綜述國內(nèi)外粉煤灰的綜合利用現(xiàn)狀，闡述我國的粉煤灰應(yīng)用的發(fā)展和存在的主要問題。
一、前言
隨著各行各業(yè)對粉煤灰的開發(fā)和利用，特別是近幾年全國高速公路的迅猛發(fā)展，粉煤灰的利用率越來越高，使粉煤灰“變廢為寶”。粉煤灰在各項工程中的利用，不但使工程造價大大降低，而且在節(jié)約土地、環(huán)境保護(hù)方面的意義將是非常深遠(yuǎn)的。但是，到目前為止我國粉煤灰形勢依然嚴(yán)峻，每年的粉煤灰治理費(fèi)耗資1.5億元以上，繳納粉煤灰排污費(fèi)1000多萬元。因此，需要分析研究粉煤灰的應(yīng)用現(xiàn)狀，找出目前存在的問題，促進(jìn)粉煤灰的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。
二、粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀
粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤粉鍋爐排除的一種工業(yè)廢渣。早在1914年，美國Anon發(fā)表了《煤灰火山特性的研究》，首先發(fā)現(xiàn)粉煤灰中氧化物具有火山灰特性。國外對粉煤灰的研究，可追溯到1920年后的電廠大型鍋爐改造，也就從此開始有人研究粉煤灰的綜合利用[1]。而粉煤灰在混凝土中應(yīng)用比較系統(tǒng)的研究工作是由美國伯克利加州理工學(xué)院的R.E.維斯在1933年后進(jìn)行的，后來其應(yīng)用不斷擴(kuò)展到各個利用領(lǐng)域[2]。但粉煤灰問題真正引起人們重視是在二戰(zhàn)結(jié)束之后，尤其是冷戰(zhàn)時期爆發(fā)的石油危機(jī)之后，許多國家發(fā)電廠的燃料結(jié)構(gòu)都發(fā)生變化，都加快轉(zhuǎn)向以煤炭為主要燃料的進(jìn)程。隨之而來的是大量灰渣的排放，這更一步促進(jìn)人們重視粉煤灰資源的綜合利用。于是在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家里，粉煤灰的綜合利用逐漸形成了一個新興產(chǎn)業(yè)。
目前，國內(nèi)外粉煤灰綜合利用途徑歸納起來主要有以下7種：
1.粉煤灰加氣混凝土。粉煤灰加氣混凝土是新型、輕質(zhì)保溫節(jié)能的墻體材料。主要原料為粉煤灰，占70%左右，其它為石灰、水泥、石膏、發(fā)氣劑等，將這些原料經(jīng)過加工配料、攪拌、澆注、發(fā)氣稠化、切割、蒸壓養(yǎng)護(hù)等工序制成�？捎米魑菝姹�、維護(hù)墻、隔斷墻，亦可做最高樓層為五層的承重墻，特別適用于高層建筑填充墻、寒冷地區(qū)的外墻和地震區(qū)使用，可減輕墻重，增加使用面積[3-5]。
2.粉煤灰混凝土空心砌塊。近年來，粉煤灰混凝土空心砌塊發(fā)展較快，其主要原料為粉煤灰、集料、水泥等，原料經(jīng)計量配料、攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)等工序制成。在普通混凝土砌塊和輕集料混凝土砌塊中，也可摻入粉煤灰，但作為摻合料加入。而在粉煤灰混凝土砌塊中，粉煤灰既是摻合料又是細(xì)集料，摻量較高[6-7]。
3.水泥粉煤灰膨脹珍珠巖混凝土保溫砌塊。其工藝流程基本上與粉煤灰混凝土空心砌塊相似。珍珠巖砌塊具有重量輕、保溫性能好，且有一定的強(qiáng)度等特點(diǎn)，影響密度與強(qiáng)度的因素有：珍珠巖的摻量，粉煤灰與水泥的比例以及工藝流程的控制。還可加入適量的外加劑，以提高砌塊強(qiáng)度[8]。
