粉煤灰综合利用国外研究现状论文

目前，国内外粉煤灰综合利用途径归纳起来主要有以下7种：1.粉煤灰加气混凝土。粉煤灰加气混凝土是新型、轻质保温节能的墙体材料。主要原料为粉煤灰，占70%左右，其它为石灰、水泥、石膏、发气剂等，将这些原料经过加工配料、搅拌、浇注、发气稠化、切割、蒸压养护等工序制成。可用作屋面保温、维护墙、隔断墙，亦可做最高楼层为五层的承重墙，特别适用于高层建筑填充墙、寒冷地区的外墙和地震区使用，可减轻墙重，增加使用面积。2.粉煤灰混凝土空心砌块。近年来，粉煤灰混凝土空心砌块发展较快，其主要原料为粉煤灰、集料、水泥等，原料经计量配料、搅拌、成型、养护等工序制成。在普通混凝土砌块和轻集料混凝土砌块中，也可掺入粉煤灰，但作为掺合料加入。而在粉煤灰混凝土砌块中，粉煤灰既是掺合料又是细集料，掺量较高。3.水泥粉煤灰膨胀珍珠岩混凝土保温砌块。其工艺流程基本上与粉煤灰混凝土空心砌块相似。珍珠岩砌块具有重量轻、保温性能好，且有一定的强度等特点，影响密度与强度的因素有：珍珠岩的掺量，粉煤灰与水泥的比例以及工艺流程的控制。还可加入适量的外加剂，以提高砌块强度。4.粉煤灰混凝土路面砖。粉煤灰混凝土路面砖以水泥和粉煤灰为混合胶结料再配以粗骨料等，原料经计量搅拌、成型、养护制成，变更成型的模具可制成方砖、连锁路面砖、仿古砖，绿化种草砖、路沿块及其它形状的路面砖等。成型采用分层面料，即粉煤灰混凝土料和彩色料，还可制成各种彩色的路面砖。粉煤灰混凝土路面砖不但具有普通混凝土路面砖的优点和用途，而且重量轻、导热系数小，长期性能更好。用于车行道、人行道、园林道路、广场、亭院、仿古建筑道路、停车场、护坡和绿化等。5.粉煤灰砖。以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和骨料，经坯料制备，压制成型，高压或常压蒸汽养护而成的粉煤灰砖。以粉煤灰为主，采用水泥为主要胶结料，经坯料制备、压制成型，常压蒸注养护或自然养护而制成的粉煤灰砖。利用85%-90%的粉煤灰与部分添加剂为主要原料，经搅拌半硬塑挤出或半干压法成型砖坯，经燃烧而成的无粘土烧结粉煤灰砖。这种砖打破了国内外烧结砖中最多掺60%粉煤灰的界限。6.粉煤灰陶粒及混凝土制品。陶粒是一种人造轻集料。粉煤灰陶粒以粉煤灰为主要原料，经加工成球，烧结或烧胀而成的称为粉煤灰陶粒。经常温或蒸汽养护而成的称非烧结粉煤灰轻集料。粉煤灰陶粒可用于大型外墙板和混凝土砌块等新型墙体材料。7.粉煤灰混凝土轻质隔墙板。主要是在轻度墙板的基础上，配料时加入部分粉煤灰生产轻度隔墙板，或用水泥粉煤灰泡沫混凝土生产轻度墙板。8.此外，粉煤灰还可用于合成肥料，用作废水，废气的絮凝剂等用途。

