工业粉煤灰的控制、处理与利用研究
摘要：介绍了粉煤灰的现状，以及利用情况，讨论了粉煤灰的集中处理方法。并分析了国内外煤粉灰的处理状况以及对未来的展望。 关键词：粉煤灰、处理技术与利用研究、展望
引言：粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
一、粉煤灰的现状 我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。经过开发，粉煤灰在建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用。
20世纪70年代，世界性能源危机，环境污染以及矿物资源的枯竭等强烈地激发了粉煤灰利用的研究和开发，多次召开国际性粉煤灰会议，研究工作日趋深入，应用方面也有了长足的进步。粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉，兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料，受到人们的青睐。对粉煤灰的研究工作大都由理论研究转向应用研究，特别是着重要资源化研究和开发利用。利用粉煤灰生产的产品在不断增加，技术在不断更新。国内外粉煤灰综合利用工作与过去相比较，发生了重大的变化，主要表现为：粉煤灰治理的指导思想已从过去的单纯环境角度转变为综合治理、资源化利用；粉煤灰综合利用的途径以从过去的路基、填方、混凝土掺和料、土壤改造等方面的应用外，发展到在水泥原料、水泥混合材、大型水利枢纽工程、泵送混凝土、大体积混凝土制品、高级填料等高级化利用途径。
二、粉煤灰目前的处理方法
1) 做建筑材料；国外粉煤灰20%以上作为建筑材料，如混凝土、水
泥、高速公路路基、砂浆掺合料和其他墙体制品等，虽然做建筑材料附加值较低，但由于吃灰量较大仍是粉煤灰应用的一个重要方面。
2) 农业方面；粉煤灰在农业方面的应用具有投资少、用量大等特点，
其主要利用技术有改良土壤、制作肥料、造地还田等
3) 环保方面应用；废水的处理：粉煤灰表面成多孔结构，具有较大
的比表面积；此外，粉煤灰内部还有大量的硅铝活性位点使其具
有较强的吸附能力。烟气脱硫：在吸收剂制备过程中，硅铝组分从粉煤灰中释出后与氢氧化钙发生火山灰反应，另外，粉煤灰中含有，铁、锰等氧化物、过渡金属离子及部分微量元素，也有助于烟气中氮氧化物的催化氧化。
4) 精细化利用；1.提取氧化铝。2.制备微晶玻璃。3.合成沸石分子筛。
4.回收稀有金属。5.分选未燃炭、漂珠和沉珠等。6.制备复合材料。
三、国内外粉煤灰的处理状况
粉煤灰的处理和利用问题从20世纪20年代开始研究，半个世纪以来取得许多成果。不少国家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30多年以来,对粉煤灰的研究和利用也取得较大的进展。
本文中只介绍 “改性粉煤灰” 的研究。
粉煤灰在形成过程中，由于部分气体逸出而具有开放性孔穴，表面呈蜂窝状；部分气体未逸出被裹在颗粒内形成封闭性孔穴，内部也呈蜂窝状。前者由于孔穴暴露在表面，具有吸附性能；后者的吸附性能则很小，需用物理或化学方法打开封闭的孔穴，以提高其孔隙率及比表面积。化学改性不但能打开孔穴，还能通过酸碱的作用使之生成大量新的微细小孔，增加比表面积和孔隙率，处理废水的效果也将大幅提高。粉煤灰的改性方法目前采用较多的有如下几种。
1. 酸改性
原状粉煤灰颗粒，其表面比较光滑致密，经酸处理后的粉煤灰颗粒表面变得粗糙，形成许多凹槽和孔洞，增大了颗粒的比表面积。
2. 碱改性
