陳 均 李 思 陳新孝

（西京學(xué)院，陜西 西安710123）

近年來，隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境問題的日益突出，以生物質(zhì)燃燒發(fā)電和燃燒產(chǎn)熱的產(chǎn)業(yè)正在迅猛發(fā)展。國家能源局發(fā)布《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020 年）》，表明能源轉(zhuǎn)型是今后一段時(shí)期工作的重點(diǎn)。生物質(zhì)能作為一種清潔可再生能源，具有很好的開發(fā)利用潛力，也有較好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。生物質(zhì)經(jīng)過燃燒產(chǎn)生熱量或者經(jīng)過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)可獲得氣、液和固態(tài)的多種能源產(chǎn)物，其殘留物質(zhì)就是生物質(zhì)灰。每年在世界各國都會(huì)有大量的生物質(zhì)灰產(chǎn)生。目前對這些生物質(zhì)灰的處理方式主要是填埋，生物質(zhì)灰中含Cd、Pb、As、Hg 等有害元素，如若處理不當(dāng)將會(huì)污染環(huán)境、破環(huán)土壤、占用農(nóng)田，破環(huán)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。據(jù)研究表明，生物質(zhì)灰可用于建筑材料的生產(chǎn)，尤其是用于水泥和混凝土的生產(chǎn)，這為生物質(zhì)灰的工程應(yīng)用提供了巨大的潛能。生物質(zhì)灰在其他方面的應(yīng)用也很多。對生物質(zhì)灰的特性及應(yīng)用狀況進(jìn)行分析總結(jié)，希望為生物質(zhì)灰大規(guī)模綜合利用提供參考。

1 生物質(zhì)灰的特性

1.1 生物質(zhì)的來源及其灰分分析

生物質(zhì)按來源可分為四類：①農(nóng)業(yè)生物質(zhì)，如稻草、稻殼及各類秸稈等；②森林生物質(zhì)，如快生林、樹枝及針葉等；③牧業(yè)生物質(zhì)，如牛糞、羊糞及其它畜糞等；④生活垃圾，如餐廚、生活及衛(wèi)生垃圾等。不同種類的生物質(zhì)由于組分不同，其燃燒所得的生物質(zhì)灰成分有較大差別。對于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)和森林生物質(zhì)而言，在不同的生長環(huán)境，其燃燒所得生物質(zhì)灰的成分和含量也有一定區(qū)別。不同的生物質(zhì)灰成分分析如表1 所示，由表1 可知農(nóng)業(yè)生物質(zhì)灰和森林生物質(zhì)灰主要由SiO2、CaO、K2O、P2O5、MgO 等氧化物組成，不同生物質(zhì)灰成分的含量也有較（轉(zhuǎn)下頁）大差別。谷殼中SiO2的含量比白楊木中SiO2的含量高出許多，而白楊木中CaO 的含量又比甘蔗渣中的高；麥稈中K2O 的含量相比其他來說最高；甘蔗渣中Al2O3和Fe2O3的含量相比其他而言最高。研究表明，生物質(zhì)灰中除含有Si、Ca、Na、K、Mg、P 等無機(jī)礦物質(zhì)元素外，同時(shí)也含有多種微量元素Cu、Fe、Zn、Mn、Ni、Cr、Al、Ti 和一定量的有害元素Cd、Pb、As、Hg 等。將生物質(zhì)灰進(jìn)行成分分析后再利用，減少生物質(zhì)灰中有害元素的含量，對生物質(zhì)灰大規(guī)模綜合利用及環(huán)境保護(hù)有重要的意義。

1.2 生物質(zhì)灰的特點(diǎn)

生物質(zhì)灰成分分析（%）Component analysis of biomass ash（%）

不同的生物質(zhì)燃燒所得的生物質(zhì)灰的形態(tài)不同，表面具有形狀各異的不規(guī)則粒子，顆粒大小相差較大。例如油菜秸稈灰表面存在的不規(guī)則粒子，具體表現(xiàn)為團(tuán)狀、片狀和塊狀。玉米秸稈灰粒近似球狀，分散性好，棉花桿灰為圓形塊狀。通過對小麥秸稈灰微觀分析發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈灰顆粒從形態(tài)上呈現(xiàn)為絮狀、鏈狀，明顯不同于來自于火電廠粉煤灰的顆粒狀形態(tài)，這種形態(tài)更利于保溫隔熱。不同的灰化溫度對生物質(zhì)灰顆粒的形態(tài)有重要影響，灰化溫度升高，粒徑減小，其較大程度影響了生物質(zhì)灰的特性。500℃的油菜秸稈灰顆粒大小均勻而600℃其表現(xiàn)為結(jié)渣，含有團(tuán)聚體。600℃玉米秸稈灰發(fā)生熔融而815℃玉米秸稈灰發(fā)生結(jié)渣。不同的生物質(zhì)灰除了顆粒形狀、粒徑大小不同之外，在顏色方面也具有差別，但主要以灰色、褐色、黃色為主。因生物質(zhì)灰中含有重金屬元素，其呈現(xiàn)出堿性，加上其不同的組成，熔點(diǎn)也有較大的不同，堿性氧化物的熔點(diǎn)較低導(dǎo)致了灰化溫度越高生物質(zhì)灰的熔點(diǎn)越高。

