粉煤灰利用研究現狀及其在環境保護中的應用探析

徐昌+王曉玉+王斌

摘要：根據相關文獻針對粉煤灰性質以及應用狀況進行了分析，實際結果表明粉煤灰在水泥行業中的應用最多。基于此，為了更好地保護環境并踐行可持續發展理念，將環保高附加值產品以及多孔陶瓷型的產品開發確定為粉煤灰利用主導產品。文章將粉煤灰作為重要的研究對象，針對其利用研究的現狀以及在環境保護當中的具體應用展開了探討。

關鍵詞：粉煤灰；利用研究現狀；環境保護；水泥行業；環保高附加值產品 文獻標識碼：A

中圖分類號：X705 文章編號：1009-2374（2017）06-0101-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.051

1 粉煤灰性質研究

粉煤灰屬于球形或者是微珠集合體，其直徑通常在1～100微米之間，而比重控制在2.02～2.56范圍內。如果氧化鈣與三氧化二鐵的含量不斷提高，比重也增加，那么在沒有燃盡炭量增加的情況下，比重也會隨之降低。其中，粉煤灰白色度在26～66之間，主要取決于二氧化三鐵的含量。根據BET理論內容，其比表面積主要控制在0.7～36.6之間，但是由于未燃盡炭數量產生的影響，會隨其增加而不斷提高。但是，所運用的測量方法，粉煤灰含碳量可以縮小至31.39%～0.08%范圍內。對于完全脫炭粉煤灰而言，其BET比表面積則控制在0.5～1.5平方米/克之間。在粉煤灰中，二氧化硅、三氧化二鋁與三氧化二鐵的比重超過了70%，而氧化鈣與氧化鎂的含量比重并不大。氧化鈣與氧化鎂含量會在原煤組成以及產出時代的作用下發生改變，通常都不會超過10%，但是也不會低于0.2%。而粉煤灰是非晶態玻璃構成的，而結晶礦物主要有石灰、石膏以及莫來石和石英等。石英是主要的結晶相，但是莫來石和原煤當中的硅鋁礦物熱分解存在一定的聯系。在粉煤灰當中，礦物狀態構成比例與炭質以及燃燒的冷卻條件存在緊密的

關系。

2 關于粉煤灰綜合利用的闡述

根據粉煤灰利用的分布途徑分析，在水泥行業中的應用最為常見，其次被應用在充填煤坑與土木工程當中。特別是在水泥行業當中，粉煤灰是水泥原料與混合料，主要是對其中含有的二氧化硅、三氧化二鋁以及三氧化二鐵予以相應的利用，并且替代黏土被應用在實踐中。但是，替代幾率主要與粉煤灰當中含有的三氧化二鋁比重以及二氧化硅與三氧化二鋁比值存在直接聯系，如果比值相對較大，那么粉煤灰用作水泥原料的幾率也會隨之增加。若水泥當中所含鋁酸鈣的含量較高，那么使用粉煤灰的量也將迅速提高。如果在1200℃～1300℃的環境當中燒成粉煤灰，二氧化碳生成量也將隨之下降，不會對生態環境帶來較大的負面作用。為此，能夠對礦物組成進行適當地控制，進而生產出速凝材料亦或是緩凝材料。在水泥中，粉煤灰是混合材料，通過對粉煤灰白榴火山灰效應的合理運用，增強了使用的效果。而要想保證混凝土與水泥料漿流動效果，減少有機混合劑吸附的量，最重要的就是要對其顆粒組成以及未燃盡炭的數量予以相應的控制。針對混凝土而言，通過對球形粉煤灰的合理運用，能夠實現混凝土工作性能以及流行性能的有效改善，使得充填率提高，且減少單位用水量，而水化熱的降低使得粉煤灰被廣泛應用在大型混凝土施工中。

在建筑領域中，粉煤灰被應用在混凝土二次制品以及內外墻壁材料的制造過程中，能夠替代水泥與石英使用。與此同時，粉煤灰實現完全熔融，通過離心分離方法制作纖維灰絨。而在土木行業中，對粉煤灰小顆粒密度進行了合理地運用，因為其泥質成分相對較多且具有較大的壓密系數，因此能夠替代砂質進行合理地運用。

