粉煤灰资源化利用的研究现状

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粉煤灰中铁的回收采取磁选法。 (2)粉煤灰中稀有元素的提取。粉煤灰中含有珍贵的稀有 金属如镓、锗、铀、钛等,它们是尖端技术中不可缺少的重要材 料,而我国的锗和镓矿资源缺乏。目前我国从粉煤灰中提取稀有 金属的方法主要有沉淀法、还原法和萃取法[2]。 (3)粉煤灰中微珠的提取。粉煤灰微珠通常分为漂珠、硅铝 质沉珠、富铁微珠和炭粒,可根据其物理性质不同而从粉煤灰 中分离提取出来。通常采用机械分选和湿法浮选的方法。不同 类型的微珠除可用于传统的建筑材料外,还可用于隔热、防水、 耐火、保温材料,或对其进行表面活化或改性处理用于高强、耐
1 粉煤灰概况
1.1 粉煤灰的产生
现代火力发电厂的锅炉,都用磨细的煤粉作为燃料。当煤粉wenku.baidu.com喷入炉膛中,就以细颗粒或团的形式进行燃烧,充分释放热能。燃 烧后的灰渣,因原煤灰分含量不同,一般占原煤质量的 15%~40%。 煤粉锅炉的灰渣有两种形态:一是从排烟系统中用收尘设施收
收稿日期:2011-01-17
2.1 粉煤灰在建筑建材行业中的应用
(1)粉煤灰水泥。粉煤灰主要由活性二氧化硅和三氧化二
成分 范围 均值
SiO2 33.9~59.7
50.6
Al2O3 16.5~35.4
27.2
表 1 粉煤灰的化学成分
Fe2O3 1.5~15.4
CaO 0.8~9.4
MgO 0.7~1.9
7.0
2.8
1.2
K2O 0.7~2.9
(3)粉煤灰生产肥料。粉煤灰中含有农作物生长所需的硅、 铁、钙、镁、钾、锌、锰、磷、硼、硒等,利用粉煤灰生产的肥料不仅 能提高农作物对多种养分的吸收率,增强对病虫害的抗性,还能 起到保墒透气、改善土壤环境,有益于微生物繁殖等作用。利用 粉煤灰生产的肥料种类主要有粉煤灰复合肥、粉煤灰磁化肥以 及粉煤灰磁化复合肥。
0 引言
粉煤灰是燃煤电厂排出的工业副产物。众所周知我国是煤炭利 用大国,截至 2007 年底全国煤炭查明资源储量为 11 804.45 亿 t, 在相当长的一个时期内,煤炭将是我国的主要能源。目前我国一 次能源结构中,煤炭占了一半以上,煤炭产量的 70%用于发电, 由此产生的粉煤灰占燃煤总量的 30%左右,2009 年我国粉煤灰 的产量达到了 3.75 亿 t,预计 2010 年产生粉煤灰 7 亿 t 左右。 到 2020 年,我国粉煤灰的年总排放量加上目前我国已有的 20亿 t 粉煤灰累积堆存量,总的堆存量将达到 30 多亿 t[1]。
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集 下 来 的 细 粒 灰 尘 ,叫 做 粉 煤 灰 或 飞 灰 ,约 占 灰 渣 总 质 量 的 70%~85%;另一种是在炉膛黏结起来的粒状灰渣,落入锅炉底 部,有的结成大块,经破碎后从炉底排出,就叫做炉底灰或灰 渣,约占灰渣总重的 15%~30%。其中粉煤灰是一种自然界所不 存在的而由人工过程产生的粉状矿物质资源,或者说是“再生 矿产粉状资源”[2]。
(2)废水处理。粉煤灰呈多孔蜂窝状组织,具有较大的比表 面积;同时它还具有活性基团,有较强的吸附能力,可用于废水
处理工程。粉煤灰除去废水中的有害物质主要通过吸附,也有一 定的絮凝沉淀和过滤作用。国内外研究发现,粉煤灰可有效除 去城市生活污水中的耗氧物质(COD);去除富营养型湖泊表层 水和间隙水中的磷酸酶;粉煤灰制成的絮凝剂、分子筛和过滤 介质等对造纸、电镀、印染等行业产生的废水(含氟、酚、铁、铬、 铜等)具有一定的净化作用。
(3)粉煤灰砖。我国墙体材料长期以来以实心黏土砖为主, 实心黏土砖的生产破坏了大量耕地,浪费土地资源与能源。粉煤 灰砖以粉煤灰和黏土为原料烧结而成,与传统的黏土砖相比,它 具有节约土地、节约能源、减轻墙体质量和提高隔热性能等优点[2]。
(4)粉煤灰小型空心砌块。粉煤灰小型空心砌块是指以粉 煤灰、水泥、各种轻重集料、水为主要组分(也可加入外加剂等) 拌和制成的小型空心砌块,它是在小型混凝土空心砌块的基础
关键词: 粉煤灰;资源化利用
中图分类号: TU528.041
文献标志码: A
文章编号: 1002-3550(2011)07-0082-03
