粉煤灰的综合利用

粉煤灰的综合利用

何超 化工系 学号：2012220572

粉煤灰是现代工业大量使用煤作为燃料的副产品，在燃煤电厂及其他使用大型燃煤锅炉的企业中，煤经过干燥、研磨成一定细度的煤粉再进行高温燃烧，产生的烟道气中带有大量粉尘，其中大部分经除尘器收集成为工业固渣，小部分进入大气。这种粉尘国外普遍称飘灰（Fly-Ash）,我国一般称粉煤灰。

我国是煤炭资源大国，我国的工业能源也以煤炭为主力，虽然近年来由于国家政策支持，新兴能源所占比例有所上升，但是煤炭能源占主要地位这一事实在今后相当长的一段时间内还是不会改变的。特别随着我国国民经济的快速增长，对电力的需求越来越大，这极大促进了电力工业快速发展，大批装机容量巨大火电机组上马，这其中大部分又都是燃煤机组，燃煤机组在发电过程中产生大量粉煤灰。每燃烧1t原煤，能产生粉煤灰250-300kg，按我国目前火电所占比例计算，每发1kw-h的电，需标准煤300g，产生粉煤灰约100g。1995年，我国粉煤灰排放量1.25亿吨，2000年为1.53亿吨，2010年为2.12亿吨。

粉煤灰的产生、储存、运输，必须占用一定土地资源，这将会对周围土壤及水体造成重金属污染。排入空气中的粉煤灰，污染空气质量，危害人体健康。此外生产过程中产生的含粉煤灰的废水排放还对水体造成浪费和污染。国外的先进经验告诉我们，污染的产生实质上大多数是由于资源和能源的浪费所致，大量的能源和资源，用之为宝，弃之为废，粉煤灰自身的各种特性决定，它也是大有用武之地的。

目前，世界各国都很重视粉煤灰的资源化利用，所谓粉煤灰的资源化是指将其视为资源而不再是废弃物，采取工艺技术回收利用。一些发达国家粉煤灰资源化率相当高，如荷兰达到 100%，意大利 92%，丹麦 90%，比利时 73%。美国将粉煤灰列在主要固体资源中的第 7

位，排在矿渣、石灰和石膏之前。

我国对粉煤灰的综合利用起步于20世纪50年代。20世纪50年代开始在建筑工程中用作混凝土、砂浆的掺合料，在建材中用来生产砖、在道路工程中用作路面基层材料等，但这一时期利用总量较少；60年代粉煤灰利用重点转向墙面材料；随着国家大力提倡绿色经济循环经济，各种新型技术的被大量开发出来，粉煤灰的各种特殊性能被发现，越来越多的应用于工农业生产，成为一种宝贵的再生资源，以下就介绍几种粉煤灰的利用方法。

1 粉煤灰的性能

我国多数大中型电厂和集中供热的粉煤灰化学成分与粘土很相似,但其二氧化硅含量偏低,三氧化二铝偏高。粉煤灰中硅的含量最高,其次是铝,以复杂的复盐形式存在,酸溶性较差。铁含量相对较低,以氧化物形式存在,酸溶性好。此外还有未燃尽的炭粒、CaO和少量的MgO、Na2O、K2O、SO3 ,以及锗、镓、硼、镍、铀、铂等稀有元素。

粉煤灰外观类似水泥,为球形或微珠的集合体,直径1um —100um ,颜色从乳白到灰黑,颜色的变化在一定程度上反映它的细度和含碳量。粉煤灰具有较大的比表面积、多孔。粉煤灰是一种火山灰质材料,其中SiO2 、AI2O3 、Fe2O3 三种成分占70 %左右,CaO和MsO含量较小,Ca0 和Mg0 含量随原煤的组成和产出时代不同而变化，粉煤灰的利用很大程度上取决于这三种氧化物的含量及反应活性。粉煤灰中的有害成分是未燃尽炭粒,其吸水性大、强度低、易风化,不利于粉煤灰的资源化。

2 在污水处理中的应用

粉煤灰中含有多孔玻璃体、多孔碳粒，因而他的比表面积很大。同时，它还含有一定的活性基团，这就使其具有了较强的吸附能力，成为污水处理的吸附材料。粉煤灰的吸附作用有物理吸附和化学吸附两种。物理吸附是指粉煤灰与吸附质之间通过分子间引力产生吸附，这一作用由粉煤灰的多孔性及比表面积决定。其主要特征是吸附时粉煤灰表面能降低、放热，在低温下可以自动进行；其次是无选择性，因而对各种污染物都有一定吸附去除能力。化学吸附是指粉煤灰中存在大量铝、铁、硅等活性点，能与吸附质通过化学键发生结合。

