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粉煤灰综合利用研究进展 雷 瑞 , 付 东升 , 李 国法 , 孙欣新 , 袁 聪 , 郑化安 陕西煤业化工技术研 究院有限责任公司, 陕西 西安7 1 0 0 6 5 摘要 从环境保护和可持 续发展 角度, 介绍 了粉煤灰堆存 的危害和 国内外粉煤灰综合利 用概况。分别从粉煤灰筑路 回填, 生产不 同粉煤灰掺量的水泥、 混凝土、 粉煤灰砖、 新型墙体 材料等建筑材料 , 高附加值矿物提取、 废 气废水治理及农业等方面的应用情况 出发 , 综述 了国 内外粉煤灰综合利用的研 究现状和进展。并针对 中国粉煤灰综合利用存在的问题和 国家政 策导向, 提 出了中国粉煤灰综合利用应在现有基础上积极推广粉煤灰利废建材生产、 推 广采 用粉煤灰筑路等建筑工程技术、 推进 高附加值矿物提取技术产业化等技术发展趋势。 关键词 粉煤灰; 固体废物; 循环经济; 清洁生产 ; 综合利用 中图分类 号 T D 8 4 9 ; T Q I 7 2 ; X 7 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 6 7 7 2 2 0 1 3 0 3 0 1 0 6 0 4 Re s e a r c h p r o g r e s s o f fly a s h c o m p r e he n s i v e u t i l i z a t i o n L EI Ru i , FU Do n g s h e n g, LI Gu o f a, S UN Xi n x i n, YUAN Co n g, ZHENG Hu a a n S h a a n x i C o a l a n d C h e mi c a l T e c h n o l o g y I n s t i t u t e C o . , L t d . , X i “ a n 7 1 0 0 6 5 , C h i n a Ab s t r a c t I n t r o d u c e t h e h a r m o f fly a s h s t a c k a n d i t s c o mp r e he n s i v e u t i l i z a t i o n a t h o me a n d a b r o a d f r o m t h e a s p e c t s o f e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n a n d s us t a i na b l e d e v e l o p me n t . Th e ma i n me t h o d s o f fly a s h u t i l i z a t i o n a r e b a c k fi l l i n g r o a d, pr o d u c i n g c e me nt , c o n c r e t e, fly a s h b r i c k a n d n e w t y p e wa l l ma t e r i a l s , e x t r a c t i n g hi g h v a l u e a d d e d mi n e r a l s , ma ki n g t he s o i l mo r e f e r t i l e . Ba s e d o n t h e p r a c t i c a l u t i l i z a t i o n s t a t u s o f fly a s h a t ho me a nd n a t i o n a l p o l i c i e s , p o i n t o u t t h a t b u i l di n g ma t e r i a l s p r o d u c t i o n,r o a d ba c k fil l ,h i g h v a l ue a d d e d mi n e