山西普麗環(huán)境工程股份有限公司 楊玉環(huán)

粉煤灰是從電廠燃煤煙氣中捕集的細灰，化學成分主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和殘?zhí)?，具多孔結構和火山灰活性。目前，燃煤發(fā)電仍是我國最主要的發(fā)電方式，我國粉煤灰排放量較大，年均在4億t以上。

根據(jù)中國生態(tài)環(huán)境部2018年12月發(fā)布的《2018年全國大、中城市固體廢物污染環(huán)境防治年報》，2017年我國粉煤灰年產量約為4.9億t[1]。相關統(tǒng)計顯示，當前我國粉煤灰總堆積量達30億t以上。粉煤灰的堆積會污染周圍環(huán)境，占用大量土地資源，若對其提質和綜合利用，可將粉煤灰固體廢棄物作為一種二次資源，提高其經濟價值，減少環(huán)境污染，促進其可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。

一、粉煤灰的主要特性

粉煤灰特性主要是其顆粒大小、物理性質、化學性質及形態(tài)和結構的整體性。主要特性除了化學成分和礦物及顆粒組分外，主要包括表觀色澤方面、粒徑細度方面、級配方面、比表面方面、密度方面、含水率方面、燒失方面、需水量方面、火山灰活性方面和其他各種理化性質方面的特性。

（一）煤粉爐粉煤灰的主要特性

煤粉爐的粉煤灰OF灰，主要是煤粉燃燒產生的，產生過程中爐溫較高，達1400℃，煤粉粒徑較小，低于100μm，對煤粉的熱值要求較高。該條件下產生的粉煤灰較細，主要組成是玻璃微珠，形狀為球狀，表面較光滑，結構較致密，無不規(guī)則形態(tài)存在。OF灰主要含有石英、莫來石和赤鐵礦。

（二）CFB鍋爐粉煤灰的主要特性

CFB的粉煤灰是CFB鍋爐低溫燃燒產生的，生成過程溫度較低，一般在750-1000℃。CFB燃燒技術主要作為清潔燃燒技術，具有分級分段燃燒特性，產生污染物少，粉煤灰特性較佳，可燃燒劣質低熱值燃料。因受燃燼時間影響，該鍋爐燃燼時間短，粉煤灰中碳未燃盡量較大，呈現(xiàn)多孔性和疏松性，其孔腔吸水率較高，大多數(shù)為不規(guī)則形狀顆粒，球形顆粒很少，粒徑較大。CFB灰燃燒產生損失較大，因爐內脫硫加入了脫硫劑使其中CaO含量較高。CFB灰的標準稠度需水量遠超過OF灰的標準稠度需水量，CFB灰的燃燒損失高于OF灰的燃燒損失。

二、粉煤灰綜合利用途徑

（一）建材方面

粉煤灰在建材方面的利用情況主要考慮粉煤灰混凝土、粉煤灰用作水泥配料、粉煤灰磚、墻體材料、建筑回填筑路等幾方面的綜合利用，需要結合粉煤灰的特性，合理進行利用。

（二）農業(yè)方面

粉煤灰在農業(yè)方面的利用主要用作改良土壤和作為化肥添加劑來使用。

（三）環(huán)保方面

粉煤灰在環(huán)保方面的利用主要可以考慮對煙氣污染的處理和廢水凈化處理，針對不同粉煤灰的特性，可以作為煙氣污染物和廢水凈化的吸附劑等。

（四）精細化利用方面

粉煤灰在精細化利用方面主要考慮提取氧化鋁、制備微晶玻璃、合成沸石分子篩、回收稀有金屬、制備泡沫玻璃、合成地質聚合物、粉煤灰橡塑復合材料和陶粒等方面的利用。

三、高附加值利用技術研究

（一）光催化材料方面

在有堿性激發(fā)劑存在的前提下，利用粉煤灰制備半導體石墨烯粉煤灰基地質聚合物復合光催化材料，形成的材料結構密集性好、平均粒徑小。此過程中Co2+與一定量三氧化二鐵可給三氧化二鐵半導體能量，負載過程中使復合凝膠材料與染料分子間吸附力增加，同時可使分離光生電子空穴對的效率增大。

（二）造紙利用方面

該技術主要用到粉煤灰中的硅酸鈣，其粒徑大，對新型紙在松厚度和物理強度兩方面都強于傳統(tǒng)紙，同時紙張光散射、亮度、抗張指數(shù)都會增加。該技術不足是粉煤灰中未燃盡炭，鐵對紙張白度會產生影響，降低其白度。

（三）金屬鋁提煉方面

我國工業(yè)化程度和科技發(fā)展程度日提高，金屬鋁資源短缺成為了我國工業(yè)發(fā)展的主要限制因素。我國一些地區(qū)的粉煤灰中包含的氧化鋁大概有40%～50%，可達到我國中級鋁土礦標準，從高鋁粉煤灰中提取鋁資源，不僅提高了粉煤灰的高附加值利用率，而且可在很大程度上解決我國金屬鋁短缺的問題，資源利用的同時減少了對環(huán)境的污染。