Cu rre n t s ta tu s o f re s e a rch o n th e u tiliza tio n o f fly a s h
MAO Shen-dong,LI Zhen,FANG Ying (School of Materials Science,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,China)
2.4 粉煤灰中有用物质的提取
(1)粉煤灰中主要元素的提取。二氧化硅在粉煤灰中的含 量占 50%左右,硅一般以硅胶的形态被提取并进一步被处理为 水玻璃和白炭黑。硅的提取目前主要有碱溶-碳酸化分解-酸溶 和碱溶-微波消解[1]两种方法。
粉煤灰中氧化铝的含量一般在 16.5%~35.4%,最高可超过 50%。氧化铝是生产金属铝的重要原料,也是一种重要的化工产 品。我国的氧化铝原料比较缺乏,部分尚依赖进口。目前氧化铝 的提取在国内外研究较热,主要集中在碱法烧结、酸浸法、沥滤 法和碳氯化法[1]。2008 年底,我国在内蒙古建成利用粉煤灰年产 3 000 t 氧化铝的生产线。
由火力发电产生的粉煤灰已经成为工业固体废物最大单 一污染源。堆放粉煤灰不仅要占用大量的土地,造成土地资源 日益紧张,而且污染周围的空气、水体以及土壤。国际环保组织 绿色和平组织在粉煤灰中检测出 20 多种对环境和人体有害的 物质,其中包括铅、汞、镉、铬和砷这五种重金属。这些有害物质 随粉煤灰的排放进入到自然环境中,通过呼吸、饮水等途径直 接进入人体或通过食物链间接进入人体,危害人体健康。因此, 如何资源化利用粉煤灰,减轻环境和社会经济负担,已成为时 下研究的热点之一。
茅沈栋,李 镇,方 莹 (南京工业大学 材料学院,江苏 南京 210009)
摘 要: 粉煤灰是燃煤产生的一种工业固体废物,其资源化利用一直被世界各国政府和专家学者所关注。结合国内外文献,针对粉煤灰
的性质特点,介绍了其在建筑建材、环保、农业、有用物质提取等方面的研究与应用现状,并提出了粉煤灰综合利用的几点建议。
上发展起来的。粉煤灰小型空心砌块技术成熟、工艺简单、成本 低,目前在我国应用普遍,原料配合比种类较多[6]。
(5)在道路工程中的应用。粉煤灰可代替部分筑路材料被 广泛应用于路面、路面基层、填筑路堤及结构回填等道路工程 中。在铺筑路面时,采用粉煤灰替代部分水泥可降低公路工程造 价,提高路面的抗压强度、抗弯拉强度及路面的耐磨性[7]。粉煤 灰的渗透系数比黏土的渗透系数大几百倍,可提高路堤的强度 和稳定性。我国路基中有相当一部分采用了石灰粉煤灰稳定土 和石灰粉煤灰稳定碎石,具有后期强度高、水稳定性和抗冻性 好以及易施工等优点。
2011 年 第 7 期( 总 第 261 期 ) Number 7 in 2011(Total No.261)
doi:10.3969/j.issn.1002-3550.2011.07.027



Concrete
原材料及辅助物料 MATERIAL AND ADMINICLE
粉煤灰资源化利用的研究现状
1.3 粉煤灰的矿物组成
煤粉在锅炉中燃烧时,其无机物经历了分解、烧结、熔融及 冷却等过程。冷却后的粉煤灰基本上可分成玻璃体及晶体矿物 两大类,我国大多数粉煤灰的矿物组成如表 2 所示[3]。
2 粉煤灰的资源化利用
目前,粉煤灰资源化利用的研究热点主要集中于建筑建 材、环保、农业以及有用物质的提取等方面,以下分别就这些方 面进行论述。
张玉昌等[15]试验表明,应用磁化肥比等养分的非磁化肥,水 稻增产 7%~16%,小麦增产 10%~15%,玉米增产 5%~13%,蔬菜 增产 10%~35%,苹果增产 6%~17%,且氮素利用率提高 5%,磷 素利用率提高 2.7%。多元磁化复合肥之所以具有较高的增产效 果,是其土壤磁学效应、生物磁学效应、肥料磁学效应和配合比 施肥技术综合作用的结果。
2.2 粉煤灰在环境保护方面中的应用
(1)废气处理。粉煤灰中含有未燃尽的炭,可用于制备活性 炭的先驱体,经处理后可以吸附氮氧化物[8];此外,粉煤灰含有
较多的 CaO、MgO、Na2O 等碱性氧化物,水溶液呈碱性。粉煤灰 与氢氧化钙的混合物是一种优良的 SO2 吸附剂,与活性炭相比 成本更为低廉[9];Masaki 等[10]用粉煤灰作原料合成含氯化钙和 5%活性炭的吸附剂,其在 120 ℃时对汞的脱除率达 99%以上。