r a l s e x t r a c t i o n a r e t h e u t i l i z a t i o n t e n d e n c y o f fl y a s h. Ke y wo r d s fly a s h; s o l i d wa s t e s; c i r c u l a r e c o n o my; c l e a ne r p r o d u c t i o n; c o mp r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n 0 引 言 中国是以煤炭为主要能源的国家, 电力的 7 6 % 由煤炭产生 , 燃煤产生 的粉煤 灰总堆存 量 已超过 1 0亿 t , 而且还在 以每年 0 . 8亿 ~1亿 t的速度增 加 , 成为世界上最大的排灰 国u J 。粉煤灰存放不仅 占用大量土地 , 还会造成严重 的环境污染。开展粉 煤灰等煤 系 固体废 弃物综合 利用 , 延伸煤 炭产 业 链 , 不仅关系到中国煤炭产业 、 电力 业及相关 _r 业可持续发展问题 , 而且对保护土地资源 , 减少 、 消 除污染 , 实现循环经济具有重要意义。 1 国外粉煤灰综合利用现状 国外粉煤灰的综合利用最早可追溯到 2 0世纪 2 0年代 , 当时一些 发达国家开始对粉煤灰进行研 究 。国外粉煤灰的资源化利用备受重视 , 综合 收稿 日期 2 0 1 3 0 4 2 0 责任编辑 孙淑君 作者简介 雷瑞 1 9 8 4 一, 女 , 陕西西安人 , 博士 , 工程师 , 主要从事新材半 斗 开发工作。E - ma il le i r u i 9 9 h o t ma il c o rn。 引用格式 雷瑞, 付东升 , 李国法, 等 粉煤灰综合利用研究进展[ J ]洁净煤技术, 2 0 1 3 , 1 9 3 1 0 6 1 0 9 1 06 洁净煤技术 2 O l 3年第 1 9卷第 3期 利用率很高 , 如荷兰达到 1 0 0 % , 意大利达到 9 2 % , 丹麦 9 0 % , 比利时 7 3 %等, 粉煤灰 已广泛应用 于建 材 、 建工 、 交通 、 农业 、 化工和冶金等行业 。粉煤 灰利用率最高、 技术经济效果最好 的利用方式 主要 体现在建 材工业 和建筑工程领域 J 。近年来 , 国 外开发了以粉煤灰为原料生产 内外墙 、 地 面装饰用 瓷砖 、 保温隔热材料 、 填料的新技术 一 。美 国、 日 本等 国针对粉煤灰在农 业方面的利用也进 行 了研 究 , 主要是利用粉煤 灰 的组分特征 、 物理 和化学特 性对土壤进行改 良及制作肥 料等 。 日本等 国还 利用粉煤灰 的物理 和化学吸附性质开展 了废水处 理 、 烟气脱硫等研究_ 9 。针对粉煤灰 的某些特定 组分, 发达 国家最早从精 细化工利用方 面, 提取粉 煤灰 中的特性组分开展研究 _ l , 并取得了比较满意 的成果 。 2 国 内粉煤灰综合利用现状 2 . 1 国内粉煤灰综合利用概况 “ 十一五” 期间, 中国在粉煤灰综合利用水平提 高和国家政策完善的基础上, 粉煤灰综合利用取得积 极进展_ l 2 0 1 0年粉煤灰综合利用量达 3 . 0 0亿 t , 综合利用率达 6 9 % , 相 比2 0 0 5年综合利用情况 , 利 用量提高了约 1 亿 t , 利用率提高了 3 %。主要利用 方式体现在筑路回填 、 生产高掺量建材及 高附加值 矿物提取等 , 其中高掺量混凝土在多项重大工程 中 得到了应用 , 高铝粉煤灰提取氧化铝技术 逐步走 向 产业化_ l 。“ 十一五” 期 间, 粉煤灰综合 利用取得 了明显的经济效益和社会效益 , 但也并存诸 如综合 利用区域发展不平衡 , 堆积量 大, 综合利 用水平有 待提高 , 综合利用项 目规模小等诸多问题_ 】 。 2 . 2 粉煤灰综合利用进展 2 . 2 . 1 粉煤灰作井下回填和充填矿井塌陷区 粉煤灰填方 造地是综合利 用最直接有效 的方 式 , 用粉煤灰注浆充填采空 区不仅可以加 强围岩和 煤柱 , 还可起到防火效果 , 达到了就地取材 、 废物利 用 的目的。 