粉煤灰價值“自我實現(xiàn)”之路

  我國是個產(chǎn)煤大國，以煤炭為電力生產(chǎn)基本燃料。我國的能源工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，發(fā)電能力年增長率為7.3%，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，2000年粉煤灰排放量達(dá)1.5億噸，2010年約為3億噸，2017年將達(dá)到5~6億噸，給我國的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。

  另一方面，我國又是一個人均占有資源儲量有限的國家，粉煤灰的綜合利用，變廢為寶、變害為利，已成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，是解決我國電力生產(chǎn)環(huán)境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手段，也是電力生產(chǎn)亟待解決的任務(wù)之一。實踐證明，經(jīng)過開發(fā)和綜合利用，粉煤灰可在建材、工業(yè)生產(chǎn)、水利等各行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

  粉煤灰的產(chǎn)生和特性

  粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加，成為我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一。大量的粉煤灰不加處理，就會產(chǎn)生揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會對人體和生物造成危害。

  粉煤灰外觀類似水泥，顏色在乳白色到灰黑色之間變化。粉煤灰的顏色是一項重要的質(zhì)量指標(biāo)，可以反映含碳量的多少和差異，在一定程度上也可以反映粉煤灰的細(xì)度。顏色越深粉煤灰粒度越細(xì)，含碳量越高。粉煤灰有高鈣粉煤灰和低鈣粉煤灰之分。一般情況下，高鈣粉煤灰的顏色偏黃,低鈣粉煤灰的顏色偏灰。粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比表面積較大，具有較高的吸附活性，顆粒的粒徑范圍為0.5～300μm，并且珠壁具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高達(dá)50%~80%，有很強(qiáng)的吸水性。

  粉煤灰的物理性質(zhì)包括密度、堆積密度、細(xì)度、比表面積、需水量等，這些性質(zhì)是化學(xué)成分及礦物組成的宏觀反映。由于粉煤灰的組成波動范圍很大，這就決定了其物理性質(zhì)的差異也很大。粉煤灰的物理性質(zhì)中，細(xì)度和粒度是比較重要的項目。它直接影響著粉煤灰的其他性質(zhì)，粉煤灰越細(xì)，細(xì)粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的細(xì)度影響早期水化反應(yīng)，而化學(xué)成分影響后期的反應(yīng)。

  粉煤灰從化學(xué)性質(zhì)來看是一種人工火山灰質(zhì)混合材料，它本身略有水硬膠凝性能，但當(dāng)以粉狀及水存在時，能在常溫，特別是在水熱處理(蒸汽養(yǎng)護(hù))條件下，與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬膠凝性能的化合物，成為一種增加強(qiáng)度和耐久性的材料。

  粉煤灰的加工和應(yīng)用

  燃煤發(fā)電廠將煤磨成100μm以下的煤粉，用預(yù)熱空氣噴入爐膛成懸浮狀態(tài)燃燒，產(chǎn)生混雜有大量不燃物的高溫?zé)煔?，?jīng)集塵裝置捕集就得到了粉煤灰。粉煤灰的化學(xué)組成與粘土質(zhì)相似，主要用來生產(chǎn)粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰磚、粉煤灰硅酸鹽砌塊及其他建筑材料，還可用作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑，回收工業(yè)原料和做環(huán)保材料。

  粉煤灰代替粘土原料生產(chǎn)水泥，水泥生產(chǎn)采用粉煤灰配料可利用其中的未燃盡炭，把粉煤灰作為水泥混合材生產(chǎn)低溫合成水泥。其生產(chǎn)原理是將配合料先蒸汽養(yǎng)護(hù)生成水化物，然后經(jīng)脫水和低溫固相反應(yīng)形成水泥礦物。

  用粉煤灰制作無熟料水泥，包括石灰粉煤灰水泥和純粉煤灰水泥。還有石灰粉煤灰水泥是將干燥的粉煤灰摻入10%～30%的生石灰或消石灰和少量石膏混合粉磨，或分別磨細(xì)后再混合均勻制成的水硬性膠凝材料。

  在混凝土中摻加粉煤灰代替部分水泥或細(xì)骨料，不僅能降低成本，而且能提高混凝土的和易性、提高不透水、氣性、抗硫酸鹽性能和耐化學(xué)侵蝕性能、降低水化熱、改善混凝土的耐高溫性能、減輕顆粒分離和析水現(xiàn)象、減少混凝土的收縮和開裂以及抑制雜散電流對混凝土中鋼筋的腐蝕。

  粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性強(qiáng)、修飾性改善、抗沖擊能力提高、抗凍性增強(qiáng)等優(yōu)點。

  在混凝土中摻加粉煤灰節(jié)約了大量的水泥和細(xì)骨料，還可減少了用水量，改善了混凝土拌和物的和易性，增強(qiáng)混凝土的可泵性；同時減少了混凝土的徐變，減少水化熱、熱能膨脹性，提高混凝土抗?jié)B能力，增加混凝土的修飾性。

  現(xiàn)在，采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和高效減水劑復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)高標(biāo)號混凝土的國標(biāo)一級混凝土新技術(shù)正在全國迅速發(fā)展。同時，優(yōu)質(zhì)粉煤灰特別適用于配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B結(jié)構(gòu)混凝土、抗硫酸鹽混凝土和抗軟水侵蝕混凝土及地下、水下工程混凝土、壓漿混凝土和碾壓混凝土等國標(biāo)二級和三級混凝土。

  粉煤灰還可用于建筑制品中。如蒸制粉煤灰磚，是以電廠粉煤灰和生石灰或其他堿性激發(fā)劑為主要原料，也可摻入適量的石膏，并加入一定量的煤渣或水淬礦渣等骨料，經(jīng)過加工、攪拌、消化、輪碾、壓制成型、常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)后而形成的一種墻體材料。

  又如燒結(jié)粉煤灰磚，以粉煤灰、粘土及其他工業(yè)廢料為原料，經(jīng)原料加工、攪拌、成型、干燥、培燒制成磚。以及蒸壓生產(chǎn)泡沫粉煤灰保溫磚，以粉煤灰為主要原料，加入一定量的石灰和泡沫劑，經(jīng)過配料、攪拌、燒注成型和蒸壓而成的一種新型保溫磚。

  粉煤灰輕質(zhì)耐熱保溫磚，是用粉煤灰、燒石、軟質(zhì)土及木屑進(jìn)行配料而成，具有保溫效率高，耐火度搞，熱導(dǎo)率小，能減輕爐墻厚度、縮短燒成時間、降低燃料消耗、提高熱效率、降低成本。

  粉煤灰硅酸鹽砌塊，是以粉煤灰、石灰、石膏為膠凝材料，煤渣、高爐礦渣等為骨料，加水?dāng)嚢琛⒄駝映尚?、蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的墻體材料。粉煤灰加氣混凝土，以粉煤灰為原料，適量加入生石灰、水泥、石膏及鋁粉，加水?dāng)嚢璩蕽{，注入模具蒸養(yǎng)而成的一種多孔輕質(zhì)建筑材料。

  粉煤灰陶粒，是以粉煤灰為主要原料，摻入少量粘結(jié)劑和固體燃料，經(jīng)混合、成球、高溫培燒而制的一種人造輕質(zhì)骨料。

  粉煤灰還能作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑。因粉煤灰具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)，能廣泛應(yīng)用于改造重粘土、生土、酸性土和鹽堿土，彌補(bǔ)其酸瘦板粘的缺陷，粉煤灰中含有大量水溶性硅鈣鎂磷等農(nóng)作物所必需的營養(yǎng)元素，故可作農(nóng)業(yè)肥料用。

  回收煤炭資源，利用浮選法在含煤炭粉煤灰的灰漿水中加入浮選藥劑，然后采用氣浮技術(shù)，使煤粒粘附于氣泡上浮與灰渣分離，可以從粉煤灰中回收工業(yè)原料。

  粉煤灰中含有Fe₂O₃、Al₂O₃、和大量稀有金屬，可從中回收金屬物質(zhì)，也可分選空心微珠，空心微珠具有質(zhì)量小、高強(qiáng)度、耐高溫和絕緣性好，適用于輕質(zhì)耐火材料和高效保溫材料，特別是用于石油化學(xué)工業(yè)，在軍工領(lǐng)域，可用作坦克剎車構(gòu)件。

  粉煤灰用于環(huán)境保護(hù)，可制造分子篩、絮凝劑和吸附材料等。同時，粉煤灰還可用于處理含氟廢水、電鍍廢水與含重金屬離子廢水和含油廢水，粉煤灰中含有的Al₂O₃、CaO等活性組分，能與氟生產(chǎn)配合物或生產(chǎn)對氟有絮凝作用的膠體離子，還含有沸石、莫來石、炭粒和硅膠等，具有無機(jī)離子交換特性和吸附脫色作用。

