粉煤灰綜合利用研究進(jìn)展

　　粉煤灰是一種類似火山灰質(zhì)的混合材料，其成分與高嶺土相似，它是火力發(fā)電和城市集中供暖產(chǎn)生的固體廢棄物，目前，火力發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰將近４億ｔ，并且產(chǎn)量逐年遞增，目前已有近２０億ｔ的堆存量，這些粉煤灰的堆積不僅占用了大量的可耕種土地，而且還造成了環(huán)境的污染。粉煤灰中部分未發(fā)生均相凝結(jié)的尺寸在０．０２～０．２μｍ的顆粒可漂浮在空氣中，形成懸浮物，造成二次污染。研究表明，粉煤灰的大量堆積不僅會造成地下水ｐＨ值升高，而且粉煤灰中的重金屬離子還會對水體造成污染，長期飲用此地地表水會增加致癌機(jī)率。雖然政府鼓勵推進(jìn)粉煤灰的資源化利用，但實際利用率不足６０％。主要集中在建筑行業(yè)和路基等方面，產(chǎn)品附加值較低。

　　粉煤灰的利用

　　保溫材料

　　我國建筑單位面積采暖能耗是發(fā)達(dá)國家的４倍左右，提高能源利用率是我們首要的任務(wù)。目前我國利用再生ＥＰＳ（聚苯乙烯）顆粒、粉煤灰、增稠劑和普通硅酸鹽水泥等按一定比例制造粉煤灰復(fù)合材料，可提高水泥漿體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和勻稱性，使水泥保溫材料獲得較好的物理熱力性能。由于粉煤灰具有較大的表面積和密度小的特點，粉煤灰作為輔助性材料加入到水泥中，可使水泥基發(fā)泡材料生成的氣泡更加均勻，降低了導(dǎo)熱系數(shù)，從而使水泥具有良好的保溫功能。另一方面，粉煤灰因為粒子半徑小于水泥，摻入后起到填充空隙的作用，增加了體系密實度，減少了吸水率，也降低了導(dǎo)熱系數(shù)。但是水泥粉煤灰基發(fā)泡保溫材料在性能和應(yīng)用上仍有許多不足，比如：韌性差、吸水率高。

　　農(nóng)業(yè)

　　粉煤灰具有密度小（在２．１２ｇ／ｃｍ３左右，明顯低于土壤顆粒的密度），孔隙大，比表面積大（２０００～４０００ｃｍ２／ｇ）等特點。粉煤灰中含有Ｍｇ、Ｋ、Ｂ等多種植物所需營養(yǎng)成分，可以提高土壤的營養(yǎng)水平，促使植物的常量和微量營養(yǎng)平衡。實驗表明，呈堿性的粉煤灰（４００００ｋｇ以下對微堿性土壤的酸堿度并不影響）可以利用其強(qiáng)堿性和吸附性對病原菌和金屬離子起到殺死作用和吸附沉淀作用。粉煤灰相當(dāng)于砂質(zhì)土，顆粒比粘土大、比沙土小，因此將粉煤灰加入到土壤中，可以改良土壤結(jié)構(gòu)，使得土壤酸堿緩沖能力、導(dǎo)水率、孔隙度和容重明顯提高。粉煤灰最大吸濕量在４１５～８１２ｇ／ｋｇ間，最大吸水量在４１７～１０３８ｇ／ｋｇ間，加入到土壤中可以提高土壤含水量、增強(qiáng)土壤吸熱能力和減少地表徑流作用。將粉煤灰和污泥混合加入到土壤中，可以釋放出營養(yǎng)元素，增加土壤中物化、生化反應(yīng)活度，使得一些難以被植物吸收的營養(yǎng)成分得以釋放，從而被植物吸收。研究表明，粉煤灰的加入可顯著提高白漿土微生物的活性，可促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)在土壤中的降解速度，增強(qiáng)土壤的生物抗性使得有益微生物在土壤中占優(yōu)勢。粉煤灰的堿性還可以使污泥中的重金屬離子在土壤中累積，但是粉煤灰自身具有的毒性物質(zhì)也會導(dǎo)致土壤的化學(xué)性質(zhì)的改變，從而影響土壤中微生物的活性和土壤酶的活性。

