探究固体废弃物粉煤灰的深加工利用

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　　摘 要：粉煤灰作为固体废弃物循环利用的重要材料之一，已经为更多人所关注。然而，长期以来，粉煤灰在具体应用中存在一定的局限，并未深入社会生活领域。近些年，随着生态循环发展理念的盛行，固体废弃物粉煤灰的深加工利用已经被重新挖掘出来。为此，本文从三个方面探讨了当前粉煤灰的利用情況，进一步综合评价其利用的数值，并分为四个等级。最后，给出具体的现实应用情况。
　　关键词：固体废弃物;粉煤灰;水泥;深加工;利用途径
　　随着煤炭广泛应用，全球粉煤灰排放量呈现逐年增加的趋势，而如何综合利用成为亟待解决的关键问题。粉煤灰大量堆放，不仅严重威胁人类健康与周边的环境，更浪费了宝贵的土地资源。长期以来，粉煤灰作为固体废弃物没有得到充分利用，使得污染浪费现象极为严重。随着社会经济的快速发展，越来越多的实践表明，粉煤灰是可以作为可替代资源加以循环利用的。在资源日渐匮乏的当前，粉煤灰如何进行深加工应用，以实现变废为宝，成为当前研究的热点之一。然而，现阶段我国粉煤灰资源深化利用还存在诸多问题，比如粉煤灰利用缺乏稳定途径、存在二次污染、综合利用率与利用水平较低等问题。有鉴于此，需要对粉煤灰资源进行科学、系统、客观地评价与研究，并积极促进粉煤灰资源化循环使用，从而推动资源节约型社会的发展。
　　1 固体废弃物粉煤灰的资源化利用
　　在资源匮乏的当下，寻找环保、安全的资源替代高耗能、高污染的资源是解决环保问题的重要方式。其中，作为固体废弃物污染之一的粉煤灰，曾被误认为有毒有害的工业废渣。但已有研究已经证明，它是一种新型的环保资源。经过若干年的发展，粉煤灰资源化利用的技术方式已经有了新突破。具体来说，固体废弃物粉煤灰的资源化利用途径，主要包括建筑工程农业领域、环保领域、化工汽车领域等。由于涉及领域较多，本文主要从这些领域中筛选比较典型的应用进行描述，主要从水泥、混凝土、橡胶等领域进行论述。
　　1.1 水泥行业中的应用
　　从化学成分来看，粉煤灰主要由SiO2和Al2O3等硅铝酸盐材料构成，具有黏土的特性，所以可以替代黏土配料生产水泥。同时，将粉煤灰利用的剩余碳投入煅烧水泥熟料的燃料中，可以大量节约燃料。将粉煤灰深入水泥的混合材料时，关键在于利用其火山灰性质，因此根据掺量不同生产不同类型的水泥产品。其中，在硅酸盐水泥熟料中，将火山灰质材料投入进去，通过适量的石膏研磨，即可得到粉煤灰水泥。从上世纪60年代开始，我国逐步开始生产粉煤灰硅酸盐水泥。在这些类型的水泥中，大部分按照国家标准瀍河了20%～40%的粉煤灰，比如低比重油井水泥、硫铝酸钙水泥等。与普通的硅酸盐水泥相比，粉煤灰类型的水泥具有较大优势，比如水化热低、耐硫酸盐性好，早期强度较低而后期强度增长较快等。另外，由于粉煤灰中都存在一定比例的未燃烧碳，所以在生产水泥过程中通过煅烧燃料，可以大量节省燃料。
　　1.2 粉煤灰在混凝土中的应用
　　粉煤灰同样可以应用于混凝土中。在混凝土中掺入部分粉煤灰，可以提高混凝土的性能，从而节省原料成本。一般而言，粉煤灰能提高混凝土的可泵性，在将混凝土输送到高处的建筑物时，可以添加粉煤灰加以辅助。在实际应用中，上海东方明珠电视塔、金茂大厦都是通过掺粉煤灰泵送混凝土的成功案例。同时，混凝土中掺入粉煤灰可以降低水化热的有效作用，在具体应用中也有较好的案例。比如，上海秦山核电站壁厚1米的混凝土安全壳没有裂缝出现。另外，上海地铁工程用管片掺入粉煤灰混凝土，平均渗水高度要比普通混凝土低得多。粉煤灰加气混凝土的制作，主要是在水泥加入适量气剂，用粉煤灰做硅质材料，通过硬化压蒸即可得出。它比用硅砂制造的加气混凝土更具有良好的隔热性能。
