粉煤灰的综合利用

摘要：分析粉煤灰的物理化学性质，针对目前粉煤灰对环境污染严重并且利用率较低等特点，结合我国的实际情况，综述了粉煤灰在废水处理、建筑材料、修筑道路等领域的综合利用现状，提出多种切实可行的方案，为在实践中推广粉煤灰的利用奠定理论基础，对粉煤灰综合利用的发展趋势作了乐观的展望及当前利用中存在的问题提出看法。

关键词：粉煤灰;污水处理;吸附剂;沸石

煤作为我国的主要能源，在工业生产和现代化建设中发挥着不可替代的作用。然而每年因为煤的燃烧而产生的大量粉煤灰，其作为主要的工业矿渣对环境造成巨大的污染。露天堆放粉煤灰会占用大量的土地，刮风天灰尘飞扬会造成空气质量的下降，下雨天渗水污染地下水。因此研究粉煤灰的基本性质，将其再次进行利用，使其化害为利，变废为宝是目前环境保护亟待解决的问题，也是当前固体废弃物综合利用所研究的热点。

1 粉煤灰的基本性质

1.1 粉煤灰的形态特征

粉煤灰是一种高度分散的微细颗粒集合体，主要由氧化硅玻璃球组成，粒径1~50μm。根据颗粒形状，粉煤灰可分为球形颗粒与不规则颗粒。其中，球形颗粒可分为低铁质玻璃微珠与高铁质玻璃微珠，若据其在水中沉降性能的差异，则可分出飘珠、轻珠和沉珠；不规则颗粒包括多孔状玻璃体。多孔碳粒、其他碎屑和复合颗粒以上各颗粒非常细小，只有借助SEM(扫描电子显微境)才能详细观察其形态特征。

1.2 粉煤灰的化学成分

粉煤灰是一种火山灰质材料，来源于煤中无机组分，而煤中无机组分以粘土矿物为主，另外有少量黄铁矿、方解石、石英等矿物。因此粉煤灰化学成分以SiO2和Al2O3为主(SiO2含量约48%,Al2O3含量约27% )，其它成分为Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3及未燃尽有机质(烧失量)。不同来源的煤和不同燃烧条件下产生的粉煤灰,其化学成分差别很大。

1. 3粉煤灰的物相组成及其他性质

1. 3. 1 矿物的组成

粉煤灰以玻璃质微珠为主,其次为结晶相,主要结晶相为莫来石、磁铁矿、赤铁矿、石英、方解石等。玻璃相是粉煤灰的主要结晶相,粉煤灰玻璃质微珠及多孔体均以玻璃体为主,玻璃体含量为50%~80%。玻璃体在高温煅烧中储存了较高的化学内能,是粉煤灰活性的来源。莫来石是粉煤灰中存在的SiO2和Al2O3在电厂锅炉燃烧过程中形成的, SEM下偶尔可以见到莫来石的针状自形晶集合体。莫来石含量在3. 6% ~11. 3%之间,其变化与煤粉中Al2O3含量及煤粉燃烧时的炉膛温度等诸多因素有关。磁铁矿和赤铁矿是粉煤灰中铁的主要赋存状态,一般磁铁矿含量较高。石英为粉煤灰中的原生矿物,常呈棱角状,不规则粒,粒度20~150μm不等,含量不高。

1. 3. 2 粉煤灰其它性质

(1) 活性。也称为火山灰活性,指粉煤灰能够与石灰生成具有胶凝性能的水化物。粉煤灰本身没有或略有水硬胶凝性能,但存在水分,特别是在水热处理(蒸压养护)条件下,能与Ca(OH)2等碱性物质发生反应,生成水硬胶凝性能化合物。粉煤灰活性与粉煤灰化学成分、玻璃体含量、细度、燃烧条件、收集方式等因素有关。一般SiO2含水量高,燃烧温度高,玻璃体含量多,曲度大,含碳量低的粉煤灰活性高。