　　水處理

　　由于粉煤灰具有很大的比表面積，可以用于化工廢水和生活污水的處理。粉煤灰在水處理中主要通過物理吸附和化學(xué)吸附而起作用，在一定條件下，粉煤灰也可以起到絮凝作用和過濾作用。粉煤灰的物理吸附，主要是憑借其具有比表面積大的特點，越大的比表面積，吸附水體中雜質(zhì)的性能就越好。化學(xué)吸附主要是由于粉煤灰表面存在大量的硅、鋁、鐵等活性質(zhì)點，能與吸附質(zhì)通過化學(xué)鍵發(fā)生結(jié)合。當(dāng)在酸性條件下，水中的陰離子可與粉煤灰中次生的正電硅酸鋁、硅酸鈣和硅酸鐵等化學(xué)物質(zhì)之間形成離子交換或者離子對吸附。粉煤灰與水相溶后，粉煤灰中所含的三氧化二鋁和三氧化二鐵會形成絡(luò)合物—Ａｌ（Ｈ２Ｏ）３＋和Ｆｅ（Ｈ２Ｏ）３＋，然后水解出Ａｌ３＋和Ｆｅ３＋，通過與水化膜中的水分子作用，增強(qiáng)了水中溶解和吸附雜質(zhì)的能力。粉煤灰在處理廢水時，其中的某些成分可以起到絮凝、吸附和沉淀作用，使廢水中的有毒害物質(zhì)絮凝沉淀，因此在水處理中有著重要的應(yīng)用價值，比如，粉煤灰在處理城市生活污水中，具有效率高，成本低的特點，可去除ＣＯＤ、ＢＯＤ５、色度、重金屬、有機(jī)磷和無機(jī)磷等。粉煤灰作為一種新型水處理劑，具有價格低、原料來源廣泛等特點，但是它也有著局限性。粉煤灰作水處理現(xiàn)階段僅限于實驗室階段，并沒有實現(xiàn)工業(yè)化。另一方面，作吸附劑處理后的粉煤灰如何處理，為了避免二次污染，怎么實現(xiàn)灰水分離，怎么對粉煤灰進(jìn)行改性處理，使得粉煤灰的吸附量大大增加。

　　建筑材料

　　粉煤灰中含有大量的二氧化硅和三氧化二鋁，具有較高的火山灰活性，從而對粉煤灰在建筑材料方面的廣泛應(yīng)用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。粉煤灰中含有的三氧化二鋁降低了粉煤灰的熔點，易形成玻璃微珠，而玻璃微珠顆粒具有較小的體積，可以填充混凝土的空隙，提高混凝土的密度。高鈣粉煤灰在粉煤高溫燃燒中，可以形成硅、鋁的鈣鹽，使其具有獨立膠凝性能，然后與氫氧化鈣反應(yīng)生成水泥質(zhì)水化膠凝物質(zhì)，這是一種性能優(yōu)良的水泥混凝土摻和劑。粉煤灰可作為原料開發(fā)出高活性粉煤灰材料（ＨＦＡ），其性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于礦渣，可提高水泥強(qiáng)度，不僅改善了水泥性能，還可大幅度提高水泥的產(chǎn)量。同時，粉煤灰用來制作混凝土也有著明顯的優(yōu)勢：改善新拌混凝土和易性；提高混凝土的后期強(qiáng)度；降低混凝土水化熱，抑制混凝土堿骨料反應(yīng)。有關(guān)學(xué)者采用高摻量粉煤灰和多功能防水劑制備出２８ｄ強(qiáng)度達(dá)５３．４ＭＰａ的高性能粉煤灰混凝土。高摻量粉煤灰混凝土不僅減少了環(huán)境污染，同時還可利用廢物。高摻量粉煤灰混凝土的后期強(qiáng)度高、和易性、水化熱、抗凍性等方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通混凝土。粉煤灰也可用于制作高摻量粉煤灰燒結(jié)磚、微晶玻璃、粉煤灰泡沫陶瓷和防水隔熱材料。

　　路基材料粉煤灰由于容重、可壓縮性較低，可以用作一般路基，還可以在高壓縮性沖積層和泥炭層上修筑路基。目前我國在粉煤灰筑路基方面的應(yīng)用僅為２８％～３０％，而國外利用率早已達(dá)到３５％。據(jù)不完全統(tǒng)計，一般地區(qū)普速列車地基處理費用超過地基投資的１０％，軟土地區(qū)超過５０％，因此我國應(yīng)對粉煤灰在路基方面利用加強(qiáng)研究，才能使廢物資源化，實現(xiàn)節(jié)能減排。

　　尹亞雄通過實驗表明，粉煤灰可用作鐵路路基填料，填筑的路基穩(wěn)定。實驗表明，粉煤灰改良失水后可作路基填料，但強(qiáng)度降低快，摻入水泥和石灰等，可制成板料，用作包坡材料，不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。粉煤灰主要成分是ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３和Ｆｅ２Ｏ３，由于粉煤灰中ＣａＯ含量較低所以自凝性較差。將粉煤灰和生石灰攪拌，形成較大的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使得雙灰混合物中的固體顆粒膠結(jié)在一起，得到的粉煤灰拌合物強(qiáng)度優(yōu)于純粉煤灰的強(qiáng)度。

　　抗菌載體

　　粉煤灰的內(nèi)壁處含有大量的海綿體結(jié)構(gòu)的沉珠，孔隙中也存在海綿玻璃體，若粉碎這兩種物質(zhì)，就會大幅度提高粉煤灰的比表面積，便可作為一種功能性填料應(yīng)用于橡膠合成、塑料樹脂制備等行業(yè)。通過浸泡處理、超聲波分散、恒溫攪拌、過濾和烘焙的粉煤灰可制備出超細(xì)粉煤灰載體復(fù)合材料，其含量能達(dá)到６％，滿足一般載體的要求，其抗菌效果明顯。