我国粉煤灰利用现状及展望

我国粉煤灰利用现状及展望

高磊磊

内蒙古大唐国际呼和浩特铝电有限责任公司 内蒙古呼和浩特市 010010

摘要：粉煤灰是大宗工业固体废物，由于不能完全利用，我国每年有大量的粉煤灰堆存。在对粉煤灰利用相关的法律法规和政策文件、利用技术进行梳理的基础上，对粉煤灰的利用现状进行了分析。我国粉煤灰的利用率近年没有发生太大变化，在75%左右，利用方式以水泥、混凝土和建材深加工产品为主，筑路、回填等其他利用途径较少。建议拓宽我国粉煤灰在较为成熟的综合利用途径中的应用，加强粉煤灰高附加值技术研究，提升粉煤灰的综合利用水平。

关键词：粉煤灰；综合利用；固体废物；环境保护

引言

粉煤灰是煤燃烧后的固体废渣，主要来自火力发电，它会破坏生态环境，因此早在上世纪20年代国外一些学者开始了对粉煤灰的研究和利用。美国学者R.E.戴维斯（Davis）在1935年首次对粉煤灰应用到混凝土中进行研究。研究发现混凝土的性能不仅可以得到改善，而且还可以节约水泥用量。在之后不到五十年的时间，粉煤灰混凝土得到了广泛应用。由于经济条件、自然环境、科学水平及粉煤灰自身性质的原因，许多国家在粉煤灰的利用率上存在较大差异。我国是在改革开放初期才开始将粉煤灰应用在混凝土中，是我国率先对粉煤灰混凝土研究的学者。他撰写发表了《蒸养粉煤灰砌块的生产和应用》《粉煤灰效应的探讨》和近代具有技术指导意义的《粉煤灰混凝土》等三十多篇论文和著作；适量的熟石灰可以增加粉煤灰混凝土的抗碳化能力；建立了大掺量粉煤灰混凝土抗碳化能力的寿命预测模型。我国混凝土在粉煤灰的利用率上还有上升空间，在混凝土中利用粉煤灰不仅能够保护生态环境，还能生产出绿色高性能混凝土，具有较好的生态效益和社会效益。

1粉煤灰的危害

粉煤灰是一种会对环境安全造成威胁的固体废弃物。通过粉煤灰的形成过程可知，固体颗粒随同烟气一起排向炉膛尾部，在这个过程中，烟气中大量的有毒元素和重金属元素发生聚积，其中还可能含有一小部分的放射性物质。粉煤灰在这个过程中发生熔融并变为玻璃态，不可避免地会含有这些元素。随着火力发电总量的增加，我国粉煤灰的年排放量逐年增加，数量巨大，一些粉煤灰尚未得到利用。如果不能妥当处理大量累积的粉煤灰，将会对环境造成不利影响

2我国粉煤灰利用

2.1建材方面的应用

粉煤灰的化学成分和黏土相近，又是属于火山灰性质的混合材料，在一定条件下，能够与水反应生成类似于水泥胶凝体的胶凝物质，并具有一定的强度。粉煤灰在生产水泥、混凝土和墙体材料方面利用技术成熟，为促进粉煤灰在上述途径的应用，国家发布GB175—2007《通用硅酸盐水泥》、GB/T1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T17431.1—2010《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》、GB/T29423—2012《用于耐腐蚀水泥制品的碱矿渣粉煤灰混凝土》、GB/T50146—2014《粉煤灰混凝土应用技术规范》、GB26541—2011《蒸压粉煤灰多孔砖》、GB/T36535—2018《蒸压粉煤灰空心砖和空心砌块》等标准对利用粉煤灰生产水泥、混凝土和墙体材料等产品提出具体的技术要求。

2.2粉煤灰混凝土抗压强度虽然相比普通混凝土而言有

所改善，但其强度依然不高。石墨烯和粉煤灰的结合对混凝土各项性能的研究目前看来还并没有过多的涉足，相关研究发现墨烯的加入不仅可以促进粉煤灰混凝土的水化速率，提高早期强度而且可以显著的提高混凝土的抗压强度等，但是还有很多性能许多学者并没有展开研究。就目前而言在粉煤灰中加入石墨烯是未来混凝土的新趋势，它可以显著提高混凝土的强度，制备新型高性能混凝土。