2 生物質(zhì)灰的綜合利用

張強(qiáng)[1]發(fā)現(xiàn)了秸稈灰中富有的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等可以有效的約束混凝土的裂縫擴(kuò)張和增強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度。研究表明[2]，稻殼灰較低的導(dǎo)熱系數(shù)，使其具有較好的保溫性能提高了混凝土的抗凍性能。稻殼灰混凝土因稻殼纖維良好的吸水特性，能有效的提高自身的抗?jié)B特性。稻殼灰還能提高混凝土中的抗氯離子滲透擴(kuò)散能力，預(yù)防鋼筋銹蝕。因稻殼灰中含有大量的SiO2，具有火山灰的活性以及凝硬性，可以有效的提高混凝土的抗壓性能、抗碳化能力和更好的體積穩(wěn)定性。陳瑞麟[3]利用廢棄竹絲纖維作為骨料，發(fā)現(xiàn)竹絲纖維能有效提高混凝土的塑性變形，增強(qiáng)其延性以及抗彎性能。陳超[4]將小麥秸稈灰加入到混凝土中，發(fā)現(xiàn)在初期對混凝土的強(qiáng)度起到了提高，但在后期強(qiáng)度并未起到較大影響，小麥秸稈灰混凝土的最佳摻量宜為5%且不宜超過10%。劉巧玲[5]發(fā)現(xiàn)隨著油菜秸稈灰摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度降低。

目前需要重點(diǎn)研究性能與常用材料相似的再生材料在混凝土中的應(yīng)用。將生物質(zhì)灰進(jìn)行系統(tǒng)分類及對其加入混凝土后的力學(xué)性能、反應(yīng)機(jī)理、微觀構(gòu)造等進(jìn)行研究，對綠色混凝土的大規(guī)模應(yīng)用有重要指導(dǎo)意義。針對不同的生物質(zhì)灰測定其自身的微觀結(jié)構(gòu)、適用情況、化學(xué)性能等，使其在混凝土中有效發(fā)揮其功效。為進(jìn)一步優(yōu)化生物質(zhì)灰混凝土的制作過程，需要相關(guān)的外加劑使其與生物質(zhì)灰中的有害成分相反應(yīng)，降低在混凝土中產(chǎn)生的“鹽析”現(xiàn)象以及對鋼筋的侵蝕。

3 小結(jié)及展望

利用秸稈灰作為摻入料制作的生物質(zhì)灰混凝土具有突出的材料性能、節(jié)能環(huán)保、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。生物質(zhì)灰是農(nóng)作物莖葉燃燒之后的產(chǎn)物，其中含有大量的礦物質(zhì)元素以及一定量的有害元素，它們一定程度上影響了生物質(zhì)灰與水泥的相容性，也不利于混凝土在后期的強(qiáng)度甚至?xí)炷恋哪途眯栽斐奢^大危害。

生物質(zhì)能如今已越來越受到重視，其在今后必將成為能源發(fā)展的趨勢。因大多數(shù)的生物質(zhì)灰導(dǎo)熱系數(shù)低，并且含有少量的有益礦物質(zhì)元素，利用它們生產(chǎn)出來的混凝土等建筑材料性能良好，今后也必將生產(chǎn)出更多的綠色環(huán)保的保溫材料。生物質(zhì)灰不僅在建筑材料方面有突出的功效，其還能應(yīng)用于農(nóng)林作物、催化劑等其他領(lǐng)域。大力推廣開發(fā)生物質(zhì)灰這一應(yīng)用，既可以降低它對環(huán)境的污染，又能減少對資源的浪費(fèi)。這一發(fā)展領(lǐng)域滿足了生態(tài)可持續(xù)的要求，具有里程碑的意義。