对粉煤灰进行碱改性，也可以增大粉煤灰的比表面积。当用碱对粉煤灰改性时，粉煤灰颗粒表面的SiO2会发生化学解离而产生可变电荷，可以破坏粉煤灰颗粒表面的坚硬外壳，增大其比表面积，而且使玻璃体表面可溶性物质与碱性氧化物反应生成胶凝物质，并使粉煤灰中的莫来石及非晶状玻璃相熔融，从而提高活性。
3. 盐改性
用粉煤灰制成沸石，然后对其进行盐改性，分别得到了Ca、Mg、Al和Fe改性的沸石材料，并用这些改性材料来同时去除水中的氨氮和磷酸盐，结果发现经铝盐改性的沸石具有很好的同时去除氨氮和磷酸盐的能力。
4.表面活性剂改性
表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
5. 粉煤灰合成沸石
人工合成沸石是一种水合铝硅酸盐晶体，具有均匀的孔径和大的比表面积，被广泛应用于离子交换剂、分子筛、气体吸附剂、催化剂。用粉煤灰合成沸石可节约化工原料，具有来源广泛、造价低廉的优点，而且合成沸石的比表面积比粉煤灰增大很多，去除水中污染物性能增强。
四、展望
粉煤灰原料来源广泛、价格低廉，可用来去除水中的污染物。根
据粉煤灰的物理化学特性及其结构特征进行改性，工艺简单，改性后的粉煤灰作为一种新型的水处理剂，为粉煤灰的资源化开辟了新途径，具有以废治废、节约资源等优点。
（1）到目前为止，对改性粉煤灰在水处理方面的应用研究已经涉及了工业废水、生活污水、藻类废水以及矿井水等各个方面。随着对新型改性剂的不断探索，改性粉煤灰的功能正向多样化、功能化方向发展。随着改性工艺及改性条件的不断优化，改性粉煤灰可以发挥出更大的潜能。
（2）将改性粉煤灰制成水处理絮凝剂不仅可废物利用，还可以降低现有絮凝剂的生产成本，是应用改性粉煤灰的一条简单而有效的途径。
（3）在火电厂，目前经处理后的脱硫废水普遍存在重金属离子超标的问题。可利用改性粉煤灰的优势，可将其应用于脱硫废水中重金属离子的处理，通过展开一系列的实验，研究处理条件和处理效果。
(4)改性粉煤灰预加工的费用是十分关键的技术参数, 如果粉煤灰预加工费用过高或其整体经济效益明显低于传统的粉煤灰的处理工艺, 也必将限制其在水处理领域工业化应用。
(5) 将改性粉煤灰的强大吸附能力与当今污水处理的热门技术—— —高级氧化技术结合, 既可提高出水水质, 又可减少粉煤灰的投放量, 具有广阔的发
(6）目前的研究多停留在实验室阶段，对改性粉煤灰如何扩大到工业应用还未进行系统的探讨，对设备的选择、工艺的选取、工艺参
数的确定以及如何处理饱和吸附产物等问题还需要进行更加深入的论证。为早日实现改性粉煤灰的工业化利用，真正实现循环经济、以废治废的目标，还需要进行大量的科学试验和探索，是今后科学研究的一个方向。
参考文献：
[1]王助国,刘军,李亚峰,班福臣. 粉煤灰处理废水的相关问题[J]. 辽宁城乡环境科技,2005,03:41-42+52
[2]石建稳,陈少华,王淑梅,徐贵华. 粉煤灰改性及其在水处理中的应用进展[J]. 化工进展,2008,03:326-334+347.
[3]孙淑波. 改性粉煤灰处理洗涤剂废水优化条件的实验研究[J]. 环境保护与循环经济,2009,05:25-27.
[4]滕宗焕,陈建中. 改性粉煤灰的吸附机理及其在废水处理中的应用[J]. 西南给排水,2007,04:23-27.
[5]张爱勇,肖羽堂,张萌. 改性粉煤灰在难降解工业废水处理中的应用[J]. 工业水处理,2006,11:7-11.
[6]治卿. 改性粉煤灰在水处理方面的应用[J]. 内蒙古电力技术,2012,05:58-64.
[7]张淑云. 国内外水处理技术信息[J]. 工业水处理,2009,06:19+58+85+91-92.
[8]郭廷杰,田义. 我国粉煤灰综合利用的现状及发展趋势[J]. 煤炭加工与综合利用,1997,06:51-54.