粉煤灰处理城市污水，可有效去除城市污水中的有机物、色度、重金属、磷、臭味等，可去除30%~40%的COD，去除30%~90%的重金属，去除90~98%的色度。处理印染污水时，脱色率可达90%~99%，是一种经济、有效的脱色途径。处理造纸废水时，除了与以上相同的脱色能力外，对TOC的去除率达到56%，BOD去除率达18%，此外粉煤灰还可以用于处理含油废水、中药废水、重金属废水、高浓度含氟、含磷废水。虽然，许多去除指标与活性炭相比还是较低，但考虑到污水处理量大，吸附剂用量大，粉煤灰价格便宜，使用后还可以用作建筑、道路等其他用途，从经济效益和环境效益考虑，粉煤灰还是一种很有应用前景的吸附材料。

3 粉煤灰在农林牧业中的应用

粉煤灰具有质轻、疏松多孔的物理特性，还含有磷、钾、镁、硼、钙等植物所需的元素，因而可以广泛应用于农业生产。粉煤灰在农林牧业中的应用，实际上就是通过改良土壤、覆土造田等手段，促进种植业的发展。

粉煤灰用作土壤改良剂是，将适量经过处理的粉煤灰加入黏性土壤，对改善黏土质地，增加土壤通透性，改善土壤保水、供水等方面有显著作用。特别在中国南方很多地区，土壤本体呈现酸性，加入一定粉煤灰后，可以调节PH值。此外，粉煤灰加入盐碱地后，可大大增加土壤的通透性，减少土壤的亲水性，起到抑盐压碱的作用。

江西农业大学和南昌市粉煤灰综合利用办公室共同做了粉煤灰改良红壤、粉煤灰施用于水稻和花生的实验。实验结果表明，粉煤灰可以改良土壤，改善土壤的理化性质，增加微量元素含量，提高农作物产量。实验中，使用粉煤灰可使花生增产36.83%，使水稻增产12.8%。

粉煤灰还可以用来回填造地，这种技术不仅节省资金，产生大的经济效益，而且社会效益、环境效益明显。青岛瑞源工程公司和青岛建筑工程学院受黄岛发电厂委托，实践发明了粉煤灰长距离吹填造地新工艺，论述并实践了用散体材料及振动挤密工艺加固处理粉煤灰吹填地基的机理和方法。经过两年努力，回填粉煤灰600万立方，形成253平方公里工程用地，按每亩6万元计算，较荒滩地增值2.3亿元，并且通过环保测试，各项指标均达到了排放标准。

4 粉煤灰在建材方面的应用

粉煤灰用于建筑材料在我国已经有较长时间，这方面经验也很丰富。

4.1粉煤灰用于混凝土材料

由于粉煤灰的主要成分SiO2 、AI2O3 ,是不定型的,在常温有水存在的情况下,能与碱金属和碱土金属生“凝硬反应”,所以粉煤灰可以作为一种优良的水泥和混凝土的掺和料使用。采用水泥用量不高、粉煤灰和外加剂(高效减水剂、普通减水剂、引气型外加剂) 掺量较大,以适宜的配合比制备早期强度较高、后期强度发展幅度大、收缩小、渗透性很强的混凝土,代表着今后水泥混凝土路面材料的一种发展方向。相对于直接在混凝土中掺人粉煤灰而言,尽可能在水泥生产过程中多掺粉煤灰大有好处,因为水泥生产中掺加粉煤灰不存在掺配不均的问题,而且经过机械活化,还可以提高粉煤灰等级,充分发挥其胶凝性,这一点已得到国内外专家的认可。

我国从 1958 年以来，先后在黄河三门峡、刘家峡、陈村、合山、欧阳海灌渠、台湾雾社坝等水利工程中，使用粉煤灰混凝土取得了降低水化热、改善性能、节约水泥的良好效果。在工业与民用建筑工程中，也已于 20 世纪 50 年代开始使用，如桂林沙河电厂的地下钢筋混凝土工程掺原状粉煤灰 10%～25%，1956 年在齐齐哈尔钢厂轧钢车间的预制钢筋混凝土柱中也掺入了 12%的原状粉煤灰。1976 年底北京市建材科研所、石景山电厂和北京电力建设研究所等单位开始了磨细粉煤灰的性能及其应用的研究，1977 年开展了地铁混凝土工程掺用粉煤灰的试验研究，随后北京市建成了年产 10 万 t 的北京西郊烟灰制品厂（现为北京现代建材公司）磨细粉煤灰车间，为向全市混凝土工程施工单位提供磨细粉。