(2) 物理性能。粉煤灰物理性能包括密度、比重、曲度和比表面积等,这些性质对粉煤灰非常重要,是化学成分及矿物组成的宏观反映。

2 粉煤灰的综合利用

2.1 粉煤灰吸附剂在水处理行业中的应用

粉煤灰比表面积大、多孔，具有很好的吸附性和沉降作用，已经作为吸附剂广泛的应用于水处理行业当中。于衍真等人研究发现，经盐酸处理后的粉煤灰对造纸废水具有较好的处理效果，当粉煤灰的投加量在20g/L时，造纸废水的ss，总COD和色度的去除率分别可以达到92%，69.9%和98.5%。王湖坤等人利用粉煤灰和累托石合成的颗粒状吸附材料能够较好的去除冶金废水中的Cu2+，Pb2+，Zn2+，Cd2+，Ni2+。其去处率分别达到98.9%，97.5%，96.7%，90.2%，79.1%。当采用的聚二甲基二烯丙基氯化铵的浓度为40 g/L,反应温度为30℃,搅拌反应时间为1 h时，对色度的去除率能达到96%以上。杨景等人利用粉煤灰吸附去除富营养化水体中的磷，发现在水灰比为10：1,温度20℃，吸附时间为4小时，对磷的吸附去除率能达到76%以上。

2.2 粉煤灰合成沸石

沸石是应用很广泛的吸附剂和催化剂。以往合成沸石通常采用氢氧化铝等原料，成本既高，又不利于工业生产，而分粉煤灰的主要成分为SiO2和Al2O3为主，与沸石成分相似，人们研究发现利用粉煤灰合成的沸石同样具有较好的吸附和催化能力，因此利用粉煤灰合成沸石也是当前粉煤灰综合利用的热点之一。徐国想等人利用碱融法制备得到的粉煤灰沸石，对废水中的二价铜离子具有较好的吸附去除效果，在溶液pH值为7，接触时间为30min时，去除率大于98%。武艳丽等人利用氢氧化钠和粉煤灰制备NaA型沸石，在利用过量的氯化钠溶液对其进行改性，发现改性后的沸石对废水中的铅离子具有较好的吸附效果。随着研究的深入，利用粉煤灰合成沸石的方法也越来越多，合成的沸石性能也越来越好，已经能够基本达到低成本，高效率的工业化生产要求。

2.3 粉煤灰用作建筑材料

粉煤灰作为添加剂用于建筑材料中，能够明显的提高建筑材料的性能。在混凝土中添入粉煤灰，可以明显改善混凝土的性能，这是由粉煤灰的巨大的比表面积和球状微珠效应所致。粉煤灰主要成分是SiO2,是一种活性材料。其特性使得粉煤灰可以部分替代水泥作为混凝土的胶凝材料,且具有一定的减水作用,能够增加混凝土的后期强度。利用粉煤矿灰、高强度水泥为主要原料经化工原料合成的环保轻质墙体，与其他轻质墙板相比耐酸性，耐水性，抗震强度、抗裂缝等方面均有大幅度提高。任伯帜等人利用粉煤灰和城市污水处理过程中产生的活性污泥为原料，制得烧结砖，在性能上可达国家标准(GB5101-93)要求，能够用于工业生产的标准。

以粉煤灰、生石灰为主要原料，掺入适量石膏、颜料和集料，经坯料制备、压制成型，低压蒸汽(≤1.2 MPa)养护而制成的蒸压粉煤灰砖，具有强度高，耐久性好等优点，已经广泛的应用于建筑生产当中。而以低温合成粉煤灰水泥为基础,以掺加颜料而制成的彩色大掺量蒸压粉煤灰砖，铺设在公路路面上,替代传统的完全水泥混凝土路面及沥青表处路面,这不但是建筑现代化发展的需要,也是合理利用资源、减少环境污染、保持生态平衡的需要。

3 结语

随着环境保护的观念越来越被人们所重视，发展循环经济，实现固体废弃物的无害化处理和利用，显得尤为重要。随着人们对粉煤灰的性质和结构认识的加深，它的应用正从初级层次向较高层次发展，粉煤灰将不再是作为一种固体废弃物而是作为一种资源愈来愈受到世人的关注。粉煤灰的综合利用将有着广阔前景。在今后研究当中我们还要注意的一下几个方面的问题：

(1) 保证在粉煤灰的再次利用不会二次污染环境，特别是作为肥料改良土壤时，应保证粉煤灰内所含的重金属不会对土地造成污染，不会对人们的健康造成影响；

(2) 对粉煤灰进行再次利用不光要保证有足够成熟的技术，更应当保证有合理的经济效益；

(3) 尽管我们能够对粉煤灰进行二次利用，但是仍应当致力与在源头进行控制，发展行之有效的技术来实现粉煤灰的减量化。

参考文献:

[1] 王福元,吴正严.粉煤灰利用手册[M],北京:中国电力出版社,1997.

[2] 陈鹏.粉煤灰的利用[J].辽宁工程技术大学学报,2002,21(4):517-519

[3] 于衍真,尚书贤,伊爱焦.用粉煤灰处理造纸废水的研究[J].粉煤灰综合利用.2000,15(1)：25-26.