2.3农业方面

粉煤灰是煤炭燃烧的副产品，因其中含有微量有毒元素Cd、Cr、Ni、Pb和有机化合物多环芳烃、多氯联苯等而被认为是一种固体废物。但粉煤灰中含有Si、Al、Ca、Mg、K以及S、Zn等植物所必需的元素，直接妥善利用粉煤灰作为土壤改良剂，将会有效地补充土壤养分、调整土壤pH，还能改良土壤的其他物理条件（包括质地、持水、排水等能力），为种植农作物创造良好的土壤环境。通过研究证实了粉煤灰的使用有效增加了植物的有效含水量和土壤的持水能力。这主要是因为粉煤灰的比表面积大，增加了土壤的微孔细度，从而提高了保湿能力。研究发现，粉煤灰磁化后可得到磁性粉煤灰肥料。将其与土壤混合，在磁性颗粒周围产生局部磁场，激活微量元素，能够改善土壤组分和结构类型。这种肥料效果更强，可以减少其用量。如上所述，粉煤灰已经可以作为肥料施用到土壤中，以增加农作物的产量。但粉煤灰中有助于植物生长的养分通常很少，肥效不够明显。粉煤灰复合肥料通过混料和化学合成两步制成，其养分含量高，既可以满足作物生长的需要，又可以显著提高产量。

2.4有价组分的提取

粉煤灰中含有硅、铝、铁、碳、镓、锗等多种有用元素，利用粉煤灰为原料提取有价元素是实现粉煤灰高附加值利用的重要途径，也是粉煤灰综合利用的主要研究方向。有研究人员对粉煤灰中各元素提取技术进行了分析[，采用烧结法和酸法等可以从粉煤灰中提取硅、铝等常量元素，沉淀法、吸附法和萃取法等可以从粉煤灰中提取镓、锗、硒等微量稀散金属元和锂、钒、镍等能源金属元素。此外，浮选法、离子交换法等也有研究用于从粉煤灰中提取能源金属。国家对粉煤灰有价元素的提取也非常重视，内蒙古中西部和山西北部等地区用于发电后产生的粉煤灰中氧化铝含量达40%～50%，是一种宝贵的具有较高经济开发价值的含铝资源，2011年国家发改委发布的《关于进一步加强高铝粉煤灰资源开发利用的指导意见》就提出要积极开拓高铝粉煤灰生产氧化铝这一新领域。

结语

粉煤灰的利用途径有多种，但是目前我国粉煤灰的利用主要是用于水泥、混凝土和建材深加工产品，筑路、回填、高附加值利用等其他利用途径相对较少，建议在粉煤灰的利用技术应用方面，拓宽我国粉煤灰在较为成熟的综合利用途径中的应用，加强高附加值技术研究。粉煤灰在筑路和回填中的应用技术都是成熟的技术，国家也有相关技术标准。目前，我国在筑路和回填中的粉煤灰利用比例要明显低于欧盟等国，而我国在道路建设和回填领域对于原料的需求量还很大，粉煤灰的可利用空间还很大，建议国家出台激励政策，促进粉煤灰在筑路和回填中的应用。高附加值利用技术是扩展粉煤灰综合利用领域、提高粉煤灰综合利用率和综合利用经济效益的重要手段。国内外都十分重视粉煤灰的高附加值利用技术研究，逐步实现粉煤灰的精细化利用和开发是粉煤灰综合利用的趋势。目前，已经研发了许多粉煤灰高附加值利用技术，但是真正实现产业化的技术不多，一方面要加强该领域的技术研发，一方面也要加强研发技术的产业化试验促进相关技术的实际应用。

参考文献

[1]中国工业固废网,中循新科环保科技(北京)有限公司,中关村绿色矿山产业联盟矿山固废资源综合利用专委会.2019—2020年度中国大宗工业固体废物综合利用产业发展报告[M].北京:出版社不详,2020.

[2]于维河，孙汉军，张玉敏.粉煤灰的环境污染及防治对策[J].黑龙江环境通报，2004（2）：28-29.

[3]再协.2020年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报[J].中国资源综合利用，2021（1）：4.

[4]本刊编辑部 . 我国粉煤灰混凝土技术的先驱 ：沈旦申［J］. 混凝土世界，2011（8）：28-29.