粉煤灰应用研究

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一、随着各行各业对粉煤灰的开发和利用，特别是近几年全国高速公路的迅猛发展，粉煤灰的利用率越来越高，使粉煤灰“变废为宝”。粉煤灰在各项工程中的利用，不但使工程造价大大降低，而且在节约土地、环境保护方面的意义将是非常深远的。但是，到目前为止我国粉煤灰形势依然严峻，每年的粉煤灰治理费耗资1.5亿元以上，缴纳粉煤灰排污费1000多万元。因此，需要分析研究粉煤灰的应用现状，找出目前存在的问题，促进粉煤灰的进一步开发应用。

二、粉煤灰综合利用现状

粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排除的一种工业废渣。早在1914年，美国Anon发表了《煤灰火山特性的研究》，首先发现粉煤灰中氧化物具有火山灰特性。国外对粉煤灰的研究，可追溯到1920年后的电厂大型锅炉改造，也就从此开始有人研究粉煤灰的综合利用[1]。而粉煤灰在混凝土中应用比较系统的研究工作是由美国伯克利加州理工学院的R.E.维斯在1933年后进行的，后来其应用不断扩展到各个利用领域[2]。但粉煤灰问题真正引起人们重视是在二战结束之后，尤其是冷战时期爆发的石油危机之后，许多国家发电厂的燃料结构都发生变化，都加快转向以煤炭为主要燃料的进程。随之而来的是大量灰渣的排放，这更一步促进人们重视粉煤灰资源的综合利用。于是在一些工业发达国家里，粉煤灰的综合利用逐渐形成了一个新兴产业。

目前，国内外粉煤灰综合利用途径归纳起来主要有以下7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，其它为石灰、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、维护墙、隔断墙，亦可做最高楼层为五层的承重墙，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[3-5]。

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，但作为掺合料加入。而在粉煤灰混凝土砌块中，粉煤灰既是掺合料又是细集料，掺量较高[6-7]。

3．水泥粉煤灰膨胀珍珠岩混凝土保温砌块。其工艺流程基本上与粉煤灰混凝土空心砌块相似。珍珠岩砌块具有重量轻、保温性能好，且有一定的强度等特点，影响密度与强度的因素有：珍珠岩的掺量，粉煤灰与水泥的比例以及工艺流程的控制。还可加入适量的外加剂，以提高砌块强度[8]。

4．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、路沿块及其它形状的路面砖等。成型采用分层面料，即粉煤灰混凝土料和彩色料，还可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、亭院、仿古建筑道路、停车场、护坡和绿化等[9-10]。

5．粉煤灰砖。以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和骨料，经坯料制备，压制成型，高压或常压蒸汽养护而成的粉煤灰砖。以粉煤灰为主，采用水泥为主要胶结料，经坯料制备、压制成型，常压蒸注养护或自然养护而制成的粉煤灰砖。利用85％-90％的粉煤灰与部分添加剂为主要原料，经搅拌半硬塑挤出或半干压法成型砖坯，经燃烧而成的无粘土烧结粉煤灰砖。这种砖打破了国内外烧结砖中最多掺60%粉煤灰的界限[11-12]。

6．粉煤灰陶粒及混凝土制品。陶粒是一种人造轻集料。粉煤灰陶粒以粉煤灰为主要原料，经加工成球，烧结或烧胀而成的称为粉煤灰陶粒；经常温或蒸汽养护而成的称非烧结粉煤灰轻集料。粉煤灰陶粒可用于大型外墙板和混凝土砌块等新型墙体材料[13-15]。

7．粉煤灰混凝土轻质隔墙板。主要是在轻度墙板的基础上，配料时加入部分粉煤灰生产轻度隔墙板，或用水泥粉煤灰泡沫混凝土生产轻度墙板[16-18]。

此外，粉煤灰还可用于合成肥料，用作废水，废气的絮凝剂等用途。

三、国内粉煤灰综合利用状况及存在的问题

我国有丰富的煤炭资源，近些年电力工业的发展，也仍然以燃煤火力发电为主。2000年粉煤灰排放量达到1.6亿吨。对我们这个水资源缺乏，可耕地人均占有率很低的国家来说，如何做好粉煤灰的利用和处置确实是一个十分重要的问题。