　　1.3 在橡胶行业中的应用
　　在橡胶行业中，粉煤灰的含硅量达到30%～40%时，可以作为填充剂与碳黑补强而存在。当活性粉煤灰的用量增加时，橡胶的胶料挺性在不断增大，制品收缩减少。同时，由于粉煤灰的胶料相容性较好，在混炼胶中呈现均匀分布特征，其充模性较好，可以应用于多种类型的橡胶制品。有学者在粉煤灰中加入膨润土和废橡胶粉末，从而评估材料用作防水材料的可行性。测试结果发现，该材料的渗出液、水压传导率都会随橡胶含量增加而增加;通过拉伸、压缩等试验表明，撕裂强度会随橡胶含量降低而随之减少;冷冻试验说明材料内部并没有较大的缺陷。总体来说，在橡胶材料加入粉煤灰之后，所制作的防水材料具有低成本、无污染且安全无毒等优势。
　　2 固体废弃物粉煤灰资源化利用的综合评价
　　2.1利用评价指标体系构建
　　在设计综合评价指标体系的时候，要按照定量、定性相结合的方法建立。定量可以使用真实数据说明问题，可以通过明确的评价标准量化表达，让结果以明确的方式表达出来，具有较强的说服力。目前，我国粉煤灰资源化利用的数据统计方法还不完善，部分定量数据无法及时获取。但是，定性指标能够反映领域专家的经验，说明定量指标无法说明的问题。因此，在建立固体废弃物粉煤灰资源化利用的综合评价指标时，需要利用定性、定量结合的方法进行设计，确保评价指标体系的客观、系统与科学。
　　通过调查研究企业年鉴、工艺设备、统计资料等内容，使用量化指标体系将粉煤灰排放费、储灰场建设费用，以及废物排放达标率，以及产品销售率及粉煤灰利用率等因子进行评价，从而实现对粉煤灰资源化利用的达标水平进行测试。另外，通过建立粉煤灰资源化利用评分等级体系，以此确定粉煤灰项目等级。具体指标如下表所示。
　　2.2 粉煤灰资源利用的评价方法
　　建立指标体系后，需要通过一定的方法对指标进行评价。此时，为了分析粉煤灰水泥的性能，在综合考量指标特点的基础上，通过层次分析法、专家评分等方法确定指标权重及数值。在上述方法的基础上，利用Excel导入现场粉煤灰水泥的有关数据及相关权重，自动完成计算。计算完成后得出粉煤灰资源化利用的等级划分。 　　2.3 指标统计与计算
　　依据有效回收的调查表，按照以上方法进行模糊统计。将所有已得到的数据按照评价标准加总后，除以被调查人数，最后得出指标性的隶属度。同时，粉煤灰具有一定量的样本数据，因此在计算的时候采用模糊隶属函数的方法对指标评价。在此基礎上，构造隶属函数，确定隶属各个等级的隶属度。最后按照如下的步骤进行。第一，选取若干数量不等的观测作为凝聚点;第二，分配每个观测点，并通过最近的类来形成临时分类。另外，为观测进行分类，凝聚点更新为目前的均值。第三步，将分配的凝聚点与观测点最近的类来形成临时分类。在完成所有观测点后，将凝聚点的临时类的均值代替原有值。此时，将该步骤同时进行，直至所有的凝聚点达到规定的限制条件。
　　2.4 粉煤灰资源化利用评价的实现
　　确定性指标和定性定量指标，对指标进行处理。采取专家评分法与德尔菲法，将待评价的项目情况进行打分，确定评价指标。同时，经过调研数据，以及现有的国家标准和行业标准，对数据进行赋值。此时，将不同度量指标形成相对数，并转换为指标评价值。通过比较，经过一定计算量转化为评价值的方法。具体的实现过程需要通过如下过程。
　　第一，确定各指标的实际值。按照评价指标体系测算指标的实际值Xi。