2 . 2 . 2粉 煤灰 用 于筑路 工程 近几年筑路用灰的 比例不 断提高 , 粉煤灰 已大 量用于建设公路路堤 , 减少粉煤灰积存 的同时提高 了路堤质量。 2 . 2 . 3 粉煤灰用作建筑材料 中国粉煤灰综合利用最早用于生产建筑材料 , 主要利用途径有配制 粉煤灰水泥 、 粉煤灰混凝 土、 雷瑞等 粉煤灰综合利用研究进展 粉煤灰烧结砖 、 粉煤灰砖砌块 、 粉煤灰陶粒 、 微 晶玻 璃等 ] 。 1 粉煤灰水泥 粉煤灰水泥可广泛用 于工业与民用建筑 中, 尤 其适用 于大体 积混凝 土 、 水工 建筑 、 海 港工程 等。 粉煤灰可分别生产不同掺量范围的水泥 , 这也是 利用量较大的一种方式 , 可降低水泥生产成本 , 提 高企业经济效益 。 2 粉煤灰混凝土 在混凝 土 中掺人 粉煤 灰, 不但 能部分 代替 水 泥, 降低工程造价, 而且能提高混凝 土性能 , 是高性 能混凝土的理想掺合料 。最早使用粉煤灰混凝 土的三峡大坝工程 , 利用粉煤灰 3 . 3万 t , 节省水泥 2 . 1 3万 t ; 北京奥运会场馆及配套设施 工程建设利 用粉煤灰 3 5 0多万 t 。 3 粉煤灰墙体材料 ①烧结粉煤灰砖 烧结粉煤灰砖 以粉煤灰 和黏土为主要原料 , 粉 煤灰掺量为 3 0 %~ 7 0 % , 具有保护环境、 节约能耗 、 减轻建筑负荷 、 降低劳动强度等优点。牡丹江中远 实业集 团责任公司建有 7条粉煤灰砖生产线 , 年产 粉煤灰砖 1 . 5亿块 , 为企业带来 可观 的经济效益和 社会效益 。 ②蒸压粉煤灰砖 太原钢铁集 团粉煤灰综合利用公 司是 国内最 早开发粉煤灰墙体砖的企业之一 l l 引, 拥有年产 2亿块 蒸压粉煤砖灰生产线及 3 0万 m 蒸压加气混凝土砌 块 , 可实现每年利用粉煤灰等废弃物 5 2万 t , 综合利 用率达到了 7 2 %~ 8 0 %。世博会山西馆的外墙就是 采用太钢生产的 3 0 7 6块蒸压粉煤灰砖砌成。 ③粉煤灰砌块 粉煤灰砌块至今 已发展有蒸压粉煤灰加 气混 凝土砌块、 粉煤灰混凝土小 型空心砌块 、 粉煤灰 空 心砌块等。粉煤灰 砌块与黏土砖相 比, 密度低 、 强 度高、 耐久性好 , 符 合 当今墙体材料 向轻质 、 高强 、 大块改革的发展方向, 是黏土砖的理想替代品。 ④粉煤灰陶粒 粉煤灰陶粒用途非常广泛 , 可用 于生产粉煤灰 陶粒砌块 、 保 温轻质 混凝 土、 结 构轻 质混凝 土等。 2 0 1 1 年 6月山西西山热 电环保 配套工程粉煤 灰综合利用项 目正式开工建设 , 项 目一期包括年产 2 0万 m 粉煤灰陶粒项 目和年产 2 0万 m 粉煤灰加 气混凝土砌块项 目, 加上二期配套项 目最终可实现 l 0 7 西山热电粉煤灰零排放 目标 。 ⑤粉煤灰轻质板材 主要包括粉煤灰硅钙板 、 粉煤灰加气混凝 土板 材等, 目前 国内已有厂家进行批量生产。粉煤灰轻 质板材具有轻质 、 高强 、 保温 、 隔音 、 防潮 、 不燃等优 点 , 广泛用于工业和民用建筑工程中。 ⑥粉煤灰制微晶玻璃 粉煤灰制微 晶玻璃是一项集 陶瓷制备新技术 和工业固体废弃物再生利用于一体 的新材料制 备 技术 , 可用于建筑幕墙及 室 内高档装饰 , 还可做 机 械上的结构材料 , 电子、 电工上 的绝缘材料 , 大规模 集成电路的底板材料 , 微波炉耐热器皿 、 化 工与防 腐材料和矿山耐磨材料等。 2 . 2 . 4粉煤 灰提取 氧化 铝 粉煤灰提取氧化铝技术备受关注, 有序推进高 铝粉煤灰提取氧化铝及其配套项 目建设是“ 十二五” 粉煤灰综合利用的主要任务之一l 2 。 自2 0 0 4年 以 来 , 大唐国际与清华大学 自主开发高铝粉煤灰提取 氧化铝技术, 经过近 5 a的科技攻关掌握了关键工 艺路线 , 目前已进入工业化实施阶段 2 。神华集团 与吉林大学合作 , 针对 内蒙古准格尔矿 区流化床高 铝粉煤灰 中氧化铝提取开展攻关 , 在制备冶金级氧 化铝 同时, 提取稀有金属镓 , 制取 白炭黑 、 净水剂及 建筑墙体材料 , 实现 了粉煤灰的零排放 _ 2 。