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我国是全球第一煤炭消费大国，2004 年全国煤炭消耗量为 18. 45 ×108t ( 不包括出口0. 87 × 108t) ，其中电煤消耗量超过 9. 86 × 108t，比 2003 年增加 1. 36 × 108t 左右，或增长16% 左右，电煤的需求量已经占到了煤炭总耗量的 53% ，由此产生的粉煤灰排放量高达2 × 108t。目前粉煤灰的利用领域主要是交通、建材、矿山、水利、冶金等行业，粉煤灰的平均利用率在 45% ～50%，所以每年尚有未利用的粉煤灰大量堆积。截至 2000 年底，我国粉煤灰的累计堆存量高达 12. 5 × 108t，根据统计数据，每万吨粉煤灰需堆灰场 4 ～ 5亩，共需堆灰场 50 万 ～ 62. 5 万亩，以灰场储灰每吨灰渣需综合处理费 20 ～ 40 元计，则每年的综合处理费就需 30 亿 ～60 亿元 ( 林介东等，2002) 。此外，粉煤灰的排放与堆积还会造成严重的环境和生态污染，如何快速、高效地利用或处置粉煤灰，特别是高附加值利用粉煤灰，是摆在我们面前的一项十分紧迫而艰巨的任务。

我国粉煤灰的综合利用一直受到国家的高度重视。早在 20 世纪 50 年代，粉煤灰已在建筑工程中用作混凝土、砂浆的掺和料，在建材工业中用来生产砖，在道路工程中用作道路基础材料等。从 60 年代开始，粉煤灰利用重点转向墙体材料，研制生产了粉煤灰密实砌块、墙板，粉煤灰烧结陶粒和粉煤灰黏土烧结砖等。70 年代，国家为建材工业中粉煤灰的利用投资了 5. 7 亿元，总设计用灰量为 1064. 89 ×104t，设计生产线 261 条。80 年代以来，随着我国改革开放的不断深入，国家把资源综合利用列为经济建设中的一项重大决策。对粉煤灰的处置和利用在指导思想上不断深化，从 “以储为主”改为 “储用结合，积极利用”，再进一步明确为 “以用为主”，使粉煤灰综合利用得到蓬勃发展。我国在1987 年创办了 《粉煤灰综合利用》 专业杂志，其后又有 《粉煤灰》、《粉煤灰人》 等杂志陆续创办，并建立了粉煤灰综合利用网站www. flyingash. com，类似于美国的粉煤灰网站www. flyash. com 和煤灰协会网站www. acaa-usa. org，刊载粉煤灰理论研究与应用方面的大量信息，为粉煤灰的研究和资源化利用提供了信息平台。

我国粉煤灰在不同领域的应用情况如表 1. 3 所示 ( 奚新国和许钟梓，2003) 。尽管表中的应用分类不甚严密，但我们仍然可以看出，我国粉煤灰的利用领域也主要集中于水泥、混凝土和填筑材料等方面，高附加值利用水平依然很低。

表 1. 2 美国粉煤灰应用领域及其所占比例

( 据ACAA，2003; EPA，2005)

表 1. 3 我国粉煤灰应用情况

( 据奚新国和许钟梓，2003)

粉煤灰在水泥、混凝土以及公路建设中应用的主要技术论著，可以参见美国 ACAA协会 2003 年出版的 《Fly Ash Facts for Highway Engineers》技术报告，该报告自 1986 年出版以来经过多次修改，并以 10 个章节的内容系统地描述了粉煤灰在公路建设中应用的技术信息。

我国在这一领域比较著名的技术论著有 1989 年沈旦申编写的 《粉煤灰混凝土》和2002 年钱觉时所著的 《粉煤灰特性与粉煤灰混凝土》，后者参阅了大量国内、外粉煤灰研究文献和技术成果，特别是美国方面的最新研究成果，全面系统地论述了粉煤灰的形成与分类，粉煤灰的物理、化学性质、矿物组成、环境特性，以及粉煤灰在混凝土中应用等方面的内容。从国内、外粉煤灰利用研究情况看，有 3 个方面值得关注。