4.粉煤灰混凝土路面磚。粉煤灰混凝土路面磚以水泥和粉煤灰為混合膠結(jié)料再配以粗骨料等，原料經(jīng)計量攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)制成，變更成型的模具可制成方磚、連鎖路面磚、仿古磚，綠化種草磚、路沿塊及其它形狀的路面磚等。成型采用分層面料，即粉煤灰混凝土料和彩色料，還可制成各種彩色的路面磚。粉煤灰混凝土路面磚不但具有普通混凝土路面磚的優(yōu)點(diǎn)和用途，而且重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小，長期性能更好。用于車行道、人行道、園林道路、廣場、亭院、仿古建筑道路、停車場、護(hù)坡和綠化等[9-10]。
5.粉煤灰磚。以粉煤灰、石灰為主要原料，摻加適量石膏和骨料，經(jīng)坯料制備，壓制成型，高壓或常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的粉煤灰磚。以粉煤灰為主，采用水泥為主要膠結(jié)料，經(jīng)坯料制備、壓制成型，常壓蒸注養(yǎng)護(hù)或自然養(yǎng)護(hù)而制成的粉煤灰磚。利用85%-90%的粉煤灰與部分添加劑為主要原料，經(jīng)攪拌半硬塑擠出或半干壓法成型磚坯，經(jīng)燃燒而成的無粘土燒結(jié)粉煤灰磚。這種磚打破了國內(nèi)外燒結(jié)磚中最多摻60%粉煤灰的界限[11-12]。
6.粉煤灰陶粒及混凝土制品。陶粒是一種人造輕集料。粉煤灰陶粒以粉煤灰為主要原料，經(jīng)加工成球，燒結(jié)或燒脹而成的稱為粉煤灰陶粒;經(jīng)常溫或蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的稱非燒結(jié)粉煤灰輕集料。粉煤灰陶�？捎糜诖笮屯鈮Π搴突炷疗鰤K等新型墻體材料[13-15]。
7.粉煤灰混凝土輕質(zhì)隔墻板。主要是在輕度墻板的基礎(chǔ)上，配料時加入部分粉煤灰生產(chǎn)輕度隔墻板，或用水泥粉煤灰泡沫混凝土生產(chǎn)輕度墻板[16-18]。
此外，粉煤灰還可用于合成肥料，用作廢水，廢氣的絮凝劑等用途。
三、國內(nèi)粉煤灰綜合利用狀況及存在的問題
我國有豐富的煤炭資源，近些年電力工業(yè)的發(fā)展，也仍然以燃煤火力發(fā)電為主。2000年粉煤灰排放量達(dá)到1.6億噸。對我們這個水資源缺乏，可耕地人均占有率很低的國家來說，如何做好粉煤灰的利用和處置確實(shí)是一個十分重要的問題。
我國的粉煤灰利用工作歷經(jīng)半個世紀(jì)，從開始至今大致經(jīng)歷了三個時期：(1)初始階段，從50年代開始，以建材制品和混凝土利用為主的科學(xué)實(shí)驗和建立一批建材制品示范廠為其標(biāo)志。(2)發(fā)展時期，從60年代后期開始，以生產(chǎn)建材制品為主，這一時期的標(biāo)志是建材的利用量占利用總量的80%，而建材利用又以蒸汽制品為主。(3)調(diào)整時期，80年代開始，以粉煤灰大量增長，利用途徑的多樣化和建材利用比例的相對降低為其標(biāo)志[19]。