神华集 团“ 年产 1 0 0万 t 氧化铝及综合利用工业化示范厂” 已于 2 0 1 1 1 2 1 8进行 了奠基典礼, 预计 2 0 1 3年底 建成投产。 2 . 2 . 5粉煤 灰 用于其他 方 面 粉煤灰在化工 、 环境保 护、 农业等领域 的综 合 利用也取得了一些科研成果。 1 环境保护 在环境保护方面, 主要是基于粉煤灰 的吸附特 性及特定组分用于废水 、 废气 的处理。如利用粉煤 灰制备的聚合氯化铝 、 硫酸铝等絮凝剂在污水处理 方面具有成本低 、 效率高等特点 , 应用前景广阔 。 2 农业 目前 , 中国粉煤灰在农业方面的研究 主要是利 用粉煤灰改 良土壤 、 生产化肥 。 3 塑料 、 橡胶 粉煤灰用于塑料 、 橡胶填料也有很好 的利用价 值。如将粉煤灰处理后用作橡胶 的补强填充剂 , 可 在降低生产成本 的同时, 提高产 品质量 , 具有较好 的经济效益。 1 08 4 沸石分子筛 将粉煤灰合成沸石 是有效 利用资源的途径之 一 ,此项 目工艺简单 、 能耗低 、 合成产率高且无三废 污 染 。 5 回收铁 、 磁珠 粉煤灰中的铁 以不同价态氧化铁等形式存在 , 可回收利用。 6 空心微 珠 空心微珠是粉煤灰经高温熔融 、 雾 化后, 遇冷 产生的一种空心球形珠体 , 具有轻质高强、 耐高温 、 绝缘性高等特性 , 可广泛 应用于耐火材料 、 合成 塑 料 、 橡胶 、 石油 、 航空等工业生产 。 3 粉煤灰综合利用发展趋势 2 0 1 1年 , 中国粉煤灰综合 利用量 达 3 . 6 7亿 t , 综合利用率达 6 8 % , “ 十二五” 末中国粉煤灰综合利 用率将提高到 7 0 % , 在扩大利废规模 、 提高利用水 平的基础上 , 粉煤灰综 合利用将 得到平 衡稳 步发 展 。根据 国家的政策规定 , 针对中国粉煤灰综合 利用存在 的问题 , 应在现有 的工作基础上 , 积极推 广粉煤灰加气混凝土 、 蒸压砖 、 陶粒等利废建材生 产应用 , 提高利用量 ; 推广采用粉煤灰建造水坝 、 油 井平台、 路基等建筑工程技 术; 推进高铝粉煤灰提 取氧化铝技术 的产业化 ; 研 发粉煤灰用于农业 、 污 水处理及各类填充材料等技术。积极推进陕西 、 山 西、 内蒙等粉煤灰堆存量大的地 区的粉煤灰综合利 用进程, 提高粉煤灰综合利用水平。 参考文献 [ 1 ] 郭新亮. 燃煤电厂粉煤灰综合利用技术研究[ D] . 西 安 长安大学 , 2 0 0 9 . [ 2 ] A n o n . A n I n v e s t i g a t i o n t o t h e P o z z o l a n i c N a t u r e i n C o a l A s h e s [ J ] . E n g i n e e r i n g N e w s R e c o r d , 1 9 1 4 , 7 1 2 4 1 3 3 41 3 3 5. [ 3 ] H o c k J L , L i c h t m a n D . T h e d e v e l o p m e n t o f a u t o c l a v e d c e l l u l a r c o n c r e t e [ J ] . C e l l u l a r C o n c r e t e , 1 9 9 8 , 7 1 1 1 5 一 l 8. [ 4 ] 陈树义. 国外粉煤灰在建材 T业 中的开发应用 [ J 1 . 粉 煤灰综合利用 , 1 9 9 0 2 2 7 3 4 . [ 5 ] 黄谦. 国内外粉煤灰综合利用现状及发展前景分析 [ J ] . 中国井矿盐, 2 0 1 1 , 4 2 4 4 1 4 3 . [ 6 ] S i d d i q u e R . E f f e c t o f fi n e a g g r e g a t e r e p l a c e m e n t w i t h c l a s s F fly a s h o n t h e me c h a n i ca l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e [ J ] . C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h , 2 0 0 3 , 3 3 4 5 3 9 5 47. 