粉煤灰的环境污染与综合利用

　　1 粉煤灰的环境污染

　　由于我国燃烧用煤含灰分较高，所以排出的粉煤灰量很大，粉煤灰的产生主要集中在火电厂和大型工矿企业的动力锅炉上。按全国平均计，每增加10MW装机容量，每年将增加近万吨粉煤灰的排放量[1]。大量的粉煤灰如不加以处理，会产生扬尘，污染大气，对人体健康危害很大；排入河道水系会造成河流淤塞，污染水质。当前，对粉煤灰的处置方法主要有2种：土地填埋、贮灰池存储。国内外对其环境效应的研究表明[2]，灰中潜在毒性物质会对土壤、地下水造成污染。在改土方面，也具有潜在不利效应：可溶盐、硼及其它潜在毒性元素含量过高，可导致元素不均衡以及土壤的板结和硬化。因此粉煤灰的处理和利用问题引起人们的普遍重视，也成为我国环境保护与再生资源开发领域的一个重要课题。

　　2 粉煤灰的物理化学特性

　　粉煤灰是从发电厂等煤燃烧的烟气中收集下来的细灰，是一种大小不等，形状不规则的粒状体，一般为银灰色和灰色，颜色较黑的粉煤灰含碳量较高，粗颗粒所占的比例较大。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5～300μm[3]。粉煤灰的物理性质见表1。

表 1 粉煤灰的物理性质

　　性质     密度(kg/m 3 )     堆积密度     密实度     比表面积(cm2 /g）    

含水量

（%）
测值     1200～1700     550～1000     0.5～0.8     1600～3500     <5

粉煤灰中SiO2、Al2O3、Fe2O3 3种成分占70%以上，CaO和MgO量较小，CaO和MgO的含量随原煤的组成和产出时代不同而变化，一般在0.2%～10%之间变动。粉煤灰主要由非晶态玻璃相构成，其中石英为主要结晶相。粉煤灰中矿物状态的构成比率受炭质和燃烧冷却条件控制，其pH值可从弱碱性向强碱性过渡[3]。

　　3 粉煤灰的综合利用

　　目前，粉煤灰综合利用的渠道主要集中在建筑工程、道路工程及农业用灰等方面，“八五”期间的统计分析见表2[4]。

表 2 “八五”期间粉煤灰利用情况统计

途径    

用灰总量

（×10 4 t）
    所占比例
建材用灰     4982
    32.2
筑路用灰     3960     25.7
回填用灰     3206    
20.8
建工用灰     1481     9.6
农业用灰     843     5.5

　　3.1建筑工程方面，可利用粉煤灰作为道路和土建的回填物料，利用固土技术，在粉煤灰中加入固土剂成型养护后有一定的强度，其承载力、变形等都比较好。在水泥行业，粉煤灰主要作为水泥原料以及混合料使用，利用粉煤灰中的SiO2、Al2O3、Fe2O3，以粉煤灰代替粘土。替代率受粉煤灰中SiO2/Al2O3以及Al2O3的比例控制，比值越大，粉煤灰作为水泥原料的使用量就越大．在铝酸钙含量较多的特殊水泥中，粉煤灰的使用量可成倍地增加。粉煤灰的掺加降低了水泥浆体中CH结晶指数[5] ，对混凝土的界面结构有改善作用，这是混凝土性能提高的主要原因。普通混凝土中掺用粉煤灰量一般为水泥重量的15%～20%，可节约10%～15%的水泥、30%的黄砂。其常用施工配比见表3。

表 3 粉煤灰混凝土配比
水泥标号    

align="center">混凝土强度等级     水灰比    
砂率 (%)     塌落度 (mm)     石子粒径 (mm)     用料 (kg/ m 3 )
水泥     水     砂     石子     磨细粉煤灰     掺量
425    
C8     0.81    
38    
25     20～40
    194     185     747
    1263    
47     掺量 20%
C10     0.75     38     25     204     180     745     1258     48
C13     0.69     37     20     222     180     714     1266     52
C15     0.65     38     20     235     180     727     1236     52
C18     0.59     38     35     273     180     719     1219     46
C20     0.55     37     30     294     180     689     1224     49
C23     0.51     37     30     318     180     676     1208     53
C25     0.48     37     30     334     180     650     1206     55

　　用于建筑工程中的粉煤灰制品也较多，如加气硅酸盐制品，容重较轻（r=500～800kg/m3），代替粘土砖作墙体材料，可以减轻建筑物自重，有利于隔热保温，增强理化性能，已被确认为新型轻质建材，广泛用作框架结构的填充墙。另外常用制品还有粉煤灰硅酸盐砌块和大板、粉煤灰加气混凝土等，都具有用灰量大、能耗低等特点。

　　3.2在道路工程方面，粉煤灰可作为主要材料或辅助材料，作造路基层和底基层，路堤、路面修复及回填料、灌浆料等。目前，国内外公认只有优质粉煤灰才可直接作为路面材料。但由于粉煤灰含碳量高，粗颗粒组分过多等，造成混凝土含气量高，从而降低了混凝土的耐久性和耐磨性。张全国等[3]提出了用脱碳粉煤灰混凝土修复路面的应用技术，并进行了路面的铺筑试验研究，结果表明，掺粉煤灰的路面强度与不掺粉煤灰的路面强度比较接近，相关性较好，符合国家路面工程标准要求。

　　3.3 农业用粉煤灰以改良粘性土、酸性土和盐化潮土，效果明显。如可以降低粘土中粘粒含量，增加土壤孔隙率，提高土壤含水量和田间持水量，提高土壤温度和土壤肥力等,可改善土壤性质。实践证明，使用适量的粉煤灰对小麦、玉米、水稻和大豆等均有12%～20%的增产效果。施粉煤灰0.15t/m2以下时，不会对土壤造成污染。