一、前言
我国粉煤灰目前年排放量为10700万吨。随着新、扩建电厂不断增加，预计到2000年粉煤灰排放量将达到1.6亿吨，虽然“六五”和“七五”期间，粉煤灰的利用率由20%提高到30%，技术水平也在不断的提高，但目前我国粉煤灰利用技术及装备还比较落后，综合利用工作开展的也很不平衡，所以多年来未被利用的粉煤灰累计堆存量已达5亿多吨，占地20万亩，对生态环境造成了很大威胁。因此，开展粉煤灰综合利用，“化害为利，变废为宝”，保护环境就成为我国的一项长期技术经济政策。
二、粉煤灰的基本性质
（一）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1～50微米，根据颗粒形状可分为球形颗粒与不规则颗粒。球形颗粒又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，多孔碳粒以及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。
（二）粉煤灰的化学成份
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。因此粉煤灰化学成份以二氧化硅和三氧化二铝为主（氧化硅含量在48%左右，氧化铝含量在27%左右），其它成分为三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质（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。
表1 我国31个有代表性的火力发电厂粉煤灰的化学成分
|
成分 |
二氧化硅 |
三氧化二铝 |
三氧化二铁 |
氧化钙 |
氧化镁 |
氧化钾 |
氧化钠 |
三氧化硫 |
烧失量 |
|
变化范围 |
33.9～59.7 |
16.5～35.4 |
1.5～19.7 |
0.8～10.4 |
0.7～1.9 |
0.6～2.9 |
0.2～1.1 |
0～1.1 |
1.2～23.6 |
|
平均值 |
50.6 |
27.1 |
7.1 |
2.8 |
1.2 |
1.3 |
0.5 |
0.3 |
8.2 |
（三）粉煤灰的物相组成及其他性质
1、矿物组成
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二氧化硅和三氧化二铝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，其变化与煤粉中三氧化二铝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，常量棱角状，不规则粒，粒度20～150不等，含量不高。
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，但在水分存在，特别是在水热处理（蒸压养护）条件下，能与氢氧化钙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。一般二氧化硅含水量高，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容重、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，通常粉煤灰平均物理性质见表2。
表2 粉煤灰平均物理性质
|
比重 |
容重 （kg/m2） |
密度 |
4900孔筛余（%） |
2000孔筛余（%） |
透气法比表面积 （m2/g） |
|
1.81～2.47 |
0.48～1.26 |
0.24～0.51 |
0～65.0 |
微量～86.15 |
1000～7477 |
三、目前我国粉煤灰的主要应用途径及评价
目前我国粉煤灰的综合利用技术有近200项，其中得到实施应用的近70项，主要有以下几类：
（一）建材制品方面的应用
此类用灰量约占粉煤灰利用总量的35%左右，主要技术有：粉煤灰水泥（掺量30%以上），代粘土做水泥原料，普通水泥（掺量30%以下），硅酸盐承重砌块和小型空心砌块，加气混凝土砌块及板，烧结陶粒，烧结砖，蒸压砖，蒸养砖，高强度双免浸泡砖，双免砖，钙硅板等。
（二）建设工程方面
此项用灰量占利用总量的10%，主要技术有：粉煤灰用于大体积混凝士，泵送混凝土，高低标号混凝土，粉煤灰用于灌浆材料等。
（三）用于道路工程
这部分用灰量占利用总量的20%，主要技术有：粉煤灰、石灰石砂稳定路面基层，粉煤灰沥青混凝土，粉煤灰用于护坡、护提工程和刚粉煤灰修筑水库大坝等。
（四）农业应用
该部分用灰量占利用总量的15%，主要技术有：改良土壤，制作磁化肥，微生物复合肥，农药等。
（五）作为填筑材料
填筑用灰量占利用总量的15%，主要有：粉煤灰综合回填，矿井回填，小坝和码头等的填筑等。
（六）从粉煤灰中提取矿物和高值利用
这部分用灰量约占利用总量的5%，如：粉煤灰中提取微珠，碳，铁，铝，洗煤重介质，冶炼三元合金，高强轻质耐火砖和耐火泥浆，作为塑料，橡胶等的填充料，制作保温材料和涂料等。
其中国家政策要求的重点推广应用技术有：
1、粉煤灰粘土烧结砖
2、粉煤灰作筑路材料
3、粉煤灰在工程中应用
4、粉煤灰混凝土和砂浆材料
5、粉煤灰生产水泥
6、选取飘珠和飘珠制品
7、粉煤灰加气混凝土
8、粉煤灰改良土壤
9、纯灰植树
这些技术比较成熟，用灰量大，不仅便于推广使用，而且可以在近期内带来明显的经济效益和环境效益。
四、目前粉煤灰综合利用方面存在的问题
我国地域辽阔，各地煤质及电厂锅炉燃烧情况不尽相同，各地政府及群众的认识和重视程度也有差异。所以我国粉煤灰综合利用还存在一些问题，如：以煤为主的电力工业迅速发展和粉煤灰综合利用相对落后问题，供需双方利益分配及政策调控力度不够问题，技术研究开发力量较薄弱分散，宣传力度和群众认识程度不够等，其中在技术上需要进一步完善的有：
（一）粉煤灰空心烧结砖
（二）粉煤灰混凝土空心小砌块
（三）粉煤灰做特殊用途回填
（四）粉煤灰高强混凝土
五、今后的发展重点
（一）大用灰量项目的研究开发和推广
这可以迅速有效地解决粉煤灰所带来的环境问题，是目前减少粉煤灰污染占地的最有效途径。要进一步扩大粉煤灰在公路建设中的利用。继续完善粉煤灰建材制品如免烧砖的配比和工艺等。
（二）粉煤灰在混凝土中的优效应用技术
继续开展粉煤灰应用于混凝土工程的机理研究。引用国际上正在发展的“高标号水泥＋大产量粉煤灰+高效减水剂”的方法。同时，积极开展高钙粉煤灰中F－Cao的控制研究，发展高钙粉煤灰作为混凝土掺和料的应用技术。
（三）粉煤灰硅铝铁合金冶炼技术
这种方法是在高温下用碳将粉煤灰中的SO2，Al2O3，Fe2O3等氧化物的氧脱去，并除去杂质制成硅、铝、铁三元合金或硅、铝、铁、钡四元合金，作为热法炼镁的还原剂和炼钢的脱氧剂，这样粉煤灰利用率高，成本低，市场大，可显著提高金属镁的纯度和钢的质量。
（四）粉煤灰在塑料、橡胶等方面的应用
粉煤灰在此主要作为添加剂来使用，可以不断扩大粉煤灰的高值利用领域。
（五）粉煤灰高新技术的研究
如：粉煤灰复合高温陶瓷涂层技术，粉煤灰微珠复合材料，粉煤灰微珠细末分离技术等。
（六）粉煤灰利用专用设备的研究开发和粉煤灰利用管理体系研究
着重开展自动化程度高的粉煤灰利用专用设备，提高粉煤灰利用的技术装备水平。
开展粉煤灰综合利用工程技术经济性和系统性理论研究，制订合理的粉煤灰综合利用的产品标准，技术规程，质量管理体系和评价体系。
粉煤灰科学技术是一项综合性、边源性科学技术，其技术的可持续发展，依赖于其它学科的最新进展。若能合理利用，则既能够用来化解粉煤灰所带来的环境问题，又能够将其作为一个新兴的资源以发展多种实用性产品，其前景是非常美好的。
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