粉煤灰的环境污染与综合利用

一、粉煤灰的环境污染

由于我国燃烧用煤含灰分较高，所以排出的粉煤灰量很大，粉煤灰的产生主要集中在火电厂和大型工矿企业的动力锅炉上。按全国平均计，每增加10MW装机容量，每年将增加近万吨粉煤灰的排放量。

大量的粉煤灰如不加以处理，会产生扬尘，污染大气，对人体健康危害很大；排入河道水系会造成河流淤塞，污染水质。当前，对粉煤灰的处置方法主要有2种：土地填埋、贮灰池存储。国内外对其环境效应的研究表明，灰中潜在毒性物质会对土壤、地下水造成污染。在改土方面，也具有潜在不利效应：可溶盐、硼及其它潜在毒性元素含量过高，可导致元素不均衡以及土壤的板结和硬化。因此粉煤灰的处理和利用问题引起人们的普遍重视，也成为我国环境保护与再生资源开发领域的一个重要课题。

二、粉煤灰的物理化学特性

粉煤灰是从发电厂等煤燃烧的烟气中收集下来的细灰，是一种大小不等，形状不规则的粒状体，一般为银灰色和灰色，颜色较黑的粉煤灰含碳量较高，粗颗粒所占的比例较大。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5～300μm。粉煤灰的物理性质见表1。

表1  粉煤灰的物理性质

粉煤灰中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃  3种成分占70%以上，CaO和MgO量较小，CaO和MgO的含量随原煤的组成和产出时代不同而变化，一般在0.2%～10%之间变动。粉煤灰主要由非晶态玻璃相构成，其中石英为主要结晶相。粉煤灰中矿物状态的构成比率受炭质和燃烧冷却条件控制，其pH值可从弱碱性向强碱性过渡。

三、粉煤灰的综合利用

目前，粉煤灰综合利用的渠道主要集中在建筑工程、道路工程及农业用灰等方面，“八五”期间的统计分析见表2。

表2  “八五”期间粉煤灰利用情况统计

建筑工程方面，可利用粉煤灰作为道路和土建的回填物料，利用固土技术，在粉煤灰中加入固土剂成型养护后有一定的强度，其承载力、变形等都比较好。在水泥行业，粉煤灰主要作为水泥原料以及混合料使用，利用粉煤灰中的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃，以粉煤灰代替粘土。替代率受粉煤灰中SiO₂/Al₂O₃以及Al₂O₃的比例控制，比值越大，粉煤灰作为水泥原料的使用量就越大．在铝酸钙含量较多的特殊水泥中，粉煤灰的使用量可成倍地增加。粉煤灰的掺加降低了水泥浆体中CH结晶指数，对混凝土的界面结构有改善作用，这是混凝土性能提高的主要原因。普通混凝土中掺用粉煤灰量一般为水泥重量的15%～20%，可节约10%～15%的水泥、30%的黄砂。其常用施工配比见表3。

表3  粉煤灰混凝土配比

用于建筑工程中的粉煤灰制品也较多，如加气硅酸盐制品，容重较轻（r＝500～800kg/m³），代替粘土砖作墙体材料，可以减轻建筑物自重，有利于隔热保温，增强理化性能，已被确认为新型轻质建材，广泛用作框架结构的填充墙。另外常用制品还有粉煤灰硅酸盐砌块和大板、粉煤灰加气混凝土等，都具有用灰量大、能耗低等特点。

在道路工程方面，粉煤灰可作为主要材料或辅助材料，作造路基层和底基层，路堤、路面修复及回填料、灌浆料等。目前，国内外公认只有优质粉煤灰才可直接作为路面材料。但由于粉煤灰含碳量高，粗颗粒组分过多等，造成混凝土含气量高，从而降低了混凝土的耐久性和耐磨性。张全国等提出了用脱碳粉煤灰混凝土修复路面的应用技术，并进行了路面的铺筑试验研究，结果表明，掺粉煤灰的路面强度与不掺粉煤灰的路面强度比较接近，相关性较好，符合国家路面工程标准要求。