我国的粉煤灰利用工作历经半个世纪，从开始至今大致经历了三个时期：（1）初始阶段，从50年代开始，以建材制品和混凝土利用为主的科学实验和建立一批建材制品示范厂为其标志。（2）发展时期，从60年代后期开始，以生产建材制品为主，这一时期的标志是建材的利用量占利用总量的80%，而建材利用又以蒸汽制品为主。（3）调整时期，80年代开始，以粉煤灰大量增长，利用途径的多样化和建材利用比例的相对降低为其标志[19]。

尽管我国的粉煤灰绝对利用率并不低，而且随着相关科学技术的发展与突破和强制性政策的出台，粉煤灰利用途径也日益增多；但是和发达国家相比，我国粉煤灰资源开发和综合利用的“质”还是与欧美的发达国家存在不小差距，所以我国的粉煤灰形势依然严峻，任重而道远。存在的主要问题如下[20-22]：

1．积存量惊人，堆存量仍在继续增加。建国以来，历年排放未加利用而堆存在灰场的粉煤灰总量已在25亿吨以上。2004年发电用煤达到当年煤炭产量的40%，2010年预测将达到54%，2020年将达到60%。在今后相当长时期内，以煤发电的比例仍将维持在75%。虽经粉煤灰利用量和利用率虽逐年提高，但自1995年以来利用率增长趋缓。

2．可直接利用的干粉比例不大，能供应优质粉煤灰的电厂更少。由于燃煤电厂煤种来源多，煤质差异大，加上各电厂使用不同类型的磨煤机，煤粉往往较粗，燃烧不充分，直接使粉煤灰颗粒粗，含碳量高。70年代以前建设的燃煤电厂及后来所建的大量小电厂多采用低效干式除尘器或湿式除尘器，粉煤灰中最有用、性能最好的细颗粒被排入大气，收集下来的粗颗粒不利于利用。同时电厂输灰系统多采用高水灰比的稀相水冲灰，大量干灰变为湿灰活性大大下降，影响有效使用和不便使用。80年代以来虽然在大机组中采用高效除灰器，但不少电厂输灰系统仍采用水冲，甚至灰渣混排，优质粉煤灰也被冲入贮灰场，严重影响着粉煤灰的利用。

3．利用率增长不稳定，部分行业利用能力没有充分发挥。90年代初年以来筑路工程对粉煤灰利用做出重大贡献，利用率从80年代初10%左右提高到1997年的42%，但是受到诸多因素制约，利用率增长的趋势逐渐趋缓。原因如下：（1）高速公路建造量虽大，但不是每个电厂周围都会修高速或高等级公路；（2）运距超过50千米，从经济上就不合算；（3）就某一电场或某一地区而言，路修完用量会急速下降。

4．政策落实难，利用工作不尽人意。许多企业、基层干部及部分领导不知道有关粉煤灰综合利用政策，不关心粉煤灰综合利用政策的宣传和贯彻，领导不力。企业申请免税得不到支持，不给办理或办理手续较为麻烦，更有甚者予以抵制。不少企业见不到政策条文，甚至不知道粉煤灰综合利用政策，以至不能充分利用政策争取优惠条件来发展粉煤灰产业。

5．研究开发经费不足，新成果不多。六七十年代各级政府、各部门曾投入大量财力、物力、人力安排大量课题开展粉煤灰综合利用的研究和开发，取得了很多成果，为后来大量、有效利用提供了有利的技术支撑。九十年中期以来在粉煤灰利用的研究发展方面政府的投入大大减少。这样重大的有关国计民生的事业没有得到有关科技领导部门的高度重视，所以这些年来新的利用成果、途径、品种出现不多，影响今后利用水平的提高。因此，另辟利用途径才能维持原有的利用水平，否则会导致新的堆存。

四、结束语

综上所述，粉煤灰科学技术是一项综合性、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，则既能够用来化解粉煤灰所带来的环境问题，又能够将其作为一个新兴的资源以发展多种实用性产品。

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