粉煤灰的性质及利用概况

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　　摘要：总结了粉煤灰在我国的综合利用概况，主要是利用在水泥行业和建筑建材中。指出了粉煤灰应用中存在的问题和提出对应的解决方法。
　　关键词：粉煤灰；基本性质；品质指标；综合利用
　　中图分类号：TQ536.4 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2009）02（c）-0065-02
　　
　　在制备混凝土拌合物时，为了节约水泥、改善混凝土性能、调节混凝土强度等级，而加入的天然的或者人造的矿物材料，称为混凝土掺和材料，亦称为矿物外加剂。粉煤灰是混凝土中使用得最为广泛的活性掺和材料，它是在火力发电厂电力生产过程中，在煤的燃烧期间由废气带出的球状玻璃体残留物。虽然粉煤灰是一种工业固体废弃物，但由于其具有潜在的火山灰活性，来源广，价格低，用水量少，节约能源，能显著地改善水泥性能等优点，已经被广泛地利用到各方各面，不仅实现了变废为宝，而且帮助解决了环境污染、堆放占用大量土地、堵塞河流等问题。因此，发展对粉煤灰的综合利用，积极拓展粉煤灰的应用渠道非常符合我国可持续发展的基本技术经济政策。
　　
　　一、粉煤灰在我国的综合利用概况
　　
　　1、粉煤灰在水泥行业中的利用。粉煤灰在水泥行业方面的应用范围很广应用也很多，是最早期粉煤灰被应用的领域。资料显示，法国、匈牙利、丹麦、前苏联等国，在这个方面粉煤灰的利用量占总利用量的40%~60%[1]。粉煤灰不仅可以用作水泥的制造原料，还可用做水泥和混凝土的混合材料，可用来拌作水泥浆，还可作新型硬化材料。粉煤灰可以作水泥原料是由于其中的主要化学成分SiO2、Al2O3、Fe2O3可以代替粘土，替代率受SiO2/Al2O3以及Al2O3的比例控制[3]。用做水泥混合材是粉煤灰利用在水泥行业中的最大的方面，一般掺量为20%~40%。水泥中使用混合材可以节约水泥用量，降低成本，增加产量与降低能耗，还改善了水泥的性能。从利用混合材的经验得出，最具有利用价值的是这三种混合材：粉煤灰、高炉矿渣、硅灰。高炉矿渣来源较少，难以满足生产的需求。硅灰价钱较高，数量较少，较少应用。只有粉煤灰价格与性能兼顾，数量相对充足，活性较高，三大作用效应大幅度提高了混凝土的性能。球状粉煤灰大大改善了混凝土拌合物的工作性，易起浆，降低了用水量，填充性能更好，泌水减少，对于混凝土的长龄期强度和长龄期的抗渗性有相当的增长，水化热和干缩等不利影响也大幅度地减少。2、粉煤灰在建筑业中的利用。粉煤灰除了可以改善混凝土的工作性，还显著地提高了混凝土的强度和耐久性，降低生产成本和提高工程质量。因此粉煤灰可用于高标号的泵送混凝土、抗渗混凝土、抗腐蚀混凝土、低水化热混凝土、大体积混凝土、现场搅拌、灌浆材料等，利用量约占总利用量的10%。根据不同类别不同用途混凝土的质量要求和应用技术条件，选用符合要求的粉煤灰和工艺条件。华南理工大学材料学院已在高强、高性能混凝土方面做了大量的工作，利用粉煤灰配制出C70高强混凝土和高抗渗、抗腐蚀的混凝土。这种高抗渗混凝土抗海水腐蚀能力很强，适用于海港、地下、抗渗漏及抗腐蚀的工程，已实际应用在了深圳市宝安区青岛啤酒厂抗地下水腐蚀基础工程[1]。3、粉煤灰在建筑材料中的利用。粉煤灰在建材方面的利用主要是作为墙体材料利用。粉煤灰既然在水泥行业中可以代替粘土作为水泥原料，当然也可以代替粘土制造成墙体材料。实心粘土砖是我国传统的墙体材料，但在耕地稀少的国情下，发展另一种墙体原材料进行墙改工作是必须的。国内许多发达地区如上海、北京、广州等地都已推广使用节能环保的新型墙体材料。而粉煤灰在新型墙体材料方面的发展起着重大的作用。目前研发出来的粉煤灰墙体材料包括粉煤灰混凝土砌块、加气混凝土砌块和板、硅酸盐承重砌块、粉煤灰免烧免蒸砖、烧结陶粒、烧结砖、蒸压、蒸养砖、高强度双免浸泡砖、钙硅板等，另外还发展了保温材料，轻质耐火材料、轻质隔墙板、灰绒制品（在粉煤灰完全熔融的情况下，采用离心分离法制得纤维化的灰绒）等。在这一领域中，华南理工大学材料学院花费了大量时间作出了很大的贡献，得到了可喜的成果。研发出了免蒸节能型轻质墙体材料和免蒸粉煤灰砖，都是采用添加激发剂的方法来加快粉煤灰与Ca(OH)2的反应改善气孔结构得到强度达到标准规定强度的墙体材料[1]。4、粉煤灰在土木中的利用。粉煤灰在土木中主要是作为填筑材料和筑路材料来利用，这两方面的利用量加起来达到粉煤灰总利用量的35%，占了比较大的比例。因为粉煤灰的颗粒较小，泥质成分较多，具有压密系数较大，压缩性较低的特性，所以它可以代替砂质应用在筑路和填筑方面。可以利用粉煤灰和石灰、砂、水泥混合稳定路面基层，也可以单独加入或经加工取代石灰石粉制作粉煤灰沥青混凝土，用于护坡工程和修筑水库大坝等。