另外，粉煤灰和有機質廢棄物的相互混合與發酵，能夠制造出特殊的肥料。同時，針對粉煤灰和鉀原料進行熱處理，則可以制造出鉀肥。除此之外，粉煤灰也可以當作植物營養成分來運用，可以在掩埋粉煤灰之上種植植物。然而，因為粉煤灰當中存在未燃盡炭而且堿性不高，所以能夠和生物體更親和，對于藻類繁殖十分有利，在人造漁場建設方面發揮著積極的作用。基于此，在粉煤灰當中還有磁鐵礦以及氧化鋁，在物理與化學處理以后，能夠將鐵、硅、鋁以及鉻等有價物質有效

收集。

3 環境保護中對粉煤灰的具體應用

由于粉煤灰的比表面積相對較大，且柜體吸附劑的性能突出，所以通過對這一性能的合理運用，能夠對廢棄物進行適當地處理。另外，粉煤灰當中含有一定的堿性物質，因而可以被用作排煙脫硫劑。針對粉煤灰中未燃盡炭多孔性的特征予以充分運用，能夠將地下水污泥形成的氨、磷與有機物等進行有效吸附，同時還能夠對工業廢水當中所含有的氟化物以及磷酸鹽等物質進行全面處理。針對城市固體廢棄物的燃燒，形成并排出的氯化汞會對生態環境造成嚴重的污染，可以使用氫氧化鈣、活性炭亦或是兩者的混合物來降低氧化汞的排放總量。充分考慮公式，對不同溫度條件下等溫吸附穿透曲線的結果表明，對粉煤灰的應用能夠對氯化汞排放量進行有效地控制。

要想實現粉煤灰吸附的性能的全面提升，并且在環境保護領域拓展其使用的范圍，自20世紀80年代中期，利用粉煤灰已經合成了沸石。而在自然條件之下，很多沸石都采用了火山玻璃會與巖層當中堿性溶液反應所形成。因為壓力以及溫度都不高，而且土壤溶液具有一定的堿性，所以在生成沸石方面的速度也會減慢，但是人工合成速度卻迅速提高。在人工合成沸石的過程中，途徑與方法很多，而水熱合成法的應用最為常見。其中反應物主要有可溶性鋁酸鹽與硅酸鹽，還有活性氧化物。為了達到節約能源與環保目標，就可以充分采用廢棄資源，進而合成沸石，而主要的原料就是粉煤灰，還有造紙行業含有硅元素的廢棄物以及谷物的燒卻灰等。而原煤通過燃燒會形成粉煤灰，這也是其主要的來源。但是，原煤當中的主要黏土礦物就是高嶺石與綠泥石。若煤是在淡水環境中形成，那么高嶺石就是唯一黏土礦物，而石英則是次要的結晶礦物。在空氣中加熱的過程中，高嶺土型的黏土會出現晶型的轉變，最終形成石英以及莫來石等。隨后，在和氫氧化鈉溶液進行反應的過程中，可以利用亞高嶺石亦或是類似于物質都可以合成沸石。

要想對難以過濾性料漿以及稀薄料漿過濾的性能予以有效改善，就需要將過濾助劑添加至其中。而比較常見的就是硅藻土，實際的消費量占據80%的比重。而硅酸鈣水化物以及硅藻土都屬于多孔結構，所以對粉煤灰進行合理利用并當作原料合成托貝莫來石粒子也可以對含有重金屬粒子污染物進行有效處理。針對粉煤灰水熱合成反應來說，玻璃相含堿量的增加，則能夠對水花石榴石析出予以相應的抑制。除此之外，粉煤灰也可以在多孔陶瓷制作方面發揮重要作用，主要是粉煤灰與膨潤土組成，而水固比是0.5，在混合均勻以后成型，并且在環境溫度為105攝氏度的情況下進行干燥，時間控制在

一天。

4 結語

綜上所述，在可利用資源匱乏的情況下，人們的環境保護意識也隨之提高，因而粉煤灰利用的重點也將環境保護與低質灰等作為重要的產品開發方向。其中充分利用粉煤灰代替水泥使用量，最終生產出含量較高的粉煤灰混凝土，進而對二氧化碳排放量予以嚴格地抑制。但是粉煤灰作為活性炭與吸附材料尚未染灰利用，還有對稀有金屬有價物回收都比較適用在土木行業當中。以上針對粉煤灰的綜合利用以及在環境保護中的應用展開了深入探討，希望為粉煤灰的推廣應用提供有價值的理論依據。

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作者簡介：徐昌（1965-），男，黑龍江齊齊哈爾人，大慶市環境監測中心站高級工程師，研究方向：土壤化學、環境監測。

（責任編輯：蔣建華）