[9]吴幼权. 粉煤灰改性及其吸附性能研究[D].重庆大学,2006
[10]于秀华,程国君,徐初阳. 粉煤灰改性技术综述[J]. 中国非金属矿工业导刊,2009,01:26-27+30.
工业粉煤灰的控制、处理与利用研究
摘要：介绍了粉煤灰的现状，以及利用情况，讨论了粉煤灰的集中处理方法。并分析了国内外煤粉灰的处理状况以及对未来的展望。 关键词：粉煤灰、处理技术与利用研究、展望
引言：粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
一、粉煤灰的现状 我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。经过开发，粉煤灰在建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用。
20世纪70年代，世界性能源危机，环境污染以及矿物资源的枯竭等强烈地激发了粉煤灰利用的研究和开发，多次召开国际性粉煤灰会议，研究工作日趋深入，应用方面也有了长足的进步。粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉，兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料，受到人们的青睐。对粉煤灰的研究工作大都由理论研究转向应用研究，特别是着重要资源化研究和开发利用。利用粉煤灰生产的产品在不断增加，技术在不断更新。国内外粉煤灰综合利用工作与过去相比较，发生了重大的变化，主要表现为：粉煤灰治理的指导思想已从过去的单纯环境角度转变为综合治理、资源化利用；粉煤灰综合利用的途径以从过去的路基、填方、混凝土掺和料、土壤改造等方面的应用外，发展到在水泥原料、水泥混合材、大型水利枢纽工程、泵送混凝土、大体积混凝土制品、高级填料等高级化利用途径。
二、粉煤灰目前的处理方法
1) 做建筑材料；国外粉煤灰20%以上作为建筑材料，如混凝土、水
泥、高速公路路基、砂浆掺合料和其他墙体制品等，虽然做建筑材料附加值较低，但由于吃灰量较大仍是粉煤灰应用的一个重要方面。
2) 农业方面；粉煤灰在农业方面的应用具有投资少、用量大等特点，
其主要利用技术有改良土壤、制作肥料、造地还田等
3) 环保方面应用；废水的处理：粉煤灰表面成多孔结构，具有较大
的比表面积；此外，粉煤灰内部还有大量的硅铝活性位点使其具
有较强的吸附能力。烟气脱硫：在吸收剂制备过程中，硅铝组分从粉煤灰中释出后与氢氧化钙发生火山灰反应，另外，粉煤灰中含有，铁、锰等氧化物、过渡金属离子及部分微量元素，也有助于烟气中氮氧化物的催化氧化。
4) 精细化利用；1.提取氧化铝。2.制备微晶玻璃。3.合成沸石分子筛。
4.回收稀有金属。5.分选未燃炭、漂珠和沉珠等。6.制备复合材料。
三、国内外粉煤灰的处理状况
粉煤灰的处理和利用问题从20世纪20年代开始研究，半个世纪以来取得许多成果。不少国家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30多年以来,对粉煤灰的研究和利用也取得较大的进展。
本文中只介绍 “改性粉煤灰” 的研究。
粉煤灰在形成过程中，由于部分气体逸出而具有开放性孔穴，表面呈蜂窝状；部分气体未逸出被裹在颗粒内形成封闭性孔穴，内部也呈蜂窝状。前者由于孔穴暴露在表面，具有吸附性能；后者的吸附性能则很小，需用物理或化学方法打开封闭的孔穴，以提高其孔隙率及比表面积。化学改性不但能打开孔穴，还能通过酸碱的作用使之生成大量新的微细小孔，增加比表面积和孔隙率，处理废水的效果也将大幅提高。粉煤灰的改性方法目前采用较多的有如下几种。
1. 酸改性
原状粉煤灰颗粒，其表面比较光滑致密，经酸处理后的粉煤灰颗粒表面变得粗糙，形成许多凹槽和孔洞，增大了颗粒的比表面积。
2. 碱改性