盡管我國的粉煤灰絕對利用率并不低，而且隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與突破和強(qiáng)制性政策的出臺，粉煤灰利用途徑也日益增多;但是和發(fā)達(dá)國家相比，我國粉煤灰資源開發(fā)和綜合利用的“質(zhì)”還是與歐美的發(fā)達(dá)國家存在不小差距，所以我國的粉煤灰形勢依然嚴(yán)峻，任重而道遠(yuǎn)。存在的主要問題如下[20-22]： 1.積存量驚人，堆存量仍在繼續(xù)增加。建國以來，歷年排放未加利用而堆存在灰場的粉煤灰總量已在25億噸以上。2004年發(fā)電用煤達(dá)到當(dāng)年煤炭產(chǎn)量的40%，2010年預(yù)測將達(dá)到54%，2020年將達(dá)到60%。在今后相當(dāng)長時期內(nèi)，以煤發(fā)電的比例仍將維持在75%。雖經(jīng)粉煤灰利用量和利用率雖逐年提高，但自1995年以來利用率增長趨緩。
2.可直接利用的干粉比例不大，能供應(yīng)優(yōu)質(zhì)粉煤灰的電廠更少。由于燃煤電廠煤種來源多，煤質(zhì)差異大，加上各電廠使用不同類型的磨煤機(jī)，煤粉往往較粗，燃燒不充分，直接使粉煤灰顆粒粗，含碳量高。70年代以前建設(shè)的燃煤電廠及后來所建的大量小電廠多采用低效干式除塵器或濕式除塵器，粉煤灰中最有用、性能最好的細(xì)顆粒被排入大氣，收集下來的粗顆粒不利于利用。同時電廠輸灰系統(tǒng)多采用高水灰比的稀相水沖灰，大量干灰變?yōu)闈窕一钚源蟠笙陆�，影響有效使用和不便使用�?0年代以來雖然在大機(jī)組中采用高效除灰器，但不少電廠輸灰系統(tǒng)仍采用水沖，甚至灰渣混排，優(yōu)質(zhì)粉煤灰也被沖入貯灰場，嚴(yán)重影響著粉煤灰的利用。
3.利用率增長不穩(wěn)定，部分行業(yè)利用能力沒有充分發(fā)揮。90年代初年以來筑路工程對粉煤灰利用做出重大貢獻(xiàn)，利用率從80年代初10%左右提高到1997年的42%，但是受到諸多因素制約，利用率增長的趨勢逐漸趨緩。原因如下：(1)高速公路建造量雖大，但不是每個電廠周圍都會修高速或高等級公路;(2)運(yùn)距超過50千米，從經(jīng)濟(jì)上就不合算;(3)就某一電場或某一地區(qū)而言，路修完用量會急速下降。
4.政策落實(shí)難，利用工作不盡人意。許多企業(yè)、基層干部及部分領(lǐng)導(dǎo)不知道有關(guān)粉煤灰綜合利用政策，不關(guān)心粉煤灰綜合利用政策的宣傳和貫徹，領(lǐng)導(dǎo)不力。企業(yè)申請免稅得不到支持，不給辦理或辦理手續(xù)較為麻煩，更有甚者予以抵制。不少企業(yè)見不到政策條文，甚至不知道粉煤灰綜合利用政策，以至不能充分利用政策爭取優(yōu)惠條件來發(fā)展粉煤灰產(chǎn)業(yè)。
5.研究開發(fā)經(jīng)費(fèi)不足，新成果不多。六七十年代各級政府、各部門曾投入大量財力、物力、人力安排大量課題開展粉煤灰綜合利用的研究和開發(fā)，取得了很多成果，為后來大量、有效利用提供了有利的技術(shù)支撐。九十年中期以來在粉煤灰利用的研究發(fā)展方面政府的投入大大減少。這樣重大的有關(guān)國計民生的事業(yè)沒有得到有關(guān)科技領(lǐng)導(dǎo)部門的高度重視，所以這些年來新的利用成果、途徑、品種出現(xiàn)不多，影響今后利用水平的提高。因此，另辟利用途徑才能維持原有的利用水平，否則會導(dǎo)致新的堆存。
四、結(jié)束語
綜上所述，粉煤灰科學(xué)技術(shù)是一項綜合性、邊緣性科學(xué)技術(shù)。其技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，依賴于其它學(xué)科的最新進(jìn)展。若能合理利用，則既能夠用來化解粉煤灰所帶來的環(huán)境問題，又能夠?qū)⑵渥鳛橐粋�新興的資源以發(fā)展多種實(shí)用性產(chǎn)品。
