中國粉體網(wǎng)訊 前不久，央視盛贊光伏發(fā)電的低碳環(huán)保特性，光伏發(fā)電是未來中國重要的電源。但是目前，光伏發(fā)電僅占中國發(fā)電量的3.5%。中國人口眾多，用電量需求也很高，發(fā)電方式還存在以水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、煤炭發(fā)電多種混合方式進(jìn)行。
粉煤灰是電廠鍋爐燃燒后從煙氣中收集的細(xì)灰，主要成分是二氧化硅和三氧化二鋁以及少量三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈉、氧化鉀和氧化硫等。煤炭的大量消耗產(chǎn)生了大量的粉煤灰，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國每年約產(chǎn)生5億t粉煤灰。隨著電力消耗的增加，粉煤灰排放量也逐年增長。我國2017年粉煤灰產(chǎn)量為6.86億t，2018年為7.15億t，2019年為7.48億t，2020年預(yù)計(jì)為7.81億t，2024年將達(dá)到9.25億t。與普通工業(yè)副產(chǎn)品不同，粉煤灰成分復(fù)雜，如果處理不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。如果我國能夠?qū)⒍逊e的粉煤灰進(jìn)行合理的資源化利用，不但能有效解決環(huán)境污染問題，還能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)資源的高價(jià)值化利用。
粉煤灰的礦物學(xué)特性
在礦物學(xué)方面，粉煤灰主要由玻璃體、晶體相組成，此外還含有一定量的未燃炭。其中玻璃體組分多為鋁硅酸鹽玻璃體，通常占粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 60%以上；粉煤灰的晶體相成分主要是莫來石、石英石和鐵礦，在晶體相物質(zhì)中莫來石所占的比例最大，約占總量的 6%~15%；未燃炭在粉煤灰中一般不超過5%。
一般情況下粉煤灰的細(xì)度越小，燒失量越小，比表面積越大，其活性位點(diǎn)越多，活性越高，活性高的粉煤灰容易與其他物質(zhì)反應(yīng)生成新物質(zhì)，適用于資源化利用。
粉煤灰類型及其子類型的潛在高附加值利用方向
提取粉煤灰中的有價(jià)元素
提取鋁。從粉煤灰中提取鋁的工藝主要是堿燒結(jié)法和浸出法。堿燒結(jié)法是指在高溫下加入堿燒結(jié)劑活化粉煤灰，隨后提取鋁的方法，常用石灰石和堿石灰為燒結(jié)劑提取鋁。石灰燒結(jié)法工藝成熟、操作簡便，但該法石灰用量大、能耗高，且硅渣副產(chǎn)物的產(chǎn)生量大；堿石灰法有效減少了石灰石的消耗，降低了反應(yīng)溫度，提高了提取率，但硅渣的問題沒有完全解決。
浸出法主要有無機(jī)酸浸出法和堿浸出法。 研究表明，酸浸出工藝中影響鋁浸出率的主要因素有酸種類、酸濃度和粉煤灰特性等。
提取硅。從粉煤灰中提硅通常先對(duì)硅和鋁進(jìn)行共提取，再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離。W.Yan 等利用先酸后堿工藝提取粉煤灰中的Al2O3和SiO2，首先用濃酸活化粉煤灰中的Al2O3，再焙燒得到純度為 99.91%的Al2O3，然后用濃堿浸出渣中的SiO2，最終得到純度為99.52%的SiO2。粉煤灰中提取的硅、鋁元素可進(jìn)一步合成鋁硅合金，硅可以用來制備白炭黑或吸附劑等。
提取鎵、鍺、鋰等稀散金屬元素。目前從粉煤灰中提取Ga、Ge、Li等元素的方法主要有浸出法、萃取法和吸附法。F.Arroyo等采用浸出法對(duì)粉煤灰進(jìn)行Ga和Ge的提取，收率均達(dá)70%左右，該法的浸出效果較好，但不適用于硅鋁比較高的粉煤灰。
多種元素共同提取。L.Wang等采用碳氯化法從高鋁粉煤灰中提取有價(jià)元素，Al2O3、SiO2、CaO和TiO2的提取率分別達(dá)到84.3%、72.7%、68.9%和87.3%，n（碳）/n（鋁）為4.5∶1。
粉煤灰提取各有價(jià)元素主要方法的優(yōu)缺點(diǎn)
物理提取粉煤灰中的高值物
提取未燃炭。粉煤灰中提取的未燃炭具有多孔、低碘值等特性，可制備活性炭，并用作吸附劑去除煙氣中汞等有害物質(zhì)， 還可用作填料或炭黑的替代品。
提取空心微珠�？招奈⒅槭且环N在二十世紀(jì)五六十年代發(fā)展起來的新型微粒材料，主要包括磁珠、漂珠和沉珠3類。磁珠具有較強(qiáng)的磁性，一般通過干式磁選法提取，漂珠和沉珠則常用濕選法提取。從粉煤灰中提取出的空心微珠一般特指漂珠，漂珠具有普通粉煤灰無法比擬的優(yōu)良特性，如球形結(jié)構(gòu)、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐高溫和絕緣等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、物理、化學(xué)、機(jī)械、電絕緣等領(lǐng)域�？招奈⒅榭捎糜谥谱鞣浪苛希部勺魈畛洳牧�。
