高雅杰
西乌珠穆沁旗环境监测站 内蒙古自治区 026200
1 绪论
1.1 研究背景
目前，西乌旗已投产的有白音华大金山（2台60MW燃煤发电机组）、西乌旗小金山（2台15MW燃煤发电机组）、五间房华润（2台66MW燃煤发电机组）、五间房京能（2台66MW燃煤发电机组）和内蒙古兴安铜锌冶炼有限公司自备电厂（2台15MW燃煤发电机组）等5个燃煤电厂，正在建设的还有国电投坑口电厂（2台66MW燃煤发电机组）和国电投高精铝板带自备电厂2个燃煤电厂（2台35MW燃煤发电机组）。经估算，全部投产后西乌旗年产粉煤灰将达到550万吨之多，这些粉煤灰如果不及时处理或者处理不当，将会对环境造成一定的危害。
1.2 研究意义
目前，国内外的氧化铝生产几乎全部来源于铝土矿的冶炼。在我国，氧化铝的大量生产导致优质铝土矿急剧减少。尽管国内的铝土矿资源丰富，但Al/Si大于10的优质铝土矿很少，95%的铝土矿品位低、Al/Si低、溶出性差，决定了我国氧化铝生产工艺流程长、能耗高、成本高。加之我国的铝土矿分布极不平衡（我国的铝土矿主要分布于山西、河南、贵州、山东和广西五省，其它地区分布很少），且铝土矿开采技术落后，开采效率低下，这进一步加速了我国优质铝土矿的枯竭。2006年，中铝公司甚至就斥资22亿美元在澳大利亚购买铝土矿的可行性进行研究。在上述背景之下，探索氧化铝新的来源渠道就变得很有意义。主要有以下几方面的意义：
1、探索氧化铝生产的新途经。用合理的方法从粉煤灰中提取氧化铝，既能拓宽氧化铝的来源渠道，从一定程度上缓解我国氧化铝的供求矛盾，又能节约铝资源，遏制我国铝土矿资源加速枯竭的趋势；
3、保护环境，变废为宝，并降低电厂处理粉煤灰的各项耗费。粉煤灰的处理及综合利用问题是近些年来一直困扰国内外的焦点问题，我国的问题尤为严重。大量囤积的粉煤灰不但严重危污染环境，危害人类的健康，而且消耗了电厂的大量资金，占用了大面积的场地。中西部地区是我国重要的煤炭基地，也是热电厂分布最多、粉煤灰尤其是高铝粉煤灰排放量最大的区域，因此高铝粉煤灰的有效利用可以从根本上解决这些电厂的粉煤灰囤积和污染问题。
1.3 自然条件
西乌旗位于锡林郭勒盟东部，北邻东乌珠穆沁旗，东接扎鲁特旗、阿鲁科尔沁旗、巴林左旗南部与巴林右旗、林西县、克什克腾旗接壤，西部与锡林浩特市相连。全境地跨东经116°21′～119°31′，北纬43°57′～45°23′，南北宽约 145 km，东西长约250 km，总土地面积2296000 hm2。
2 粉煤灰产生现状及治理措施
2.1 粉煤灰产生现状
西乌旗煤矿煤炭资源丰富、分布范围广，成煤盆地分布范围大，全境分布着白音华、吉林高勒、巴彦呼硕、高力罕、宝日胡硕等一批整装煤田及需进一步勘查储量的宝音图敖包、巴彦高勒、杰仁、雅日嘎图、巴拉格尔等含煤盆地，资源储量大于100亿吨的煤田发现3处，即白音华煤田、五间房煤田、巴彦呼硕煤田，煤炭资源埋藏浅，煤层厚，赋存稳定，地质结构简单，开采条件好。煤炭资源大部分是中灰、低硫、低磷褐煤，收到基低位发热量为3000~3500 kcal/kg左右，可作为良好的化工和动力用煤。
2.2 粉煤灰治理措施
目前，国内外粉煤灰综合利用途径归纳起来主要有以下9种：
1、粉煤灰加气混凝土。粉煤灰加气混凝土是新型、轻质保温节能的墙体材料。主要原料为粉煤灰，占70%左右，其他为石灰、水泥、石膏、发气剂等。将这些原料经过加工配料、搅拌、浇注、发气稠化、切割、蒸压养护等工序制成，可用作屋面保温、围护墙、隔断墙，也可做高楼为五层的承重墙，特别适用于高层建筑填充墙、寒冷地区的外墙和地震区使用，可减轻墙重，增加使用面积。
2、粉煤灰混凝土空心砌块。近年来，粉煤灰混凝土空心砌块发展较快，其主要原料为粉煤灰、集料、水泥等，原料经计量配料、搅拌、成型、养护等工序制成。在普通混凝土砌块和轻集料混凝土砌块中，也可掺入粉煤灰，作为掺和料加入，而在粉煤灰混凝土砌块中，粉煤灰既是掺和料又是细集料，掺量高。
3、粉煤灰混凝土路面砖。粉煤灰混凝土路面砖以水泥和粉煤灰为混合胶结料再配以粗骨料等，原料经计量搅拌、成型、养护制成、变更成型的模具可制成方砖，连锁路面砖、仿古砖、绿化种草砖、路沿砖及其他形状的路面砖等。成型采用分层面料，即粉煤灰混凝土和彩色料，还可以制成各种彩色的路面砖，粉煤灰混凝土路面砖不但具有普通混凝土路面砖的优点和用途，而且重量轻、导热系数小、长期性能更好，用于车行道、人行道、园林道路、广场、庭院、仿古建筑道路、停车场、护坡和绿化等。
3. 粉煤灰的危害