洁净煤技术 2 0 1 3年第 l 9卷第 3期 [ 7 ] H a n e h a r a S , T o m o s a w a F , K o b a y a k a w a M. E f f e c t s o f w a t e r [ 1 5 ] 刘关宇. 粉煤灰综合利用现状及前景l J J . 科技情报 r a t i o . m i x i n g r a t i o o f fl y a s h a n d c u r i n g t e m p e r a t u r e o n 开发与经济, 2 0 1 0 , 2 0 1 9 1 6 7 1 6 9 . p 0 z z o l a n i c r e a t i 0 n o f fl v a s h i n c e me n t p a s t e [ J ] . C e m e n t [ 1 6 ] 周国成, 张饶 , 张爱民, 等. 粉煤灰综合开发技术概述 a n d C o n c r e t e R e s e a r c h . 2 0 0 1 , 3 1 1 3 1 3 9 . [ J ] . 泸天化科技, 2 0 1 1 4 3 0 3 3 0 7 . [ 8 ] 李桂中. 电力建设与环境保护[ M] . 天津 天津大学出 [ 1 7 ] 邓琨. 固体废弃物综合利用技术的现状分析[ J ] - 中 版社, 2 0 0 0 9 7 0 1 0 0 0 . 国资源综合利用, 2 0 1 1 , 2 9 1 3 3 4 2 [ 9 ] W。 。 1 a r d C D, S t r U n g J , E a s u C R. E v a l u a t i 。 。 f t h e [ 1 8 ] 孙晓霞 蒸压粉煤灰砖 走进新时代[ J ] 新材料产 u s e。 f m。 d i fi e d c o a 1 a s h a s a p 0 t e n t i a l s 。 r b e n t f o r o r g a n i c 业 , 2 0 1 0 9 7 9 - 8 2 . a s t e s t e a 『 J ] . A p p l i e d G e o c h e mi s t r y , 2 0 0 2 , 1 7 8 [ 1 9 ] 陈丽 浅 谈 西 山煤 电 集 团公 司 粉煤 灰 的综 合 利 用 】】 5 9一l 1 6 4. [ J ] 科技情报开发与经济, 2 0 1 0 , 2 o 2 0 1 6 4 - 1 6 5 . [ 1 o 3 B e h ro o z s G ,C a rl F S ,W ojc ie ch s J ,e t a1. S im u h a n e o u s [ 2 o ‘ 工 业 里 体 废 l物 综 合 利 用 “ 十 二 五 ” 规 划 o n 0 J 0 f Hg O, SO2, “d NOx by”。 。 1 0 x i dj 。 d l 。 i “ 『 2 1 ] 孙俊民, 姚强 , 张战军, 等. 一种从高铝粉煤灰中提取 b a s e d s 。 r b e n t s [ J ] J o u ma 1。 f A i r a “ d W M “ a g 。 二氧化硅 、氧化铝及氧化镓的方法 中国, 1 0 1 2 8 4 6 6 8 A s s o c i a t i o n , 2 0 0 2 , 5 2 3 2 7 3 2 7 8 . 『 P ] .2 0 070 41 2. [ 1 1 ] 赵宏, 陆胜 , 解晓斌. 用粉煤灰制备高纯超细氧化铝 [ 2 2 ] 魏存弟 ,杨殿范 , 裴亚利. 一 种制备氧化 铝 的方 法 中 粉的研究[ J ] . 粉煤灰综合利用, 2 0 0 2 6 8 1 0 . 