中国粉体网讯 前不久，央视盛赞光伏发电的低碳环保特性，光伏发电是未来中国重要的电源。但是目前，光伏发电仅占中国发电量的3.5%。中国人口众多，用电量需求也很高，发电方式还存在以水力发电、风力发电、煤炭发电多种混合方式进行。
粉煤灰是电厂锅炉燃烧后从烟气中收集的细灰，主要成分是二氧化硅和三氧化二铝以及少量三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾和氧化硫等。煤炭的大量消耗产生了大量的粉煤灰，据统计，中国每年约产生5亿t粉煤灰。随着电力消耗的增加，粉煤灰排放量也逐年增长。我国2017年粉煤灰产量为6.86亿t，2018年为7.15亿t，2019年为7.48亿t，2020年预计为7.81亿t，2024年将达到9.25亿t。与普通工业副产品不同，粉煤灰成分复杂，如果处理不当会造成严重的环境问题。如果我国能够将堆积的粉煤灰进行合理的资源化利用，不但能有效解决环境污染问题，还能够创造巨大的经济价值，实现资源的高价值化利用。
粉煤灰的矿物学特性
在矿物学方面，粉煤灰主要由玻璃体、晶体相组成，此外还含有一定量的未燃炭。其中玻璃体组分多为铝硅酸盐玻璃体，通常占粉煤灰质量分数的 60%以上；粉煤灰的晶体相成分主要是莫来石、石英石和铁矿，在晶体相物质中莫来石所占的比例最大，约占总量的 6%~15%；未燃炭在粉煤灰中一般不超过5%。
一般情况下粉煤灰的细度越小，烧失量越小，比表面积越大，其活性位点越多，活性越高，活性高的粉煤灰容易与其他物质反应生成新物质，适用于资源化利用。
粉煤灰类型及其子类型的潜在高附加值利用方向
提取粉煤灰中的有价元素
提取铝。从粉煤灰中提取铝的工艺主要是碱烧结法和浸出法。碱烧结法是指在高温下加入碱烧结剂活化粉煤灰，随后提取铝的方法，常用石灰石和碱石灰为烧结剂提取铝。石灰烧结法工艺成熟、操作简便，但该法石灰用量大、能耗高，且硅渣副产物的产生量大；碱石灰法有效减少了石灰石的消耗，降低了反应温度，提高了提取率，但硅渣的问题没有完全解决。
浸出法主要有无机酸浸出法和碱浸出法。 研究表明，酸浸出工艺中影响铝浸出率的主要因素有酸种类、酸浓度和粉煤灰特性等。
提取硅。从粉煤灰中提硅通常先对硅和铝进行共提取，再对产物进行分离。W.Yan 等利用先酸后碱工艺提取粉煤灰中的Al2O3和SiO2，首先用浓酸活化粉煤灰中的Al2O3，再焙烧得到纯度为 99.91%的Al2O3，然后用浓碱浸出渣中的SiO2，最终得到纯度为99.52%的SiO2。粉煤灰中提取的硅、铝元素可进一步合成铝硅合金，硅可以用来制备白炭黑或吸附剂等。
提取镓、锗、锂等稀散金属元素。目前从粉煤灰中提取Ga、Ge、Li等元素的方法主要有浸出法、萃取法和吸附法。F.Arroyo等采用浸出法对粉煤灰进行Ga和Ge的提取，收率均达70%左右，该法的浸出效果较好，但不适用于硅铝比较高的粉煤灰。
多种元素共同提取。L.Wang等采用碳氯化法从高铝粉煤灰中提取有价元素，Al2O3、SiO2、CaO和TiO2的提取率分别达到84.3%、72.7%、68.9%和87.3%，n（碳）/n（铝）为4.5∶1。
粉煤灰提取各有价元素主要方法的优缺点
物理提取粉煤灰中的高值物
提取未燃炭。粉煤灰中提取的未燃炭具有多孔、低碘值等特性，可制备活性炭，并用作吸附剂去除烟气中汞等有害物质， 还可用作填料或炭黑的替代品。