　　第二，确定指标的满意值与不允许值。指标值处于理想状态时，人们就会比较满意，这里用Si表示;同时，如果该指标不满足人们最低要求，那么该数值不会被允许出现，用Fi表示。一般而言，在确定满意值时通常有两种情况，一是在行业标准确定情况下，需要采用行业标准;二是没有确定标准值的情况下，需选取行业先进水平的平均值。
　　第三，统计指标功效系数。基于粉煤灰资源化利用评价指标体系，其指标的分类需要划分为正向指标、逆向指标与适度指标。正向指标中，实际值与满意度呈正比，评价值也会随之增长，比如粉煤灰利用率越高，令人满意程度越高。逆向指标，是实际值与满意度呈相反情况。而适度指标值，是指标数值保持在一定区域内，才可以让人满意。
　　第四，确定粉煤灰资源化利用的指标权重。在确定指标权重时，通常采用层次分析法，通过这种方法进行权重分析时，主要通过如下几个流程。一是建立递阶层次结构。将待决策的复杂层次结构进行分析优化，是确定指标层次分析的重要步骤。具言之，将不同属性的元素进行分类，每一类元素构成一个准则。在同一层次作用下，某一层次的部分元素起到支配作用，也会受到上一个层次的元素支配，这样会构成不同层次的指标体系。二是打造两两比较的判断矩阵。根据层次分析法理论可知，将问题按照层次分解为多个因素，以此实现要达到的目标。
　　第五，评价结论。经过全面对粉煤灰资源化利用评估体系的评价，以及最终对利用项目等级的划分，测算出粉煤灰资源化利用的结果。在具体应用中，粉煤灰水泥的测算与应用结果，需要根据评估指标的赋值加以测算。将粉煤灰资源化利用的评价结果分为四个方面。第一为优秀评估项目，综合评价估值在85分以上;第二等级为良好项目，评价指标在70分左右;第三等级的粉煤灰利用项目综合评价值在65分左右;而最差的粉煤灰资源化利用项目的综合评分较低，低于60分。
　　3 固体废弃物粉煤灰深加工的现实应用
　　关于粉煤灰与矿渣特性对水泥强度的影响研究已有多年，在具体反映的程度影响及粉煤灰矿渣的反映度却很少研究。在这种情况下，通过分析粉煤灰对水泥浆体中的影响程度，从侧面查看具体应用，具有研究的重要意义。水泥、粉煤灰颗粒是非球形粒子，由于不同原理的力度强度的测量仪器取决于不同“物理特性”，造就不同粒子测量的结果。例如，通过显微镜可以观察出投影粒子的颗粒大小，通过电阻法将颗粒通过电阻的变化测量颗粒大小。另外，可以借助激光粒子将大小粒子用作氦氖激光作为光源。因此，将上述的研究做法通过计算机数据控制，并将测量过程算出来，是目前最有效的手段。同时，随着粉煤灰或矿渣比表面积的增加，其颗粒均匀性系数亦增加，特征粒径降低;但当比表面积增加到一定程度时，比表面积提高会降低颗粒均匀性系数，在此基础上，粉煤灰水泥的应用效果会比较好的。
　　在多个粒径特征参数中，粉煤灰水泥与矿渣反应程度比较紧密。在90天龄期，粉煤灰反应程度及表面积粒径呈线性关系，因此可以将其作为产品应用的质量参数。主要原因在于，表面积平均粒径可以兼顾比表面积、颗粒分布的特性，更能反应粉煤灰与矿渣体的微观特性。此外，水在粉煤灰水泥材料结构形成过程中，也起着极为重要的作用。一方面，它保障整个水化学反应过程能够顺利进行，从始至终反应粉煤灰水泥材料的性能发挥;另一方面，它使得整体混合原材料具有良好的工作性，在很大程度上反应水化行为。因此，在粉煤灰水泥应用过程中，需要通过1000℃的温度下，化学结合水才能脱离化学键的束缚。但根据实际情况来看，低温下，凝胶水不能全部蒸发，所以对于粉煤灰水泥的应用也会存在一定的局限性。另外，根据现有研究分离得出最优价值的分类。
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