举世瞩目的三峡工程于 1994 年正式开工，整个工程混凝土量为 2799 万其中大坝混凝土工程量为 1527 万。在大坝混凝土中，确定掺加Ⅰ级粉煤灰量高达 30%，通过高掺Ⅰ级粉煤灰和高效减水剂、引气剂制备出水泥用量少、水化热低、用水量少、抗渗性好、耐久性好的高性能混凝土。

4.2粉煤灰制备堆砌材料

粉煤灰制砖是我国目前粉煤灰量大面广的项目之一,其特点是工艺简单,建厂速度快,吃灰量大。“十五”期间,国家进一步加大淘汰实心粘土砖的力度,至2005年底前所有省会城市禁用实心粘土砖,这样粉煤灰制砖将大有可为,市场前景广阔。粉煤灰可以和粘土、页岩、煤矸石分别做成不同类型的烧结砖。用粉煤灰代替部分粘土烧制的砖。它的性能与普通砖相比,强度相同,而重量约轻20 % ,导热系数小,能改善物理性质,砖坯不易风裂,易于干燥,可减少晾坯时间和场地,可少用燃料,降低单耗,节约能源。一般认为掺粉煤灰量按体积比在30 %以下属低掺量,30 % —50 %属中掺量,在50 %以上为高掺量。黑龙江省浩良河化肥分公司上马一套年产3 万m3 粉煤灰陶粒及空心砖和标准砖生产线,年产标准砖1200 万块,一年可治理利用粉煤灰2. 5 万t —2. 8 万t ,与实心烧结砖相比,可节约标准粉煤约6200 万t ,还可减少一定的粉煤灰堆放场地。

4.3粉煤灰用于筑路基材料

我国粉煤灰路堤第一条公路试验是在云南 324 国道上，高 7.6m；第一条高速公路实验路堤是在 1985 年修筑的沪嘉高速公路上；第一条加筋粉煤灰挡墙高路堤是在 1991 年青平一级公路上，最高达 8.75m。在 1993 年竣工的鄂济青高速公路上，粉煤灰路堤试验段长 3625m，消化湿排粉煤灰近 40 万 t，节约土地 300 余亩，解决了高填土路基填料不足的困难。

粉煤灰路堤具有自重轻、压缩性小、透水性好、强度高、碾压含水量幅度达等优点，对于软土地基及多雨潮湿地区的施工非常有利。

此外，粉煤灰还大量用于建筑中的墙体材料、装饰板材等。

5粉煤灰在烟气脱硫中的应用

近几年来,国内外都在开展利用粉煤灰制高级脱硫剂的研究。粉煤灰中主要成分SiO2 、AI2O3 、Fe2O3 和CaO在常温有水存在的情况下,细粉末状的火山灰能与碱金属和碱土金属发生“凝硬反应”的特性,被认为是粉煤灰循环利用过程中提高钙基吸收剂利用率的原因所在。试验证明,用粉煤灰制成的脱硫剂的脱硫效率要高于纯的石灰脱硫剂,这是因为气一固反应中吸收剂比表面积的大小是反应速率快慢的主要决定因素。在适当的灰/ 石灰比和反应温度时,脱硫率可达到90 %以上。

6 回收有价元素

基于粉煤灰中含有碳、铁、铝以及粉煤灰空心微珠等有用组分，因此综合回收和利用是消除粉煤灰危害，使之资源化的有效途径。而粉煤灰的分选，则是使之资源化的关键。目前国内外对粉煤灰分选及产品应用做了大量研究工作，并已取得一定进展。

6.1回收碳

电厂锅炉在燃用无烟煤和劣质煤的情况下，由于经济燃烧还存在一些技术上的困难，因此煤粉不能完全燃烧，造成粉煤灰中含碳量增高，一般波动于 8%～20%之间。全国每年从电厂粉煤灰中流失数百吨的纯碳，不但使煤炭资源白白流失，造成极大的浪费，而且，由于粉煤灰中含有未燃尽碳，会造成粉煤灰综合利用困难，影响了粉煤灰资源的开发，不利于环境保护。为了降低粉煤灰中的含炭量和充分利用资源，我国不少部门进行了粉煤灰脱炭处理研究工作。目前已经有用浮旋法、电选法两种方法回收碳资源。