粉煤灰作为一种工业固体废弃物，如果不及时处理或者处理不当，就会对环境甚至人类的生存造成严重的危害。
大量堆积的粉煤灰会对环境造成以下几个方面的危害和影响：
1、占用土地，浪费资源。储存或者堆放粉煤灰需要占据大量的土地或农田，并浪费大量的人力、物力、财力。据统计，每掩埋或者储存1吨粉煤灰，处理费用约为15~20元；
2、污染空气。储存于灰场的干燥粉煤灰，只要有四级以上的风力，即可将表层灰粒剥离扬起，扬灰高度可达20～50m，悬浮于大气中的粉煤灰不仅影响能见度，而且会造成空气质量严重恶化，在潮湿环境中还会对建筑物、工程设施等表面造成腐蚀；
4 高铝粉煤灰提取技术
4.1 粉煤灰提取铝可行性
高铝粉煤灰是近些年来随着我国西部煤炭资源的开发以及大型火力发电厂的建设，出现在内蒙中西部地区的一种新的粉煤灰类型，其Al2O3含量通常可达50%左右，相当于我国中低品位铝土矿中Al2O3的含量。初步统计，2006年，该地区高铝粉煤灰排放量在1000万吨以上。
高铝粉煤灰的Al/Si虽然低于碱石灰烧结法所采用的中低品位铝土矿，但经过预先脱硅处理之后，Al/Si会明显提高并与铝土矿接近。而且与铝土矿相比，粉煤灰颗粒细，硬度低，这样就能免去繁杂的选矿和破碎工序，这也是粉煤灰提取氧化铝的优势之一。严密地研究论证表明，采用适当的技术方案从这类高铝粉煤灰中提取Al2O3，在技术上、环保上、经济效益和社会效益上都是可行的。
4.2 高铝粉煤灰提取原理
和普通粉煤灰一样，高铝粉煤灰中既含有Al、Si、Ga等有用元素，也含有大量不利于人或环境的有毒有害元素。如果掌握高铝粉煤灰中主微量元素在不同物相或物相组合中的分布规律将会对粉煤灰的综合利用有非常重要的指导意义。根据高铝粉煤灰的化学、物相组成特点以及Al、Si、Ga等待提取元素在其中的分布规律，选择了一条从高铝粉煤灰中逐级提取有用资源的技术路线。主要分为三部分：1、从高铝粉煤灰中提取非晶态SiO2（预脱硅）；2、从脱硅高铝粉煤灰中制备铝酸钠溶液；3、由铝酸钠溶液制备氧化铝。
4.3 粉煤灰资源化利用作用
粉煤灰可依据化学组分CaO含量划分为F类与C类，低钙粉煤灰主要由无烟煤收集粉煤灰，高钙粉煤灰主要由褐煤搜集粉煤灰。我国社会经济发展取得举世瞩目的成就，但随着我国经济飞速发展，能源环境矛盾日益突出，寻找经济社会协调发展的路径成为社会面临的重大课题。粉煤灰长期被视为固体废弃物，浪费污染现象严重。随着社会的发展，粉煤灰被证实为宝贵的资源，对粉煤灰资源化利用，成为当今研究热点。粉煤灰资源化利用涉及农业领域，环保领域、化工业领域等。
粉煤灰中的硅酸盐矿物质具有多孔结构，将粉煤灰施入土壤，有利于增加孔隙，缩小土壤膨胀率，改善溶液在土壤中的扩散情况，有利于植物加速对营养物质吸收。随着粉煤灰用量增加，土壤孔隙度增大。研究表明，施用粉煤灰对10cm土层温度影响较大，提高温度0.5℃。施用粉煤灰22.5t/hm2土壤膨胀率下降到4.99%。水稻盆栽实验发现，75t/hm2粉煤灰可使粘土物理性粘粒含量下降到41.97%。粉煤灰可改善砂质土壤持水性。印度坎尔铺地区实验表明，施用粉煤灰可提高土壤抗旱能力。土壤稳定性指标增至14.08.研究利用电厂粉煤灰对重粘土地改良，施用粉煤灰比不施用小麦产量增加，施用量增加小麦产量提高。
5 结论
1、内蒙古中西部地区高铝粉煤灰富Al的根本原因是其燃煤来源—准格尔煤中富含高岭石和勃姆石等富Al矿物，这和准格尔及其附近煤田的地质成因有密切关系；
2、对高铝粉煤灰进行的物理化学性能研究表明，高铝粉煤灰中含有25%的玻璃相，其玻璃相中以非晶态SiO2为主。与普通粉煤灰相比，在化学成分方面，高铝粉煤灰富Al贫硅；在矿物成分方面，高铝粉煤灰明显富含莫来石，并含有一定量的刚玉，几乎不含石英；大部分微量元素倾向于在玻璃相中富集，在晶体矿物中贫化；高铝粉煤灰特有的物相组合与其燃煤中的矿物组成及煤的燃烧过程有关；
参 考 文 献
[1] 2007年煤炭行业投资策略：紧盯政策，渐进投资，煤炭网，2006 12 29.
[2] 西乌旗煤炭十三五规划
[3] R.H. Matjie ,J.R. Bunt,J.H.P. van Heerden. Extraction of alumina from coal fly ash generated from a selected low rank bituminous South African coal[J].Minerals Engineering, 2005,18(03): 299-310.