一、前言
隨著各行各業(yè)對粉煤灰的開發(fā)和利用，特別是近幾年全國高速公路的迅猛發(fā)展，粉煤灰的利用率越來越高，使粉煤灰“變廢為寶”。粉煤灰在各項工程中的利用，不但使工程造價大大降低，而且在節(jié)約土地、環(huán)境保護(hù)方面的意義將是非常深遠(yuǎn)的。但是，到目前為止我國粉煤灰形勢依然嚴(yán)峻，每年的粉煤灰治理費(fèi)耗資1.5億元以上，繳納粉煤灰排污費(fèi)1000多萬元。因此，需要分析研究粉煤灰的應(yīng)用現(xiàn)狀，找出目前存在的問題，促進(jìn)粉煤灰的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。
二、粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀
粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤粉鍋爐排除的一種工業(yè)廢渣。早在1914年，美國Anon發(fā)表了《煤灰火山特性的研究》，首先發(fā)現(xiàn)粉煤灰中氧化物具有火山灰特性。國外對粉煤灰的研究，可追溯到1920年后的電廠大型鍋爐改造，也就從此開始有人研究粉煤灰的綜合利用[1]。而粉煤灰在混凝土中應(yīng)用比較系統(tǒng)的研究工作是由美國伯克利加州理工學(xué)院的R.E.維斯在1933年后進(jìn)行的，后來其應(yīng)用不斷擴(kuò)展到各個利用領(lǐng)域[2]。但粉煤灰問題真正引起人們重視是在二戰(zhàn)結(jié)束之后，尤其是冷戰(zhàn)時期爆發(fā)的石油危機(jī)之后，許多國家發(fā)電廠的燃料結(jié)構(gòu)都發(fā)生變化，都加快轉(zhuǎn)向以煤炭為主要燃料的進(jìn)程。隨之而來的是大量灰渣的排放，這更一步促進(jìn)人們重視粉煤灰資源的綜合利用。于是在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家里，粉煤灰的綜合利用逐漸形成了一個新興產(chǎn)業(yè)。
目前，國內(nèi)外粉煤灰綜合利用途徑歸納起來主要有以下7種：
1.粉煤灰加氣混凝土。粉煤灰加氣混凝土是新型、輕質(zhì)保溫節(jié)能的墻體材料。主要原料為粉煤灰，占70%左右，其它為石灰、水泥、石膏、發(fā)氣劑等，將這些原料經(jīng)過加工配料、攪拌、澆注、發(fā)氣稠化、切割、蒸壓養(yǎng)護(hù)等工序制成�？捎米魑菝姹�、維護(hù)墻、隔斷墻，亦可做最高樓層為五層的承重墻，特別適用于高層建筑填充墻、寒冷地區(qū)的外墻和地震區(qū)使用，可減輕墻重，增加使用面積[3-5]。
2.粉煤灰混凝土空心砌塊。近年來，粉煤灰混凝土空心砌塊發(fā)展較快，其主要原料為粉煤灰、集料、水泥等，原料經(jīng)計量配料、攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)等工序制成。在普通混凝土砌塊和輕集料混凝土砌塊中，也可摻入粉煤灰，但作為摻合料加入。而在粉煤灰混凝土砌塊中，粉煤灰既是摻合料又是細(xì)集料，摻量較高[6-7]。
3.水泥粉煤灰膨脹珍珠巖混凝土保溫砌塊。其工藝流程基本上與粉煤灰混凝土空心砌塊相似。珍珠巖砌塊具有重量輕、保溫性能好，且有一定的強(qiáng)度等特點(diǎn)，影響密度與強(qiáng)度的因素有：珍珠巖的摻量，粉煤灰與水泥的比例以及工藝流程的控制。還可加入適量的外加劑，以提高砌塊強(qiáng)度[8]。