对粉煤灰进行碱改性，也可以增大粉煤灰的比表面积。当用碱对粉煤灰改性时，粉煤灰颗粒表面的SiO2会发生化学解离而产生可变电荷，可以破坏粉煤灰颗粒表面的坚硬外壳，增大其比表面积，而且使玻璃体表面可溶性物质与碱性氧化物反应生成胶凝物质，并使粉煤灰中的莫来石及非晶状玻璃相熔融，从而提高活性。
3. 盐改性
用粉煤灰制成沸石，然后对其进行盐改性，分别得到了Ca、Mg、Al和Fe改性的沸石材料，并用这些改性材料来同时去除水中的氨氮和磷酸盐，结果发现经铝盐改性的沸石具有很好的同时去除氨氮和磷酸盐的能力。
4.表面活性剂改性
表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
5. 粉煤灰合成沸石
人工合成沸石是一种水合铝硅酸盐晶体，具有均匀的孔径和大的比表面积，被广泛应用于离子交换剂、分子筛、气体吸附剂、催化剂。用粉煤灰合成沸石可节约化工原料，具有来源广泛、造价低廉的优点，而且合成沸石的比表面积比粉煤灰增大很多，去除水中污染物性能增强。
四、展望
粉煤灰原料来源广泛、价格低廉，可用来去除水中的污染物。根
据粉煤灰的物理化学特性及其结构特征进行改性，工艺简单，改性后的粉煤灰作为一种新型的水处理剂，为粉煤灰的资源化开辟了新途径，具有以废治废、节约资源等优点。
（1）到目前为止，对改性粉煤灰在水处理方面的应用研究已经涉及了工业废水、生活污水、藻类废水以及矿井水等各个方面。随着对新型改性剂的不断探索，改性粉煤灰的功能正向多样化、功能化方向发展。随着改性工艺及改性条件的不断优化，改性粉煤灰可以发挥出更大的潜能。
（2）将改性粉煤灰制成水处理絮凝剂不仅可废物利用，还可以降低现有絮凝剂的生产成本，是应用改性粉煤灰的一条简单而有效的途径。
（3）在火电厂，目前经处理后的脱硫废水普遍存在重金属离子超标的问题。可利用改性粉煤灰的优势，可将其应用于脱硫废水中重金属离子的处理，通过展开一系列的实验，研究处理条件和处理效果。
(4)改性粉煤灰预加工的费用是十分关键的技术参数, 如果粉煤灰预加工费用过高或其整体经济效益明显低于传统的粉煤灰的处理工艺, 也必将限制其在水处理领域工业化应用。
(5) 将改性粉煤灰的强大吸附能力与当今污水处理的热门技术—— —高级氧化技术结合, 既可提高出水水质, 又可减少粉煤灰的投放量, 具有广阔的发
(6）目前的研究多停留在实验室阶段，对改性粉煤灰如何扩大到工业应用还未进行系统的探讨，对设备的选择、工艺的选取、工艺参
数的确定以及如何处理饱和吸附产物等问题还需要进行更加深入的论证。为早日实现改性粉煤灰的工业化利用，真正实现循环经济、以废治废的目标，还需要进行大量的科学试验和探索，是今后科学研究的一个方向。
参考文献：
[1]王助国,刘军,李亚峰,班福臣. 粉煤灰处理废水的相关问题[J]. 辽宁城乡环境科技,2005,03:41-42+52
[2]石建稳,陈少华,王淑梅,徐贵华. 粉煤灰改性及其在水处理中的应用进展[J]. 化工进展,2008,03:326-334+347.
[3]孙淑波. 改性粉煤灰处理洗涤剂废水优化条件的实验研究[J]. 环境保护与循环经济,2009,05:25-27.
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[5]张爱勇,肖羽堂,张萌. 改性粉煤灰在难降解工业废水处理中的应用[J]. 工业水处理,2006,11:7-11.
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[8]郭廷杰,田义. 我国粉煤灰综合利用的现状及发展趋势[J]. 煤炭加工与综合利用,1997,06:51-54.
[9]吴幼权. 粉煤灰改性及其吸附性能研究[D].重庆大学,2006
[10]于秀华,程国君,徐初阳. 粉煤灰改性技术综述[J]. 中国非金属矿工业导刊,2009,01:26-27+30.