粉煤灰处理和利用(disposal and utilization of fly ash)

消除或减少煤烟中细灰对环境的污染并发挥其效能的过程。粉煤灰一般指燃煤电厂从烟道气体中收集的细灰，也叫飞灰。煤粉粒子在炉膛内燃烧时，温度高达1300℃以上，呈熔融液滴状，受湍流作用，悬浮在气流中，受烟气中多种气体成分的作用，迅速膨胀，当其随烟气运动至低温段时，由于其表面张力作用，形成大量细小的球状颗粒。还有一部分因在熔融状态下互相碰撞而粘连，成为表面粗糙的蜂窝状组合粒子。粉煤灰排放量与燃煤中的灰分有直接关系，灰分愈高，排放量就愈大。据中国燃用煤的情况，燃用1t煤约产生250～300kg粉煤灰。大量的粉煤灰不加处理，会产生扬尘，污染大气；排入水系会造成河流淤塞，而其中的化学物质还会对人体和生物造成危害。

粉煤灰性质和成分 粉煤灰的物理性质和化学成分取决于煤的品种、煤粉的细度、燃烧方式和温度、粉煤灰的收集和排灰方式。一般粉煤灰的物理性质见表1，化学成分见表2。粉煤灰是一种高分散度的固体集合体，经显微镜和α射线衍射检验表明，其中除含一部分未燃尽的细小碳粒外，大多是二氧化硅和三氧化二铝的固熔体，它们大多呈空心或实心玻璃微珠形式存在，此外还含有少量莫来石、石英、方解石、钙长石等矿物。

处理和利用 20世纪20年代有人开始研究粉煤灰的处理和利用问题，并有了很大发展。不少国家已将它作为一种新的资源来利用。美国已将粉煤灰列为12种重要的固体原料之一。中国在近40多年以来，对粉煤灰的研究和利用也取得较大进展。通常湿灰的活性较干灰低，且湿排灰费水、费电、污染环境，也不利于综合利用。为了更好地保护环境，并有利于粉煤灰的综合利用，考虑到除尘、干灰输送技术成熟，采用高效率除尘器，并设置分电厂干灰收集装置，是今后火电厂粉煤灰收集、排放的发展趋势。因此，应尽量避免干除后湿排而降低使用价值。对湿式收尘器收集的粉煤灰，应设置脱水装置或晾干，使含水率降到30％左右，为综合利用创造条件。粉煤灰的数量很大，由于技术和经济条件的限制，一般还不能全部利用起来，要堆存一部分。

粉煤灰的堆存 根据电厂所处的地理位置，可选择附近的山沟、洼地、废河湾、煤矿塌陷区修建贮灰场。贮灰场底部要有防水防渗设施。贮灰场要妥善管理，在已经堆满的贮灰场上覆土造田、植树、种草或进行表面药物处理，防止粉煤灰飞扬以保护环境。坑口电站粉煤灰数量大而集中，可采用回填矿井的方式处理。