农业用粉煤灰以改良粘性土、酸性土和盐化潮土，效果明显。如可以降低粘土中粘粒含量，增加土壤孔隙率，提高土壤含水量和田间持水量，提高土壤温度和土壤肥力等,可改善土壤性质。实践证明，使用适量的粉煤灰对小麦、玉米、水稻和大豆等均有12%～20%的增产效果。施粉煤灰0.15t/m²以下时，不会对土壤造成污染。

四、粉煤灰在环境保护中的应用

粉煤灰具有较大的比表面积，具有固体吸附剂性能，因此，可以利用粉煤灰的吸附性能，处理一些含有害物质的废弃物。

应用粉煤灰的吸附性能净化废水，对COD、BOD5、色度等都有较好的去除作用。用它处理电镀废水，对Cr^3＋、Zn^2＋、Cu^2＋的去除率可分别达到98.8%、98.3%、90%。处理印染废水时，COD去除率为75%，BOD5的去除率为76%，色度的去除率为50%。处理低浓度含油废水，其出水水质可达标排放。此外粉煤灰对废水中的Pb^2＋、Hg^2＋、F^－和酚类都有良好的去除作用。粉煤灰吸附水中磷时受pH的影响较大，在中性条件下，磷的去除率最高。粉煤灰适合低浓度的含磷污水，当磷浓度为5mg/L时，磷的去除率达64%。另外粉煤灰经处理后可用作废水处理混凝剂。梁天民等在粉煤灰中加入硫铁矿烧渣和适量氯化钠，在一定温度下用盐酸浸提制取混凝剂，其效果与其它混凝剂处理废水的比较见表4。

表4

用粉煤灰作脱硫剂（主要利用粉煤灰中的CaO等碱性物质）来脱除燃煤烟气中的二氧化硫，从而生成无害的硫酸盐类产物。在小型锅炉烟气脱硫中，有的是把飞灰清水打入除尘装置中进行脱硫，又叫飞灰脱硫；在中小型燃煤烟气的脱硫中，一般是利用飞灰和炉渣水脱硫，当燃煤中的钙硫比较小时，需另加石灰等碱性物质。

五、粉煤灰的综合利用效益和前景分析

综合利用粉煤灰可减少堆灰场占地，防止对水体、大气环境造成污染，又可作为一项原料来利用，创造明显的经济效益。据初步估算，每利用1万t粉煤灰，可为火力发电厂节约征地200m²，减少灰场投资运行费2～8万元，节约运灰费2～5万元。经加工处理后的分选灰或磨细灰可作为商品出售，可得赢利。利用粉煤灰还可降低用灰单位的生产成本，增加利润。

目前粉煤灰的应用研究越来越多，随着环境保护和可持续发展观念的深入人心，对于包括粉煤灰在内的工业废料的综合利用与资源化已成为各国制定可持续发展战略的重要组成部分。但也存在一些问题，如以煤为主的电力工业的迅速发展和粉煤灰综合利用技术相对落后问题，技术研究开发力量较薄弱分散等问题。在技术上需进一步完善的有：粉煤灰空心烧结砖，粉煤灰作特殊用途回填，粉煤灰高强混凝土等。

因此今后的发展重点，一是研究和开发大用灰量项目，继续研究粉煤灰在混凝土中的优效应用技术以及在塑料、橡胶中作填充料等应用；二是粉煤灰高新技术的研究以及粉煤灰利用专用设备的研究开发，加强高等院校、科研机构与企业的合作，扩展粉煤灰有效利用途径，提高粉煤灰的利用价值。粉煤灰综合利用技术是一项综合性、边缘性科学技术，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，则既能解决粉煤灰的环境污染问题，又能作为资源，开发多种实用性产品，其前景是非常美好的。

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