国 ,1 9 2 7 7 1 6 『 P ] . 2 0 0 6 0 8 2 9 . [ 1 2 ] 杨利香, 施钟毅. “ 十一五” 我国粉煤灰综合利用成效 『 2 3 ] 王丽华. 利用高铝粉煤灰制备聚合氯化铝的实验研 及其未来技术方向和发展趋势 [ J ] . 粉煤灰, 2 0 1 2 究[ D] . 北京 中国地质大学 北京 , 2 0 0 6 . 4 4 - 9 . [ 2 4 ] 聂轶苗 , 刘淑贤, 牛福生, 等. 粉煤灰研究进展及展望 [ 1 3 ] 国家发展改革委环资司. 推进大宗固体废物综合利 [ J ] . 混凝土, 2 0 1 0 4 6 2 - 6 5 . 用促进资源循环利用产业发展[ J ] . 中国资源综合利 [ 2 5 ] 国家发展改革委环资司. 国家发展改革委关于印发 用. 2 0 1 0 . 2 8 5 1 8 1 9 . “ 十二五” 资源综合利用指导意见和大宗固体废物综 [ 1 4 ] 吴韩. 粉煤灰在建筑材料 中的应用[ J ] . 中国建材科 合利用实施方案的通知 [ J ] . 再生资源与循环经济, 技 , 2 0 1 0 4 6 3 6 7 . 2 0 1 2 , 5 1 6 1 2 - 【 上接第 1 0 5页 [ 7 ] 周建军, 武英刚, 兰小军. 小型燃精细水煤浆锅炉电除 5 在投入低温余热 回收装置运行后 , 汽机 的热 尘的试验研究⋯ 洁净煤技术, 2 0 0 8 , 1 4 5 9 6 9 9 耗下降 了 5 9 k J / k Wh , 对应发 电煤耗率下 降 了 2 . 8 [ 8 3 陈涛 应用于低压省煤器的H型鳍片管传热分析[ J ] g/ k W h 左 右 ,机 组 运 行 l生 明 显 提 升 c [9 ] 羹 业 锅 炉 烟 气 余 热 利 用 参考文献 新技术[ J ] . 节能技术, 2 0 1 2 4 3 4 2 - 3 4 5 . [ 1 0 ] 段立强, 李冉 , 杨勇平. 烟气冷却器的节能效果评价 [ 1 ] 康晓妮, 马文举, 马涛, 等- 3 2 0 MW机组锅炉加装低温 [ J ] .节能技术 , 2 0 1 2 5 3 8 7 3 9 1 . 省煤器的经济性研究[ J ] 热力发电, 2 o 1 2 5 8 - 1 1 [ 1 1 ] 张付新 ,袁晓豆, 史月涛 , 等. 1 0 2 1 t / h锅炉单侧增设 [ 2 ] 福建龙净环保股份有限公司 静电除尘器研究实验报 低压省煤器降低排烟温度的实践[ J ] .电站 系统 工 告 [ R] . 龙岩 福建龙净环保股份有 限公 司 , 2 0 1 2 . 程 .2 0 1 2 5 2 1 2 3 . [ 3 ] 胡广涛, 岳益锋. 降低锅炉排烟温度利用烟气余热的 [ 1 2 ] 吕中平 .锅炉热效率监测及分析[ J ] . 计量与测试技 实践与理论研究[ J ] . 节能技术, 2 0 1 2 4 2 9 5 2 9 8 . 术 ,2 0 1 2 8 1 2 . [ 4 ] 林峰. 基于低压省煤器技术的 2 0 0 MW锅炉排烟余热 [ 1 3 ] 杜艳玲, 李斌, 李露, 等. 2 2 0 MW 机组增设低压省煤 利用改造[ J ] . 科技与生活, 2 0 1 2 1 9 1 0 5 1 0 6 . 器的经济性分析[ J ] . 电力科学与工程, 2 0 1 2 1 0 5 3 [ 5 ] 王晶晶, 赵振宁, 姚万业, 等. 回转式空预器漏风分布 一 5 6 . 对热风及排烟温度影响的研究 [ J ] . 华北 电力技术 , [ 1 4 ] 田贵山, 徐廷相. 高温高压煤 烟 气的除尘技术分析 2 0 1 2 8 4 3 4 6 . [ J ] . 洁净煤技术 , 1 9 9 8 , 4 4 4 5 4 7 . [ 6 ] 郭刚. 解析电除尘烟温与粉尘特性的最佳结合点 [ J ] . [ 1 5 ] 王乃计, 徐振刚. 美国高温气体除尘技术发展现状 中国环保产业 , 2 0 1 2 5 5 9 6 1 . [ J ] . 洁净煤技术, 1 9 9 6 , 2 4 4 3 4 7 . 雷瑞等 粉煤灰综合利用研究进展 1 0 9