( 1) 大灰量直接利用

粉煤灰作为填筑材料 ( 如修路、筑坝、回填等) 在工程中的使用，是粉煤灰大用量、直接利用的一种重要途径。粉煤灰填筑工程的特点，首先是投资少、上马快，不像粉煤灰在建材产品中的利用那样，要花费较多的投资兴建工厂。填筑路堤或工程回填，只要提供运灰工具和摊铺、碾压机械，就可以进行施工。其次是用灰量大，如上海沪嘉高速公路，按路堤高 27 m，路幅 26 m 计，每千米可用湿灰约 10 ×104t。这个用量相当于一个年产加气混凝土 10 ×104t 工厂的用灰量，或相当于年产 15 亿块粉煤灰黏土烧结砖的用灰量。再次，对灰的质量不像使用在水泥、混凝土中那样严格，干灰、湿灰都可使用。

( 2) 中级别利用

主要指粉煤灰在水泥、混凝土及其建筑制品方面的应用。此类应用通常需要对粉煤灰进行加工处理，如需要分选和细磨等。粉煤灰在混凝土中的应用技术开发始于 20 世纪 50年代初期，至今一直都是很活跃的研究课题。通过粉煤灰在混凝土中的应用基础研究、性能研究、工程研究等，进一步认识到对粉煤灰的 “形态效应”、 “活性效应”、 “微集效应”等必须在应用技术中充分注意才能控制和保证粉煤灰混凝土的质量，同时也证实了粉煤灰在混凝土的应用中存在着一定的 “负因素”和 “变易性”。只有开发粉煤灰产品和选用符合质量要求的粉煤灰，并在混凝土中合理使用，才能符合各种类别和不同等级的混凝土的质量要求。

粉煤灰建筑制品可分为非烧制型和烧制型两种，非烧制型粉煤灰建筑制品的诸多产品中，最先得到开发的是蒸养制品，如硅酸盐砌块、蒸养粉煤灰砖、大型硅酸盐墙板等。20世纪 80 年代后期，随着各种外加剂技术的发展，自然养护的产品得以发展。粉煤灰烧制型建筑制品，主要是利用粉煤灰代替部分黏土制作烧结砖、空心砖、墙地砖以及粉煤灰烧结陶粒等，掺加粉煤灰生产陶质制品，是很有发展前途的新型建筑材料。

近年来，粉煤灰在农业方面的利用快速增加。根据卡庆斯基土壤质地分类制标准，按照颗粒组成，粉煤灰相当于紫砂土、砂壤土和轻壤土，持水特性与类似质地土壤相一致。保持水分除靠颗粒之间的毛细管孔隙外，还在颗粒破碎球体的洞穴和蜂窝状孔隙内蓄水。粉煤灰的颗粒结构决定了与土壤水分相比，粉煤灰水分更易被植物利用。这一特性在农业中得到了充分肯定。此外，粉煤灰在改良土壤、育秧、覆盖越冬作物，用粉煤灰制作硅钙肥、磁化粉煤灰、与腐殖酸混合的堆积肥，灰场覆土造田，用粉煤灰回填坑洼地和矿区塌陷区复垦造地等方面收效显著。

( 3) 高级别利用

粉煤灰是空心玻璃体等组分的混合物，其中玻璃微珠系硅铝质玻璃体，碳以多孔状炭粒和碎屑状炭粒出现在富铁玻璃珠中。颗粒的形态、密度和成分均有差异，利用途径和经济价值也不尽相同。因此，通过一定的化学或物理方法将它们从粉煤灰中分选或提取出来，做到物尽其用，如分选出的空心微珠可以作为塑料、橡胶、金属的填充剂等。这一方面，虽然粉煤灰消耗量不大，但粉煤灰的利用价值较高，故称为高级别利用，或称之为精细利用。

粉煤灰是包含多种元素的重要资源。因此，粉煤灰高级别利用项目甚多，国外研制的项目也不少，但真正能够形成生产力，又能坚持下来的不多。我国已研究开发的项目有:粉煤灰漂珠、沉珠的分选和利用，粉煤灰中炭粒的分选和利用，粉煤灰中富铁玻璃微珠的分选和利用，以及粉煤灰中铝、铁、镓的提取等等。