4.粉煤灰混凝土路面磚。粉煤灰混凝土路面磚以水泥和粉煤灰為混合膠結(jié)料再配以粗骨料等，原料經(jīng)計量攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)制成，變更成型的模具可制成方磚、連鎖路面磚、仿古磚，綠化種草磚、路沿塊及其它形狀的路面磚等。成型采用分層面料，即粉煤灰混凝土料和彩色料，還可制成各種彩色的路面磚。粉煤灰混凝土路面磚不但具有普通混凝土路面磚的優(yōu)點(diǎn)和用途，而且重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小，長期性能更好。用于車行道、人行道、園林道路、廣場、亭院、仿古建筑道路、停車場、護(hù)坡和綠化等[9-10]。
5.粉煤灰磚。以粉煤灰、石灰為主要原料，摻加適量石膏和骨料，經(jīng)坯料制備，壓制成型，高壓或常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的粉煤灰磚。以粉煤灰為主，采用水泥為主要膠結(jié)料，經(jīng)坯料制備、壓制成型，常壓蒸注養(yǎng)護(hù)或自然養(yǎng)護(hù)而制成的粉煤灰磚。利用85%-90%的粉煤灰與部分添加劑為主要原料，經(jīng)攪拌半硬塑擠出或半干壓法成型磚坯，經(jīng)燃燒而成的無粘土燒結(jié)粉煤灰磚。這種磚打破了國內(nèi)外燒結(jié)磚中最多摻60%粉煤灰的界限[11-12]。
6.粉煤灰陶粒及混凝土制品。陶粒是一種人造輕集料。粉煤灰陶粒以粉煤灰為主要原料，經(jīng)加工成球，燒結(jié)或燒脹而成的稱為粉煤灰陶粒;經(jīng)常溫或蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的稱非燒結(jié)粉煤灰輕集料。粉煤灰陶�？捎糜诖笮屯鈮Π搴突炷疗鰤K等新型墻體材料[13-15]。
7.粉煤灰混凝土輕質(zhì)隔墻板。主要是在輕度墻板的基礎(chǔ)上，配料時加入部分粉煤灰生產(chǎn)輕度隔墻板，或用水泥粉煤灰泡沫混凝土生產(chǎn)輕度墻板[16-18]。
此外，粉煤灰還可用于合成肥料，用作廢水，廢氣的絮凝劑等用途。
三、國內(nèi)粉煤灰綜合利用狀況及存在的問題
我國有豐富的煤炭資源，近些年電力工業(yè)的發(fā)展，也仍然以燃煤火力發(fā)電為主。2000年粉煤灰排放量達(dá)到1.6億噸。對我們這個水資源缺乏，可耕地人均占有率很低的國家來說，如何做好粉煤灰的利用和處置確實(shí)是一個十分重要的問題。
我國的粉煤灰利用工作歷經(jīng)半個世紀(jì)，從開始至今大致經(jīng)歷了三個時期：(1)初始階段，從50年代開始，以建材制品和混凝土利用為主的科學(xué)實(shí)驗和建立一批建材制品示范廠為其標(biāo)志。(2)發(fā)展時期，從60年代后期開始，以生產(chǎn)建材制品為主，這一時期的標(biāo)志是建材的利用量占利用總量的80%，而建材利用又以蒸汽制品為主。(3)調(diào)整時期，80年代開始，以粉煤灰大量增長，利用途徑的多樣化和建材利用比例的相對降低為其標(biāo)志[19]。