  產(chǎn)業(yè)政策先行 地方示范推廣

  2017年10月24日，工信部節(jié)能與綜合利用司發(fā)布《工業(yè)和信息化部關(guān)于加快推進(jìn)環(huán)保裝備制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《意見》）?！兑庖姟分赋觯谥攸c領(lǐng)域加快推進(jìn)環(huán)保裝備制造業(yè)發(fā)展，其中，資源綜合利用裝備要重點研發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的智能型綜合利用技術(shù)裝備，研發(fā)推廣與污染物末端治理相融合的綜合利用裝備。在尾礦、赤泥、煤矸石、粉煤灰、工業(yè)副產(chǎn)石膏、冶煉渣等大宗工業(yè)固廢領(lǐng)域研發(fā)推廣高值化、規(guī)模化、集約化利用技術(shù)裝備。

  2017年9月22～24日，第五屆亞洲粉煤灰及脫硫石膏處理與利用技術(shù)國際交流大會在山西省朔州市召開。朔州位于山西省西北部，毗鄰內(nèi)蒙古自治區(qū)，是山西省乃至華北地區(qū)重要的煤電基地和典型的粉煤灰集中產(chǎn)區(qū)。朔州市高度重視粉煤灰、脫硫石膏的綜合利用，開展了大量工作，全球第一條粉煤灰碳金地板生產(chǎn)線和粉煤灰橡塑功能填料生產(chǎn)線等都誕生在朔州。朔州已逐漸成為我國粉煤灰綜合利用的代表性地區(qū)和重要的示范基地。

  在朔州市晶鑫粉煤灰制磚有限公司的生產(chǎn)車間，過去煤電企業(yè)所產(chǎn)生的煤研石、粉煤灰等廢棄物通過這里加工變成了搶手熱銷的建筑用磚，原來每處理一立方的粉煤灰需要花掉大約5元錢，而現(xiàn)在一立方的粉煤灰制成磚后可賣到160多元錢。

  朔州市因煤而興。隨著煤電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，朔州市目前的煤矸石年排量4200萬噸，粉煤灰年排量800萬噸，脫硫石膏年排量120萬噸。2017年，煤研石、粉煤灰、脫硫石膏3類主要固體廢棄物年排量將分別達(dá)到5000萬噸、1800萬噸和300萬噸。據(jù)初步測算，目前朔州市光塵粉煤灰堆存量已達(dá)1.2億噸。

  在會上，平定縣冠窯砂器陶藝有限公司董事長張紅亮談到粉煤灰的利用時說，“粉煤灰透氣性好，隔熱性能佳，早在六七年前企業(yè)就開始進(jìn)行研究了。針對人體工程學(xué)，結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，利用粉煤灰等固廢材料開發(fā)生產(chǎn)新型免導(dǎo)熱砂器的工藝技術(shù)，在不改變砂器整體性能的前提下，降低砂器與人體接觸部位的導(dǎo)熱系數(shù)，解決了傳統(tǒng)砂器在使用中燙手的問題。這一系列專利技術(shù)的成功轉(zhuǎn)化，直接提升了平定砂器的附加值，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和品種得到延仲，使400多種砂器不僅走出國門，而且遠(yuǎn)銷韓國、日本、新加坡、荷蘭、美國等地”。

  張宏亮介紹，因為當(dāng)?shù)赜须姀S，原料主要從電廠廢棄物中來。談到固廢利用，他說：“利用固廢，一方面可以減少對環(huán)境的污染。另一方面還能提升附加值，可謂一箭雙雕?！蹦壳?，該企業(yè)一年可利用幾十噸粉煤灰等固廢。張宏亮預(yù)計，這個行業(yè)還在發(fā)展中，以后估計有上千噸的利用價值。

  我國首部環(huán)境保護(hù)稅法將于2018年1月1日起正式施行，企業(yè)事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營者貯存或者處置粉煤灰等固體廢物不符合國家和地方環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的，需要繳納環(huán)境保護(hù)稅25元/噸。這將給燃煤電廠等粉煤灰脫硫石膏排放單位及相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)營單位帶來巨大的處理與利用壓力。如何對粉煤灰、脫硫石膏進(jìn)行更好地環(huán)保處置和綜合利用，已成為現(xiàn)階段行業(yè)所關(guān)注的重要問題。法律的作用更多的是指引而非懲罰，企業(yè)應(yīng)把資金更多的注入環(huán)境保護(hù)和技術(shù)升級領(lǐng)域，而不是當(dāng)巨額罰單寄送上門時才幡然醒悟。