粉煤灰还可以与水泥和石灰混合制成改良材料，也可以用作填充材料，主要有粉煤灰综合回填、矿井回填、小坝和码头填筑等。5、粉煤灰在农业中的利用。农业中最具有研究价值的就是开发土壤质量和肥料价值，而粉煤灰则刚好在这两方面能够满足改善的要求，在此方面的利用量占总利用量的15%。粉煤灰中的硅、镁、钾等元素可以与有机废弃物混合发酵经过高温热处理可以烧结成农作物易于吸收的化合物而作为农作物的肥料。并且粉煤灰单独或与水污泥混合使用可以作为土质改良剂。粉煤灰还可以作为植物的营养成分，在掩埋的粉煤灰上面还可以种植植物。另外，令人感叹的是粉煤灰还可以制成具有显著增产作用的磁化肥，粉煤灰还有利于藻类等的繁殖，还可以营造人造渔场，用途多多。6、粉煤灰在环境保护中的利用。环境中的污水污泥、有机废弃物、工业中的重金属等物质对环境造成了很大的破坏，是环保中最令人头疼的问题。粉煤灰又在这方面作出了它不可替代的贡献。我们可以利用粉煤灰多孔、具有较大比表面积的特性来发挥其良好的吸附性和沉降作用。粉煤灰中的碱性物质使其可以制成脱硫效率高于纯石灰脱硫剂的排烟脱硫剂。粉煤灰中众多的细孔又可吸附水中悬浮物、污水中的耗氧物质、地下水污泥中产生的氨、磷及有机物、工业废水中的重金属和氟化物等[3]。7、粉煤灰在化工中的利用。粉煤灰中含有大量的金属物质，如磁铁矿、氧化铝和硅铁等，经物理化学处理可回收碳、铁、铝、硅和锗等，或制备SiC粉末。还可以从中提取高纯明矾合成矾土，还有制备玻璃陶瓷等。
　　
　　二、粉煤灰应用中存在的问题以及解决方法
　　
　　1、粉煤灰火山灰活性低，显著降低水泥的早期强度。虽然粉煤灰有改善混凝土性能的优点，但实际上在水泥行业中却没有得到充分的应用，主要就是由于粉煤灰的火山灰活性较低，显著降低了水泥的早期强度。华南理工大学材料学院提出了通过掺Ca(OH)2和少量Na2SiO3有效活化粉煤灰的方法，用Na2SiO3提高溶液的PH值，且Na+可以循环反应，显著加快粉煤灰与Ca(OH)2反应速度[6]。掺入后得到的活化灰表面受到严重侵蚀，暴露出活性内核，活性基团增多，加快水泥的早期水化，加速水泥浆体的凝结和硬化，因而提高了水泥的早期强度。2、优质粉煤灰出现短缺现象。由于粉煤灰的众多优异性能，优质的粉煤灰已得到大量的应用，且电厂采用的低效干式除尘器或湿式除尘器，将性能较好的细粉煤灰排入大气，而粗灰却被收集下来，还有电除尘器处理的粉煤灰导致优质灰被冲入贮灰场，使其不能回收利用之余也占地方，这样，就造成了优质灰的数量非常有限。据统计，优质灰早已不能满足建筑与建材应用的需求。3、粉煤灰质量不稳定。我国燃煤电厂众多，煤种来源也不同，煤质自然就有很大的差异，因而排出的粉煤灰品质当然也就参差不齐，不仅粗细不同，还会引起烧失量、需水量、颜色等的性质的不同。供应商为了连续供应，经常从不同的燃煤电厂取得粉煤灰，加上他们一般都不具备完善的实验条件，对差异较大的粉煤灰的品质指标没有得到完全的检验，导致很多混凝土搅拌站都出现了粉煤灰质量不稳定的现象。质量差异较大的粉煤灰用于混凝土结构中使构件外观出现了明显的色差和性质的不稳定。要使粉煤灰的应用不至于造成构件外观质量和性能的重大影响，应对进厂的粉煤灰进行细度或需水量比还有颜色的品质检验，而且要求具有一份较为详尽的粉煤灰品质检测报告，或者采用二次风转子选粉机对粉煤灰进行分选及粉磨处理[8]，这样，应该会对粉煤灰的质量波动情况带来很大的改善。4、粉煤灰利用技术和设备落后。目前，在国外一些工业发达国家已经在除了建筑行业之外的很多其他行业实现了对粉煤灰的利用，粉煤灰的利用率达到70%~80%，相对于我国主要利用在了建筑和建材，筑路和回填等较窄的方面，利用率只有30%左右。这是由于我国的利用技术和装备的落后，跟不上发达国家的步伐，还导致未利用的粉煤灰占据了众多的土地，对生态环境造成一定的威胁。为了使粉煤灰充分利用于产业上，就要大范围地拓展粉煤灰的应用领域，大力研究和开发综合利用技术，在设备方面尽量引进先进的技术带动国内的设备水平。5、粉煤灰的利用能力未充分发挥。在粉煤灰利用前景光明的建筑行业中，粉煤灰却因技术设备的落后和研究的稀少而得不到充分的利用。在粉煤灰利用量大的公路建设方面，又因其用灰量的不定和经济的考虑限制了粉煤灰的应用。我们知道，粉煤灰不仅在建筑方面可以应用，在许多跨专业和大行业中也具有其不可代替的利用价值，因此大量大力度地扩展粉煤灰的应用范围已迫在眉睫。
　　作者单位：重庆大学
　　
　　参考文献：
　　[1]樊粤明,吴笑梅等.粉煤灰的综合利用与展望[J].广东建材,1998,9:13~17
　　[2]张金山,刘烨,王林敏.我国粉煤灰综合利用现状[J].西部探矿工程,2008,9,215~217

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