天津渤化永利化工股份有限公司 天津 300452
摘要：本文介绍了我厂粉煤灰的基本排放情况，结合粉煤灰的性质和化学组成，综述了粉煤灰在环保，农业，新型材料，制备白炭黑、沸石、氧化铝和稀有金属回收方面的高值应用的新途径和应用现状。提出大力开发粉煤灰的高附加值产品是今后粉煤灰资源化利用技术研究的主要方向，阐述了粉煤灰综合利用研究对经济和环保领域具有重要意义。
关键词：粉煤灰；高值应用；研究进展；研究方向
1.前言
粉煤灰是煤粉燃烧后排放的粉状灰粒，主要来源于火力发电厂、冶炼厂、化工厂等用煤企业。据统计：每燃烧1 t煤就能产生250～300 kg的粉煤灰和20～30 kg的炉渣。中国是以煤炭为主要能源的国家，电力的76%由煤炭产生，燃煤产生的粉煤灰总堆存量已超过10 亿t，而且还在以每年0.8 亿～ 1 亿t 的速度增加，成为世界上最大的排灰国[1]。我厂每年热电装置和煤气化装置耗煤250余万t，粉煤灰40余万t。大量的粉煤灰占地堆积，不仅造成了严重的环境污染，也对人类的健康造成严重危害。
本文综述了国内外探索粉煤灰资源化利用的新途径和开发高附加值的粉煤灰衍生品等方面的研究进展。
2.粉煤灰的物理和化学性质
粉煤灰是煤炭中的灰分经历了分解、烧结、熔融及冷却等过程后形成的固体颗粒，大部分呈球形，粒细质轻，多孔松散，具有孔隙率高、比表面积大、吸水性强等特点。粉煤灰的化学组成主要为SiO2和Al203，还有少量的Fe2O3，CaO，MgO，Na2O，K2O，TiO2等。SiO2和A1203主要以玻璃相存在，约占粉煤灰总量的50％，其他以结晶相存在，主要有石英、莫来石、云母、长石、磁铁矿、赤铁矿和少量方解石、钙长石等。不同来源的粉煤灰，其物理化学性质波动比较大，这是由煤炭类型、锅炉技术参数、粉煤灰排放方式、技术管理水平等因素造成的。
3.粉煤灰的高值应用
3.1粉煤灰在环境治理中的高值应用
利用粉煤灰制备无机高分子絮凝剂和滤料方面已取得很大进展，制备的絮凝剂有聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铝铁（PAFC）和聚硅氯化铝铁（PFACS），制备的滤料多以高强度和大比表面积为前提。粉煤灰絮凝剂在城市污水和工业废水处理中均有大量应用，由于其分子结构大，吸附能力强，活性高，沉降快，因此比其他无机絮凝剂净化能力可提高2～3倍，且受水体pH值和温度影响小；粉煤灰滤料用于生活污水处理方面，可利用该滤料的比表面积大和大量微孑L的吸附截留作用，以及滤料表面形成生物膜的生物降解作用来去除污染物。
粉煤灰经改性后用于烟气脱硫，主要工艺有：喷雾干燥法、管道喷射烟气脱硫工艺、固体床吸附再生法等[2]。研究表明：在碱液中加入经活化焙烧后的粉煤灰，再经水热处理、洗涤、烘干后即得到合成粉煤灰脱硫剂，对SO 的吸附容量为32 mg／g；还可用于处理垃圾焚烧烟气，以去除汞和二晤英等污染物。目前，国内外在研究粉煤灰净化环境方面进展较大，但大多处于实验室研究或中试阶段，许多问题有待进一步探索，如提高理论研究基础、减少粉煤灰的预加工费用、防止带来新的污染、提高处理效率、与新技术结合等。
3.2粉煤灰在农业上的应用
粉煤灰结构松散、空隙大，可以降低土壤容重、增加土壤空隙度、促进微生物活动以利于养分转化、调节土壤的温度和pH，从而达到改良土壤的目的。粉煤灰可直接用作肥料，也可以采用一定方法将其制成复合肥料。目前已经开发的粉煤灰化肥品种有粉煤灰硅钙肥、粉煤灰钙镁磷肥、粉煤灰磁化肥等。
3.3粉煤灰制新型建材