制備沸石。粉煤灰中含有大量的SiO2和Al2O3，是合成沸石的合適原料。粉煤灰制備沸石最常用的方法是水熱合成法，即用堿性激發(fā)劑溶解粉煤灰中的硅鋁等活性物質(zhì)，隨后對(duì)硅鋁酸鹽凝膠加溫進(jìn)行晶化。
制備新型玻璃材料。粉煤灰中含有大量的玻璃相氧化物（SiO2、Al2O3、CaO）和少量成核劑（P2O5、TiO2、Fe2O3），可以作為替代原料。
用于制作水泥、混凝土、磚與砌塊。粉煤灰作為建筑材料有幾個(gè)特點(diǎn)：性質(zhì)易分析、存在球狀顆粒、能夠與混凝土搭配、利用量大、利用范圍廣、利用程度高。粉煤灰在建筑方面的使用量占利用總量的45％左右，主要產(chǎn)品有：粉煤灰水泥（摻量30％以上）、混凝土、普通水泥、墻體材料、路基填料、硅酸鹽承重砌塊和小型空心砌塊、燒結(jié)陶粒、燒結(jié)磚等。
制備地質(zhì)聚合物。地質(zhì)聚合物是一類較新的建筑材料，它是以SiO2 和 Al2O3 為前驅(qū)體縮聚合成的，粉煤灰含有大量的硅鋁元素，具有較強(qiáng)的可加工性。較常用的粉煤灰地質(zhì)聚合物合成方法是堿性活化分解—縮聚法。
在化工方面的應(yīng)用。粉煤灰中含有大量的SiO2、Al2O3、TiO2等氧化物，是常用的催化劑載體。另外，粉煤灰經(jīng)過高溫燃燒后化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，亦可作為載體用于脫硫、脫硝、制氫等。
在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用。研究表明，粉煤灰中雖然含有一定量的鉻、鉛、汞等對(duì)農(nóng)作物有害的重金屬，但當(dāng)其施用量小于4.5kg/m2時(shí)并不會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生不利影響。龐喆等將粉煤灰和有機(jī)肥混合使用，發(fā)現(xiàn)混合肥能提高土壤表層7.5cm處的溫度，相較于其他處理方式，混合肥利用率最大為23.52kg/（hm2•ｍｍ），2年的玉米產(chǎn)量每平方米也提高了75％。除此之外，粉煤灰還可以作農(nóng)藥配制的載體，能除草滅蟲，與水為載體相比，粉煤灰農(nóng)藥具有極好的可視性，且能夠使農(nóng)藥效果更好、藥效更持久。
在造紙方面的應(yīng)用。粉煤灰粒徑較大，加工后可作為造紙?zhí)盍�，�?jié)省原木消耗。此外，粉煤灰可制成粉煤灰纖維，在耐水、耐高溫、防火、防腐、防蛀等方面優(yōu)于植物纖維紙張。
在陶瓷方面的應(yīng)用。粉煤灰中含有Al、Si、Fe和Ca等元素，可作為陶瓷的優(yōu)良原料，且粒徑更細(xì)，能省去破碎和研磨工序，節(jié)省時(shí)間。張冬梅等以粉煤灰、高嶺土和山皮土為主要原料，用碳化硅（SiC）作發(fā)泡劑，采用原位發(fā)泡法制備了泡沫陶瓷，結(jié)果表明，當(dāng)燒成溫度為1300～1400℃、發(fā)泡劑SiC摻量為4％～6％時(shí)，可制備出孔隙率高、密度小、孔徑均勻的泡沫陶瓷，這種陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷相比具有氣孔率高、比表面積大、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。
其他。粉煤灰除了能夠制備上述材料外，還可以用于制備陶瓷無機(jī)纖維或橡塑復(fù)合材料等。
小結(jié)
利用合理的技術(shù)手段對(duì)粉煤灰進(jìn)行“升級(jí)”，對(duì)保護(hù)環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值、促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。雖然我國粉煤灰的綜合利用技術(shù)在不斷進(jìn)步，但目前依然處于初級(jí)階段，與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。因此還需要增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，加大科研投入，注重產(chǎn)品的改造和開發(fā)。
參考文獻(xiàn)：
劉夢(mèng)茹等.粉煤灰資源綜合利用現(xiàn)狀研究
馮文麗等.粉煤灰高附加值利用研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/茜茜）
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