粉煤灰的利用 可用于工农业等许多方面。(1)作水泥生产的原料或混合材。粉煤灰成分和粘土相似，可代替粘土配料生产水泥。生产工艺和技术装备与生产普通硅酸盐水泥一样，无特殊工艺技术要求。粉煤灰还可作为水泥的}昆合材用于生产。根据粉煤灰的掺量，可生产普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥(粉煤灰掺量小于15％)和粉煤灰水泥(掺量在20％～40％)。用粉煤灰做混合材时，其质量需达到一定要求，生产工艺依据粉煤灰是干排或湿排而定，但通常应尽量采用干灰。(2)生产其他建筑材料。以粉煤灰和粘土为原料，可生产粉煤灰烧结砖，粉煤灰掺量30％～70％，其生产工艺及主要设置与普通粘土砖基本相同；以粉煤灰为主要原料，掺入适量骨料生石灰、石膏，经坯料制备、压制成型，常压或高压蒸汽养护可生产粉煤灰蒸养砖；以粉煤灰、石灰、石膏为胶结料，以炉渣为骨料，经加水搅拌、振动成型、蒸汽养护可生产粉煤灰硅酸盐砌块；此外还可用于生产加气混凝土、陶粒等。(3)用于筑路和回填。筑路和回填是现阶段陆上利用粉煤灰的一大领域，它具有投资少、见效快的特点，是直接、大用量利用途径。用粉煤灰和石灰、碎石按一定比例混合搅拌制做路面基层材料，这种路面基层是一种缓慢硬结的整体性材料，在潮湿条件下或浸在水中，它的强度可以成倍地增加。粉煤灰配制路面基层材料，对粉煤灰的质量要求不高，其用灰量大，掺量最高可达70％，生产设备简单，主要是皮带运输机、混凝土搅拌机和运输车辆。粉煤灰代替粘土可用于修筑路堤，所筑路堤有全灰和间隔灰(一层土一层灰)两种，施工步骤与粘土路堤相同。回填能大量使用粉煤灰，可用粉煤灰代土或其它材料在建筑物的地基、桥台、挡土墙作回填；也可用于对废旧矿井的回填。在工程回填中，一般粉煤灰均可满足填方材料的要求，但应注意粉煤灰不得对水质造成污染。施工方法、设备均与填土相同，施工时应注意防尘和运输中扬尘污染。(4)分选微珠。粉煤灰中一般含有50％～80％的空心玻璃微珠，其细度为0.3～200μm，其中小于5μm的约占粉煤灰的20％。微珠的主要化学成分是硅、铝、铁的氧化物以及少量的钙、镁、钾、钠等氧化物。它具有颗粒细小、质轻、隔热、隔音、耐高温、耐低温、强度高和电绝缘性好等优异特性。微珠可作为轻质、高强、耐火、防火、隔热保温等建筑材料的原材料，掺人塑料中可提高其耐高温性能；在石油精炼过程中可作为裂化催化剂；可作为电瓷和其它电气绝缘材料的原材料；还可用作航天飞行器的复合表面材料。(5)回收铁精粉。粉煤灰中三氧化二铁约含8％～29％，可采用湿式磁选或干式磁选选出。采用湿式磁选时，两级磁选的品位可达50％～56％。干灰可采用干式磁选，其效果比湿式磁选好，经过一级磁选、铁精矿品位即可达55％。从粉煤灰中选出的铁精矿可冶炼生铁，并能达到一级品标准。(6)回收煤炭。粉煤灰中的含碳量一般波动于8％～20％，煤粉在电站锅炉中燃烧时，由于燃烧不充分，将造成粉煤灰中的含碳量增高。一般当含碳量大于12％时就有回收价值。对湿法排放的粉煤灰可采用浮选法回收煤炭，它是利用粉煤灰和煤粒表面亲水性能的差异而将其区分的一种方法。对于干法排放的粉煤灰，则采用电选法回收煤炭，其原理是在高压电场作用下利用粉煤灰中灰与炭导电性能的差异而进行分离的方法。回收的煤炭具有固定炭高、粒度细、挥发物低以及有一定吸附能力等特点。可以作为燃料供电站锅炉再用，也可作为粘土内燃砖的原料。(7)在农业上的应用。利用粉煤灰可生产肥料和不经处理直接施用于农田。用粉煤灰制备的化肥品种较多，主要有硅钾肥、硅钙钾肥、粉煤灰磁化肥，粉煤灰磷肥等。以粉煤灰作硅源，配加一定的氢氧化钾，在700～800℃煅烧，可制备粉煤灰硅钾肥，它是一种枸溶性物质，可供植物在较长时间内均衡地吸收，因而吸收率比较高。利用电厂旋风炉，在煤粉中掺入一部分钾盐，可以一步生产出适用水稻生长需要的粉煤灰硅钙钾肥。此种肥料可明显地增强水稻抗病、抗旱、抗倒伏等性能。以粉煤灰为原料，配加一定比例的氮、磷、钾成分，在强磁场内处理，可以制得粉煤灰磁化肥。此种肥料具有调节生物生长的磁性，能够刺激作物生长，活化土壤并改善其结构，促使作物增产。利用电厂旋风炉，在煤粉中掺入一定比例的磷灰石粉，可制得粉煤灰磷肥，也具有枸溶性，对作物、蔬菜、食用菌类都有增产效果。对于不同土壤合理施用符合农用标准的粉煤灰，可以改善土壤的团粒结构、提高地表层温度。有利于土层中微生物活动、养分转化、种子萌发和作物生长。对粘土地的增产最为明显，砂质土壤施灰，增产不明显。