以粉煤灰为原料，加入添加剂和化学助剂，可以制成耐水、耐酸、耐碱、耐高低温、耐老化的粉状新型化学材料。这种材料可作为防水防渗材料广泛应用于楼房、地面、隧道工程、水库等工程建设中。粉煤灰还可用于生产拒水粉、防水粉、隔音材料等。在制防水、隔音材料方面，粉煤灰还有很大的发展空问，这也是粉煤灰高值化利用的重要部分。
以粉煤灰为原料的微晶玻璃已问世多年，是近年来微晶玻璃领域的研究热点之一。微晶玻璃是把加有晶核剂（或不加晶核剂）的特定组成的玻璃在有控条件下进行晶化热处理，使原有单一的玻璃相形成了由微晶相和玻璃相均匀分布的复合材料。粉煤灰泡沫玻璃也是一种性能优良的保温、防水、绝热、吸声材料，它具有强度高、密度小、化学稳定性好等特点。利用粉煤灰发展我国的玻璃工业，研制建材玻璃产品也将是今后粉煤灰利用的一个热点领域，特别是粉煤灰微晶玻璃和泡沫玻璃，具有广阔的应用前景。
3.4利用粉煤灰制备白炭黑
白炭黑又名水合二氧化硅（SiO：），因其结构上的羟基易与有机物键结合，所以广泛用于橡胶、塑料、造纸、油漆及日用化工等行业。还可用于铸造的脱模剂；加入树脂内，可提高树脂防潮和绝缘性能；填充在硅树脂中，可制成耐200℃ 以上的塑料；还可用作杀虫剂及农药的载体或分散剂、防结块剂以及液体吸附剂和润滑剂等。
3.5利用粉煤灰制备沸石
沸石是一类结晶的硅铝酸盐微孔结晶体，广泛应用于各化工行业，如作为填料、干燥剂、催化剂、洗涤剂等，还可应用于污水处理、土壤改良剂、饲料添加剂等方面。粉煤灰沸石在一些方面甚至优于天然沸石，如：Otala等研究发现粉煤灰沸石的离子吸附能力优于天然沸石；Chareonpanich等报道了粉煤灰沸石的催化能力优于标准沸石。
由于粉煤灰含有少量碳、晶体（石英、莫来石）和大量铝硅酸盐玻璃体，其组成以二氧化硅（SiO2）和氧化铝（A12O3）为主，这与天然沸石的前体很相似，因此以粉煤灰为原料合成沸石具有可行性。
3.6从粉煤灰中提取氧化铝
粉煤灰中A12O3的质量分数为16％-40％，平均为28％，是一个巨大的铝资源宝库。国外开发了碱熔和酸溶两种方法：碱熔法溶出率高，但能耗高、腐蚀性强、设备投资大；酸溶法能耗低且设备简单，但溶出率低。国内主要研究酸溶法提取粉煤灰中的铝，工艺简单，能耗低，铝的溶出率较高，可以适用于工业化生产。粉煤灰的酸溶出液经纯化处理，可制得试剂级的A12O3和FeC13等产品，也可制成聚合氯化铝净化剂。
粉煤灰提取氧化铝技术备受关注，有序推进高铝粉煤灰提取氧化铝及其配套项目建设是“十二五”粉煤灰综合利用的主要任务之一。
3.7从粉煤灰中提取贵金属
国内外已经开发了从粉煤灰中回收钼（Mo）、钛（Ti）、银（Ag）、镉（Cd）、钒（V）、铀（U）等稀有金属。对镓（Ga）、锗（Ge）提取也有一定的研究，
4 结论
由于粉煤灰的种类日趋复杂和多样化，其资源化利用也应向多元化方向发展。粉煤灰的高值应用方面越来越广泛，但有的技术还不够成熟，仍须继续深入研究。
通过对粉煤灰原料预处理提高其活化性能来提高制备白炭黑和沸石的纯度方面还应进一步探索；粉煤灰中稀有金属回收是一个巨大的资源库，具有可观的发展前景，但因各种稀有金属的百分含量低，应在提取成熟技术方面来促进各种稀有金属的大量回收；此外还应加大对粉煤灰用于农业、污水处理等技术的研发力度。
加强粉煤灰开发利用的研究力度，开拓粉煤灰综合利用的新途径、新方法，变废为宝、变害为利，不仅可以减少环境污染，加强节约型国家的建设，同时也能够为企业带来客观的经济效益和深远的社会效益。
参考文献：
[1] 郭新亮． 燃煤电厂粉煤灰综合利用技术研究［D］． 西安：长安大学，2009．
[2] 钱玲，侯浩波．简述粉煤灰在烟气脱硫方面的应用．粉煤灰综合利用，2005，（2）：46—48
[3] 李方文，魏先勋，李彩亭．粉煤灰在环境工程中的应用．污染防治技术，2002，15（3）：27～30