我國是個產(chǎn)煤大國，以煤炭為電力生產(chǎn)基本燃料。我國的能源工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，發(fā)電能力年增長率為7.3%，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，2000年粉煤灰排放量達(dá)1.5億噸，2010年約為3億噸，2017年將達(dá)到5~6億噸，給我國的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。
另一方面，我國又是一個人均占有資源儲量有限的國家，粉煤灰的綜合利用，變廢為寶、變害為利，已成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，是解決我國電力生產(chǎn)環(huán)境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手段，也是電力生產(chǎn)亟待解決的任務(wù)之一。實踐證明，經(jīng)過開發(fā)和綜合利用，粉煤灰可在建材、工業(yè)生產(chǎn)、水利等各行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。
粉煤灰的產(chǎn)生和特性
粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加，成為我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一。大量的粉煤灰不加處理，就會產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會對人體和生物造成危害。
粉煤灰外觀類似水泥，顏色在乳白色到灰黑色之間變化。粉煤灰的顏色是一項重要的質(zhì)量指標(biāo)，可以反映含碳量的多少和差異，在一定程度上也可以反映粉煤灰的細(xì)度。顏色越深粉煤灰粒度越細(xì)，含碳量越高。粉煤灰有高鈣粉煤灰和低鈣粉煤灰之分。一般情況下，高鈣粉煤灰的顏色偏黃，低鈣粉煤灰的顏色偏灰。粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比表面積較大，具有較高的吸附活性，顆粒的粒徑范圍為0.5～300μm，并且珠壁具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高達(dá)50%~80%，有很強(qiáng)的吸水性。
粉煤灰的物理性質(zhì)包括密度、堆積密度、細(xì)度、比表面積、需水量等，這些性質(zhì)是化學(xué)成分及礦物組成的宏觀反映。由于粉煤灰的組成波動范圍很大，這就決定了其物理性質(zhì)的差異也很大。粉煤灰的物理性質(zhì)中，細(xì)度和粒度是比較重要的項目。它直接影響著粉煤灰的其他性質(zhì)，粉煤灰越細(xì)，細(xì)粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的細(xì)度影響早期水化反應(yīng)，而化學(xué)成分影響后期的反應(yīng)。
粉煤灰從化學(xué)性質(zhì)來看是一種人工火山灰質(zhì)混合材料，它本身略有水硬膠凝性能，但當(dāng)以粉狀及水存在時，能在常溫，特別是在水熱處理（蒸汽養(yǎng)護(hù)）條件下，與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬膠凝性能的化合物，成為一種增加強(qiáng)度和耐久性的材料。
粉煤灰的加工和應(yīng)用
燃煤發(fā)電廠將煤磨成100μm以下的煤粉，用預(yù)熱空氣噴入爐膛成懸浮狀態(tài)燃燒，產(chǎn)生混雜有大量不燃物的高溫?zé)煔猓?jīng)集塵裝置捕集就得到了粉煤灰。粉煤灰的化學(xué)組成與粘土質(zhì)相似，主要用來生產(chǎn)粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰磚、粉煤灰硅酸鹽砌塊及其他建筑材料，還可用作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑，回收工業(yè)原料和做環(huán)保材料。
粉煤灰代替粘土原料生產(chǎn)水泥，水泥生產(chǎn)采用粉煤灰配料可利用其中的未燃盡炭，把粉煤灰作為水泥混合材生產(chǎn)低溫合成水泥。其生產(chǎn)原理是將配合料先蒸汽養(yǎng)護(hù)生成水化物，然后經(jīng)脫水和低溫固相反應(yīng)形成水泥礦物。
用粉煤灰制作無熟料水泥，包括石灰粉煤灰水泥和純粉煤灰水泥。還有石灰粉煤灰水泥是將干燥的粉煤灰摻入10%～30%的生石灰或消石灰和少量石膏混合粉磨，或分別磨細(xì)后再混合均勻制成的水硬性膠凝材料。
在混凝土中摻加粉煤灰代替部分水泥或細(xì)骨料，不僅能降低成本，而且能提高混凝土的和易性、提高不透水、氣性、抗硫酸鹽性能和耐化學(xué)侵蝕性能、降低水化熱、改善混凝土的耐高溫性能、減輕顆粒分離和析水現(xiàn)象、減少混凝土的收縮和開裂以及抑制雜散電流對混凝土中鋼筋的腐蝕。
粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性強(qiáng)、修飾性改善、抗沖擊能力提高、抗凍性增強(qiáng)等優(yōu)點。
在混凝土中摻加粉煤灰節(jié)約了大量的水泥和細(xì)骨料，還可減少了用水量，改善了混凝土拌和物的和易性，增強(qiáng)混凝土的可泵性；同時減少了混凝土的徐變，減少水化熱、熱能膨脹性，提高混凝土抗?jié)B能力，增加混凝土的修飾性。
現(xiàn)在，采用粉煤灰和減水劑復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)高標(biāo)號混凝土的國標(biāo)一級混凝土新技術(shù)正在全國迅速發(fā)展。同時，粉煤灰特別適用于配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B結(jié)構(gòu)混凝土、抗硫酸鹽混凝土和抗軟水侵蝕混凝土及地下、水下工程混凝土、壓漿混凝土和碾壓混凝土等國標(biāo)二級和三級混凝土。
粉煤灰還可用于建筑制品中。如蒸制粉煤灰磚，是以電廠粉煤灰和生石灰或其他堿性激發(fā)劑為主要原料，也可摻入適量的石膏，并加入一定量的煤渣或水淬礦渣等骨料，經(jīng)過加工、攪拌、消化、輪碾、壓制成型、常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)后而形成的一種墻體材料。
又如燒結(jié)粉煤灰磚，以粉煤灰、粘土及其他工業(yè)廢料為原料，經(jīng)原料加工、攪拌、成型、干燥、培燒制成磚。以及蒸壓生產(chǎn)泡沫粉煤灰保溫磚，以粉煤灰為主要原料，加入一定量的石灰和泡沫劑，經(jīng)過配料、攪拌、燒注成型和蒸壓而成的一種新型保溫磚。
粉煤灰輕質(zhì)耐熱保溫磚，是用粉煤灰、燒石、軟質(zhì)土及木屑進(jìn)行配料而成，具有保溫效率高，耐火度搞，熱導(dǎo)率小，能減輕爐墻厚度、縮短燒成時間、降低燃料消耗、提高熱效率、降低成本。
粉煤灰硅酸鹽砌塊，是以粉煤灰、石灰、石膏為膠凝材料，煤渣、高爐礦渣等為骨料，加水?dāng)嚢琛⒄駝映尚汀⒄羝B(yǎng)護(hù)而成的墻體材料。粉煤灰加氣混凝土，以粉煤灰為原料，適量加入生石灰、水泥、石膏及鋁粉，加水?dāng)嚢璩蕽{，注入模具蒸養(yǎng)而成的一種多孔輕質(zhì)建筑材料。
粉煤灰陶粒，是以粉煤灰為主要原料，摻入少量粘結(jié)劑和固體燃料，經(jīng)混合、成球、高溫培燒而制的一種人造輕質(zhì)骨料。
粉煤灰還能作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑。因粉煤灰具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)，能廣泛應(yīng)用于改造重粘土、生土、酸性土和鹽堿土，彌補(bǔ)其酸瘦板粘的缺陷，粉煤灰中含有大量水溶性硅鈣鎂磷等農(nóng)作物所必需的營養(yǎng)元素 ，故可作農(nóng)業(yè)肥料用。
回收煤炭資源，利用浮選法在含煤炭粉煤灰的灰漿水中加入浮選藥劑 ，然后采用氣浮技術(shù)，使煤粒粘附于氣泡上浮與灰渣分離，可以從粉煤灰中回收工業(yè)原料。
粉煤灰中含有Fe2O3、Al2O3、和大量稀有金屬，可從中回收金屬物質(zhì) ，也可分選空心微珠，空心微珠具有質(zhì)量小、高強(qiáng)度、耐高溫和絕緣性好，適用于輕質(zhì)耐火材料和保溫材料，特別是用于石油化學(xué)工業(yè)，在*領(lǐng)域，可用作坦克剎車構(gòu)件。
粉煤灰用于環(huán)境保護(hù)，可制造分子篩、絮凝劑和吸附材料等。同時，粉煤灰還可用于處理含氟廢水、電鍍廢水與含重金屬離子廢水和含油廢水，粉煤灰中含有的Al2O3、CaO等活性組分，能與氟生產(chǎn)配合物或生產(chǎn)對氟有絮凝作用的膠體離子，還含有沸石、莫來石、炭粒和硅膠等，具有無機(jī)離子交換特性和吸附脫色作用。
2017年10月24日，*節(jié)能與綜合利用司發(fā)布《*關(guān)于加快推進(jìn)環(huán)保裝備制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《意見》）。《意見》指出，要在重點領(lǐng)域加快推進(jìn)環(huán)保裝備制造業(yè)發(fā)展，其中，資源綜合利用裝備要重點研發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的智能型綜合利用技術(shù)裝備，研發(fā)推廣與污染物末端治理相融合的綜合利用裝備。在尾礦、赤泥、煤矸石、粉煤灰、工業(yè)副產(chǎn)石膏、冶煉渣等大宗工業(yè)固廢領(lǐng)域研發(fā)推廣高值化 、規(guī)模化、集約化利用技術(shù)裝備。
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