提取空心微珠。空心微珠是一种在二十世纪五六十年代发展起来的新型微粒材料，主要包括磁珠、漂珠和沉珠3类。磁珠具有较强的磁性，一般通过干式磁选法提取，漂珠和沉珠则常用湿选法提取。从粉煤灰中提取出的空心微珠一般特指漂珠，漂珠具有普通粉煤灰无法比拟的优良特性，如球形结构、质量轻、强度高、耐高温和绝缘等特点，因而被广泛应用于军事、航空航天、物理、化学、机械、电绝缘等领域。空心微珠可用于制作防水涂料，也可作填充材料。
制备沸石。粉煤灰中含有大量的SiO2和Al2O3，是合成沸石的合适原料。粉煤灰制备沸石最常用的方法是水热合成法，即用碱性激发剂溶解粉煤灰中的硅铝等活性物质，随后对硅铝酸盐凝胶加温进行晶化。
制备新型玻璃材料。粉煤灰中含有大量的玻璃相氧化物（SiO2、Al2O3、CaO）和少量成核剂（P2O5、TiO2、Fe2O3），可以作为替代原料。
用于制作水泥、混凝土、砖与砌块。粉煤灰作为建筑材料有几个特点：性质易分析、存在球状颗粒、能够与混凝土搭配、利用量大、利用范围广、利用程度高。粉煤灰在建筑方面的使用量占利用总量的45％左右，主要产品有：粉煤灰水泥（掺量30％以上）、混凝土、普通水泥、墙体材料、路基填料、硅酸盐承重砌块和小型空心砌块、烧结陶粒、烧结砖等。
制备地质聚合物。地质聚合物是一类较新的建筑材料，它是以SiO2 和 Al2O3 为前驱体缩聚合成的，粉煤灰含有大量的硅铝元素，具有较强的可加工性。较常用的粉煤灰地质聚合物合成方法是碱性活化分解—缩聚法。
在化工方面的应用。粉煤灰中含有大量的SiO2、Al2O3、TiO2等氧化物，是常用的催化剂载体。另外，粉煤灰经过高温燃烧后化学性质极其稳定，亦可作为载体用于脱硫、脱硝、制氢等。
在农业方面的应用。研究表明，粉煤灰中虽然含有一定量的铬、铅、汞等对农作物有害的重金属，但当其施用量小于4.5kg/m2时并不会对土壤产生不利影响。庞喆等将粉煤灰和有机肥混合使用，发现混合肥能提高土壤表层7.5cm处的温度，相较于其他处理方式，混合肥利用率最大为23.52kg/（hm2•ｍｍ），2年的玉米产量每平方米也提高了75％。除此之外，粉煤灰还可以作农药配制的载体，能除草灭虫，与水为载体相比，粉煤灰农药具有极好的可视性，且能够使农药效果更好、药效更持久。
在造纸方面的应用。粉煤灰粒径较大，加工后可作为造纸填料，节省原木消耗。此外，粉煤灰可制成粉煤灰纤维，在耐水、耐高温、防火、防腐、防蛀等方面优于植物纤维纸张。
在陶瓷方面的应用。粉煤灰中含有Al、Si、Fe和Ca等元素，可作为陶瓷的优良原料，且粒径更细，能省去破碎和研磨工序，节省时间。张冬梅等以粉煤灰、高岭土和山皮土为主要原料，用碳化硅（SiC）作发泡剂，采用原位发泡法制备了泡沫陶瓷，结果表明，当烧成温度为1300～1400℃、发泡剂SiC掺量为4％～6％时，可制备出孔隙率高、密度小、孔径均匀的泡沫陶瓷，这种陶瓷与传统陶瓷相比具有气孔率高、比表面积大、耐腐蚀等优点。
其他。粉煤灰除了能够制备上述材料外，还可以用于制备陶瓷无机纤维或橡塑复合材料等。
小结
利用合理的技术手段对粉煤灰进行“升级”，对保护环境、提高经济价值、促进社会可持续发展具有重要的现实意义。虽然我国粉煤灰的综合利用技术在不断进步，但目前依然处于初级阶段，与发达国家相比仍有较大差距。因此还需要增强创新意识，加大科研投入，注重产品的改造和开发。
参考文献：
刘梦茹等.粉煤灰资源综合利用现状研究
冯文丽等.粉煤灰高附加值利用研究进展
（中国粉体网编辑整理/茜茜）
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