粉煤灰中很重要的組成部分就是Al2O3，從粉煤灰中提煉Al2O3或鋁鹽非常重要，可采用的主要方法有堿法燒結和酸浸法兩種。

四、粉煤灰綜合利用難點

（一）利用途徑方面

銷售原灰作為我國現(xiàn)在粉煤灰的主要綜合利用途徑，存在很明顯的缺點，產品結構太過單調，深層次利用項目太少，產業(yè)鏈過于狹窄。當前，急需開發(fā)粉煤灰各方面利用的新途徑，延伸粉煤灰產業(yè)鏈，特別是要開發(fā)粉煤灰高附加值利用技術和大規(guī)模使用途徑，讓資源實現(xiàn)逐級使用，夠降低自然資源耗廢減少粉煤灰堆積占地造成的環(huán)境污染問題，達到可持續(xù)發(fā)展的目的。

我們應試圖打破粉煤灰利用的局限性，研究粉煤灰的實用技術，確保開發(fā)的技術較為成熟，具有一定可靠性，可為我們創(chuàng)造較大價值，能夠滿足市場對產品的需求及對環(huán)境的要求，重視粉煤灰回收利用技術開發(fā)[2-4]。

（二）時空分布方面

燃煤機組粉煤灰的綜合利用方面在空間上和時間上存在需求和供應兩方面的不平衡。當前并沒有穩(wěn)定的市場和長期固定的可靠性支柱產業(yè)，這就阻礙了燃煤機組等行業(yè)粉煤灰在綜合有效利用方面的發(fā)展和市場開拓。主要體現(xiàn)為粉煤灰綜合利用空間差異，粉煤灰綜合利用時間方面的影響和綜合利用發(fā)展缺乏統(tǒng)一的布置與調控。

（三）處置防護方面

儲灰場堆積的粉煤灰處置防護措施仍不完善，缺乏相應的無害化處理技術。粉煤灰堆積應該設置防護措施，同時提高粉煤灰無害化處理技術。

（四）標準規(guī)范化方面

在標準化方面，需進一步規(guī)范其在農業(yè)方面、造紙方面和環(huán)境保護方面的應用標準。同時，進一步收集儲存運輸標準需求、有價金屬提取標準需求和企業(yè)內部標準需求。

五、石灰石燒結法提取氧化鋁技術分析

（一）技術工藝流程

石灰石燒結法提取氧化鋁的生產工藝是粉煤灰與氧化鈣混合煅燒，Al2O3與氧化鈣在高溫條件下燒結成無機化合物鋁酸鈣，SiO2與石灰石在高于800℃時燒結化合成硅酸二鈣（2CaO·SiO2），鋁酸鈣與Na2CO3溶液反應生成鋁酸鈉溶液，熟料被分離出后，再制取氧化鋁[5]。

（二）主要技術特性

石灰石燒結法反應溫度為1300℃～1400℃，其中鋁元素轉化成可溶于碳酸鈉的鋁酸鈣（12CaO·7Al2O3），除掉不溶的含硅廢渣。

主要工藝優(yōu)點為生產技術工藝成熟，能提取80%的氧化鋁，外排泥中粉煤灰和石灰石含量較少，氧化鋁具有較高的純度，原料的成本價格低，熟料能夠實現(xiàn)自粉化，無需進行磨制，殘渣可被二次利用于水泥，工藝流程簡單，對裝置要求較低。

主要工藝弊端為石灰石等一次性資源消耗較多，提取氧化鋁后殘渣處理費用較高，在1300℃～1400℃高溫焙燒溫度下能耗很高，焙燒時溫度不好掌握，不能保證熟料質量穩(wěn)定。

（三）工藝組成

（1）原料包括粉煤灰、石灰石、無堿粉化熟料、濃氫氧化鈉溶液等。

（2）分離產物主要為赤泥和水泥熟料（主要成分是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，一般超過總量的95%，可用來生產水泥）、氧化鋁（用來生產鋁）等。

（3）主要設備有分離裝置、回轉窯煅燒裝置、蒸發(fā)裝置等。

六、結論

（1）粉煤灰在建材方面的利用可考慮粉煤灰混凝土、粉煤灰水泥配料、粉煤灰磚、墻體材料和建筑回填、筑路等方面；在農業(yè)方面，可利用其中微量元素改善土壤特性和作為化肥添加劑；在環(huán)境污染方面，利用其特性可用于煙氣污染處理和廢水凈化處理；精細化利用方面可用來提取氧化鋁、制備微晶玻璃、合成沸石分子篩、回收稀有金屬、制備泡沫玻璃、合成地質聚合物。

（2）典型粉煤灰高附加值利用技術主要有光催化材料方面、造紙方面、金屬鋁提煉方面的利用技術。光催化材料方面，利用粉煤灰制備半導體石墨烯粉煤灰基地質聚合物復合光催化材料；造紙利用方面，主要用粉煤灰中的硅酸鈣；金屬鋁提煉方面可采用堿法燒結、酸浸法。

（3）通過對粉煤灰綜合利用技術在利用途徑方面、時空分布方面、建材行業(yè)市場的影響、處置防護方面、標準規(guī)范化方面的難點進行分析，可得出主要問題是利用效率太低、利用面狹窄、經濟效益低、投資成本高等。

（4）石灰石燒結法可實現(xiàn)對粉煤灰中金屬鋁的提煉，實現(xiàn)粉煤灰的高附加值值利用。