1.2 粉煤灰的性质
粉煤灰是白色或灰色的粉状物料,尺寸从几微米到几百微 米,它的颜色与含碳量有关。燃煤种类、煤粉细度、燃烧温度、燃 烧方式以及收集方式等因素决定了粉煤灰的物理化学性质。我 国粉煤灰的平均密度为 2.1 g/cm3,平均密实度为 36.5%,比表面 积为 1 180~6 530 cm2/g[3]。粉煤灰的主要化学成分有 SiO2、A12O3、 CaO、Fe2O3、MgO、Na2O、K2O、SO3 等和未燃烧的碳,还有一些微 量元素和稀有元素。我国大多数粉煤灰的化学成分[4]如表 1 所示。
据报道,将粉煤灰与胶状黏土相混合,当粉煤灰掺入量在 5%~30%之间时,可以制得渗透性极小(K<1.00×10-7 cm/s)的衬 里材料。当粉煤灰掺入量为 20%时,该混合材料可被用作废水处 理装置的衬里和覆盖物[11]。
2.3 粉煤灰在农业中的应用
(1)粉煤灰覆土造田。粉煤灰可在涝洼地、塌陷地、山谷、烧 砖、开矿等造成的坑洼地上代替土壤造田。据报道,在电厂的贮 灰场上覆土种植几十种作物,均获得较好的收成[12]。粉煤灰填充 后也可覆土造田,胡振琪等[13]对覆土后土壤的理化性状进行了 研究,结果表明,土壤密度和含水量均大于农业土壤,钾和速效 钾含量充足,而全氮和速效磷含量偏低,可以通过补氮及增施 有机质等措施加以改善。
(2)粉煤灰改良土壤。粉煤灰中的硅酸盐矿物质和炭粒具 有多孔结构,这是土壤本身的硅酸盐矿物质所不具备的。将粉煤 灰施入土壤,有利于降低土壤密度,增加孔隙率,提高地温,缩 小土壤膨胀率,改善土壤的孔隙度和溶液在土壤内的扩散情况, 有利于植物根部加速对营养物质的吸收和分泌物的排出,促进 植物生长[14]。粉煤灰可用于改良酸性土壤,提高土壤的 pH 值。 此外,粉煤灰还可以提高土壤中植物所需的营养元素的含量。
为节省燃料、增加产量,降低电能、降低产品成本,改善水泥某 些性能[5]。
(2)粉煤灰混凝土。粉煤灰混凝土泛指掺加粉煤灰的混凝 土。实践证明在配置混凝土混合料时,掺入一定数量和质量的粉 煤灰,可达到改善混凝土性能,节约水泥用量,提高混凝土制品 质量和工程质量,以及降低制品生产成本和工程造价的目的[5]。
Ab s tra ct: Fly ash is an industrial solid waste which generated during the combustion of coal for energy production.The utilization of fly ash has always been a matter which is concerned by the governments and experts in the world.Referred to its properties,this paper summarizes the current status of research on the utilization of fly ash in builing materials,environmental protection,agriculture,extraction of useful materials on the analysis of related domestic and foreign literature.Puts forward some suggestions about the utilization of fly ash. Ke y w o rd s : fly ash;utilization
1.3
Na2O 0.2~1.1
0.5
SO3 0~1.1
0.3
% Loss 1.2~23.5 8.2
名称 范围 均值
石英 0.9~18.5
8.1
表 2 粉煤灰的矿物组成
莫来石 赤铁矿 磁铁矿
2.7~34.1 0~4.7 0.4~13.8
21.2
1.1
2.8
玻璃体 50.2~79.0
60.4
铝组成,可代替黏土进行配料,用于水泥的生产。粉煤灰应用 于水泥生产,不仅具有经济效益,还具有社会效益,集中表现
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