物。③综合利用粉煤灰可减少堆灰场占地，防止对水体、大气环境造成污染，又可作为原料利用，创造明显的经济效益；而且经加工处理后的分选灰或磨细灰可作为商品出售，能够盈利，取得收入。

5.6 粉煤灰在塑料、橡胶等方面的利用

目前，我国不少科研机构和生产企业已经在探索粉煤灰与废旧塑料的复合运用技术，而且其中有些技术已达到生产要求，其中较成熟的技术主要有生产金属替代材料、制造轻质建筑防火材料、生产聚氯乙烯塑料防水油膏等。将粉煤灰通过磨细,焙烧与表面活性处理后，可作为橡胶的填充剂，从而大大降低橡胶制品的生产成本。

6 粉煤灰综合利用中存在的问题

粉煤灰堆存量逐年增加，在对粉煤灰的综合利用中也出现了定位不准确、创新差、技术脱轨等一系列问题。

6.1 科研成果与实际技术应用脱轨

目前我国粉煤灰利用项目与专利技术有100多项，但在实际中真正转化为生产力，并创造经济效益的为数不多。

6.2 部分综合利用企业发展战略定位不准确

由于粉煤灰主要是燃煤电厂所产生的废弃物，所以粉煤灰的综合利用企业多依附于电厂，故属于“三产”范围，没有得到足够的重视，企业之间部分垄断与隔阂大，技术信息交流差、合作少，竞争力不高，更为关键的是粉煤灰的综合利用没有列入电厂和一些县市的发展战略中；故很难促进粉煤灰综合利用的长远发展。

6.3 综合利用企业创新能力差

现多数综合利用企业发展可观，但自主科技研究能力差，主要依附于国家提供的技术与成果；没有技术研发与创新机构，研究人员队伍不稳，缺乏必要的研发投入，既有体制、人才、资金的原因，同样也是企业自主创新能力差，缺

乏战略

6.4 综合利用发展缺乏统一的调控

粉煤灰的利用主要是制砖和与水泥混合使用，属于低层次利用，且使用量较少，但随着电厂的扩建，粉煤灰的用量逐渐增加；但目前缺少统一的规划与科学的运作模式；综合利用波动较大。

7解决问题的对策分析

根据几十年来国内外对粉煤灰综合利用发展模式的探索，应在技术开发引进，资金的运作，专门人才的培养，制度的完善，信息的相互交流等方面不断加强与改善。

7.1 设立专门的机构研发、引进

需要不断开发出附加值与科技含量高且用灰量大的产品，才能促进粉煤灰综合利用的发展；故有必要成立专门的研发机构与研发队伍，重视粉煤灰综合利用人才建设，不断对原有技术进行改造；增强自主创新，形成知识自主产权。

7.2 制度的完善

政府因将粉煤灰的综合利用作为一项发展战略，出台相关的政策法规，给企业宽松的经营环境，给予税收优惠政策及财政倾斜；调动企业的生产积极性，在各项规章制度予以完善；同时综合利用企业部门管理与生产系统应不断完善，不断改进。

7.3 领导部门加大宣传力度，适当给予资金倾斜

领导部门增强对综合利用程度的重视程度，政策不断完善，执行力度不读加大；加大宣传，让社会上的人都了解粉煤灰综合利用价值，给予生产部门鼓舞与适当的资金补助。

7.4 重视技术交流与引进

结合自身情况，放眼于国内外市场，与相关综合利用企业部门不断开展技术交流与会晤，不断重视技术的开发与引进，利用最新成果，提高自身的利用技术，促进发展。

7.5 加强粉煤灰成果转化，成为现实生产力

粉煤灰的技术成果很多，但运用到实际生产中的却很少，加强粉煤灰的技术成果转化是当前利用的一大亮点；只有技术成果转化为生产力，才能促进粉煤灰综合利用的不断发展。

8 粉煤灰应用技术的发展重点与方向

在今后的发展方向与重点中因不断提高粉煤灰的利用率，从而不断减少粉煤灰的堆存量，降低生产成本，不断开发利用技术实现资源的最大化利用，真正实现“化害为利、变废为宝”，实现可持续发展。

8.1 应用技术的重点

研究和开发用灰量大的项目，不断研究粉煤灰在混凝土中的有效应用技术以及在塑料、橡胶中做填充料等应用，特别在粉煤灰掺杂制砖系列产品方面，因该加大利用力度，因为在此方面粉煤灰掺量大，且砖制品经济利益可观，能调动生产积极性；最终，无论从节约资源、保护环境，还是节约土地，降低成本来说，比较大掺量的粉煤灰制品将是下一步发展的主要趋势。

8.2 应用技术的发展方向

加强对粉煤灰高新技术的研究以及粉煤灰利用专用设备的研究开发，加强高等院校、科研机构与企业的合作，扩展粉煤灰有效利用途径，提高粉煤灰的利用价值和利用率。

粉煤灰综合利用技术是一项综合性、边缘性的科学技术，其技术的可持续发展，依赖于其他学科的最新进展，若能合理利用，则既能解决粉煤灰的环境污染问题，又能作为资源，开发多种实用性产品，真正实现“化害为利、变废为宝”其前景是非常广阔和美好的。

参考文献：

[1]周富春,胡莺,祖波. 环境保护基础 [M].北京;科学出版社.

[2]战友. 环境保护概论 [M]. 北京; 化学工业出版社.

[3]刘天齐. 环境保护[M]. 北京;化学工业出版社.

[4]唐守清. 粉煤灰的物理、化学性能及其应用技术研究 [J].福建建材.

[5]王玮. 粉煤灰资源综合利用技术[J].煤炭加工和与综合利用,1998.

[6]江学荣.刘介东.粉煤灰综合利用现状及发展方向[J]电力环境保护,2002.

[7]徐惠忠. 固体废弃物资源化技术[M].北京:化学工业出版,2004.