盡管我國的粉煤灰絕對利用率并不低，而且隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與突破和強(qiáng)制性政策的出臺，粉煤灰利用途徑也日益增多;但是和發(fā)達(dá)國家相比，我國粉煤灰資源開發(fā)和綜合利用的“質(zhì)”還是與歐美的發(fā)達(dá)國家存在不小差距，所以我國的粉煤灰形勢依然嚴(yán)峻，任重而道遠(yuǎn)。存在的主要問題如下[20-22]： 1.積存量驚人，堆存量仍在繼續(xù)增加。建國以來，歷年排放未加利用而堆存在灰場的粉煤灰總量已在25億噸以上。2004年發(fā)電用煤達(dá)到當(dāng)年煤炭產(chǎn)量的40%，2010年預(yù)測將達(dá)到54%，2020年將達(dá)到60%。在今后相當(dāng)長時期內(nèi)，以煤發(fā)電的比例仍將維持在75%。雖經(jīng)粉煤灰利用量和利用率雖逐年提高，但自1995年以來利用率增長趨緩。
2.可直接利用的干粉比例不大，能供應(yīng)優(yōu)質(zhì)粉煤灰的電廠更少。由于燃煤電廠煤種來源多，煤質(zhì)差異大，加上各電廠使用不同類型的磨煤機(jī)，煤粉往往較粗，燃燒不充分，直接使粉煤灰顆粒粗，含碳量高。70年代以前建設(shè)的燃煤電廠及后來所建的大量小電廠多采用低效干式除塵器或濕式除塵器，粉煤灰中最有用、性能最好的細(xì)顆粒被排入大氣，收集下來的粗顆粒不利于利用。同時電廠輸灰系統(tǒng)多采用高水灰比的稀相水沖灰，大量干灰變?yōu)闈窕一钚源蟠笙陆�，影響有效使用和不便使用�?0年代以來雖然在大機(jī)組中采用高效除灰器，但不少電廠輸灰系統(tǒng)仍采用水沖，甚至灰渣混排，優(yōu)質(zhì)粉煤灰也被沖入貯灰場，嚴(yán)重影響著粉煤灰的利用。
3.利用率增長不穩(wěn)定，部分行業(yè)利用能力沒有充分發(fā)揮。90年代初年以來筑路工程對粉煤灰利用做出重大貢獻(xiàn)，利用率從80年代初10%左右提高到1997年的42%，但是受到諸多因素制約，利用率增長的趨勢逐漸趨緩。原因如下：(1)高速公路建造量雖大，但不是每個電廠周圍都會修高速或高等級公路;(2)運(yùn)距超過50千米，從經(jīng)濟(jì)上就不合算;(3)就某一電場或某一地區(qū)而言，路修完用量會急速下降。
4.政策落實(shí)難，利用工作不盡人意。許多企業(yè)、基層干部及部分領(lǐng)導(dǎo)不知道有關(guān)粉煤灰綜合利用政策，不關(guān)心粉煤灰綜合利用政策的宣傳和貫徹，領(lǐng)導(dǎo)不力。企業(yè)申請免稅得不到支持，不給辦理或辦理手續(xù)較為麻煩，更有甚者予以抵制。不少企業(yè)見不到政策條文，甚至不知道粉煤灰綜合利用政策，以至不能充分利用政策爭取優(yōu)惠條件來發(fā)展粉煤灰產(chǎn)業(yè)。
5.研究開發(fā)經(jīng)費(fèi)不足，新成果不多。六七十年代各級政府、各部門曾投入大量財力、物力、人力安排大量課題開展粉煤灰綜合利用的研究和開發(fā)，取得了很多成果，為后來大量、有效利用提供了有利的技術(shù)支撐。九十年中期以來在粉煤灰利用的研究發(fā)展方面政府的投入大大減少。這樣重大的有關(guān)國計民生的事業(yè)沒有得到有關(guān)科技領(lǐng)導(dǎo)部門的高度重視，所以這些年來新的利用成果、途徑、品種出現(xiàn)不多，影響今后利用水平的提高。因此，另辟利用途徑才能維持原有的利用水平，否則會導(dǎo)致新的堆存。
四、結(jié)束語
綜上所述，粉煤灰科學(xué)技術(shù)是一項綜合性、邊緣性科學(xué)技術(shù)。其技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，依賴于其它學(xué)科的最新進(jìn)展。若能合理利用，則既能夠用來化解粉煤灰所帶來的環(huán)境問題，又能夠?qū)⑵渥鳛橐粋�新興的資源以發(fā)展多種實(shí)用性產(chǎn)品。
