粉煤灰价值“自我实现”之路
核心提示：粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产亟待解决的任务之一
我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，2000年粉煤灰排放量达1.5亿吨，2010年约为3亿吨，2017年将达到5~6亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。
另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产亟待解决的任务之一。实践证明，经过开发和综合利用，粉煤灰可在建材、工业生产、水利等各行业得到广泛的应用。
粉煤灰的产生和特性
粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
粉煤灰外观类似水泥，颜色在乳白色到灰黑色之间变化。粉煤灰的颜色是一项重要的质量指标，可以反映含碳量的多少和差异，在一定程度上也可以反映粉煤灰的细度。颜色越深粉煤灰粒度越细，含碳量越高。粉煤灰有高钙粉煤灰和低钙粉煤灰之分。一般情况下，高钙粉煤灰的颜色偏黄,低钙粉煤灰的颜色偏灰。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，并且珠壁具有多孔结构，孔隙率高达50%~80%，有很强的吸水性。
粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度、比表面积、需水量等，这些性质是化学成分及矿物组成的宏观反映。由于粉煤灰的组成波动范围很大，这就决定了其物理性质的差异也很大。粉煤灰的物理性质中，细度和粒度是比较重要的项目。它直接影响着粉煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的细度影响早期水化反应，而化学成分影响后期的反应。
粉煤灰从化学性质来看是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有水硬胶凝性能，但当以粉状及水存在时，能在常温，特别是在水热处理(蒸汽养护)条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。
粉煤灰的加工和应用
燃煤发电厂将煤磨成100μm以下的煤粉，用预热空气喷入炉膛成悬浮状态燃烧，产生混杂有大量不燃物的高温烟气，经集尘装置捕集就得到了粉煤灰。粉煤灰的化学组成与粘土质相似，主要用来生产粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰砖、粉煤灰硅酸盐砌块及其他建筑材料，还可用作农业肥料和土壤改良剂，回收工业原料和做环保材料。
粉煤灰代替粘土原料生产水泥，水泥生产采用粉煤灰配料可利用其中的未燃尽炭，把粉煤灰作为水泥混合材生产低温合成水泥。其生产原理是将配合料先蒸汽养护生成水化物，然后经脱水和低温固相反应形成水泥矿物。
用粉煤灰制作无熟料水泥，包括石灰粉煤灰水泥和纯粉煤灰水泥。还有石灰粉煤灰水泥是将干燥的粉煤灰掺入10%～30%的生石灰或消石灰和少量石膏混合粉磨，或分别磨细后再混合均匀制成的水硬性胶凝材料。
在混凝土中掺加粉煤灰代替部分水泥或细骨料，不仅能降低成本，而且能提高混凝土的和易性、提高不透水、气性、抗硫酸盐性能和耐化学侵蚀性能、降低水化热、改善混凝土的耐高温性能、减轻颗粒分离和析水现象、减少混凝土的收缩和开裂以及抑制杂散电流对混凝土中钢筋的腐蚀。
粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性强、修饰性改善、抗冲击能力提高、抗冻性增强等优点。
在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料，还可减少了用水量，改善了混凝土拌和物的和易性，增强混凝土的可泵性；同时减少了混凝土的徐变，减少水化热、热能膨胀性，提高混凝土抗渗能力，增加混凝土的修饰性。
现在，采用优质粉煤灰和高效减水剂复合技术生产高标号混凝土的国标一级混凝土新技术正在全国迅速发展。同时，优质粉煤灰特别适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、抗硫酸盐混凝土和抗软水侵蚀混凝土及地下、水下工程混凝土、压浆混凝土和碾压混凝土等国标二级和三级混凝土。
粉煤灰还可用于建筑制品中。如蒸制粉煤灰砖，是以电厂粉煤灰和生石灰或其他碱性激发剂为主要原料，也可掺入适量的石膏，并加入一定量的煤渣或水淬矿渣等骨料，经过加工、搅拌、消化、轮碾、压制成型、常压或高压蒸汽养护后而形成的一种墙体材料。
又如烧结粉煤灰砖，以粉煤灰、粘土及其他工业废料为原料，经原料加工、搅拌、成型、干燥、培烧制成砖。以及蒸压生产泡沫粉煤灰保温砖，以粉煤灰为主要原料，加入一定量的石灰和泡沫剂，经过配料、搅拌、烧注成型和蒸压而成的一种新型保温砖。
粉煤灰轻质耐热保温砖，是用粉煤灰、烧石、软质土及木屑进行配料而成，具有保温效率高，耐火度搞，热导率小，能减轻炉墙厚度、缩短烧成时间、降低燃料消耗、提高热效率、降低成本。
粉煤灰硅酸盐砌块，是以粉煤灰、石灰、石膏为胶凝材料，煤渣、高炉矿渣等为骨料，加水搅拌、振动成型、蒸汽养护而成的墙体材料。粉煤灰加气混凝土，以粉煤灰为原料，适量加入生石灰、水泥、石膏及铝粉，加水搅拌呈浆，注入模具蒸养而成的一种多孔轻质建筑材料。
粉煤灰陶粒，是以粉煤灰为主要原料，掺入少量粘结剂和固体燃料，经混合、成球、高温培烧而制的一种人造轻质骨料。
粉煤灰还能作农业肥料和土壤改良剂。因粉煤灰具有良好的物理化学性质，能广泛应用于改造重粘土、生土、酸性土和盐碱土，弥补其酸瘦板粘的缺陷，粉煤灰中含有大量水溶性硅钙镁磷等农作物所必需的营养元素，故可作农业肥料用。
回收煤炭资源，利用浮选法在含煤炭粉煤灰的灰浆水中加入浮选药剂，然后采用气浮技术，使煤粒粘附于气泡上浮与灰渣分离，可以从粉煤灰中回收工业原料。
粉煤灰中含有Fe2O3、Al2O3、和大量稀有金属，可从中回收金属物质，也可分选空心微珠，空心微珠具有质量小、高强度、耐高温和绝缘性好，适用于轻质耐火材料和高效保温材料，特别是用于石油化学工业，在军工领域，可用作坦克刹车构件。
粉煤灰用于环境保护，可制造分子筛、絮凝剂和吸附材料等。同时，粉煤灰还可用于处理含氟废水、电镀废水与含重金属离子废水和含油废水，粉煤灰中含有的Al2O3、CaO等活性组分，能与氟生产配合物或生产对氟有絮凝作用的胶体离子，还含有沸石、莫来石、炭粒和硅胶等，具有无机离子交换特性和吸附脱色作用。
产业政策先行 地方示范推广
2017年10月24日，工信部节能与综合利用司发布《工业和信息化部关于加快推进环保装备制造业发展的指导意见》（以下简称《意见》）。《意见》指出，要在重点领域加快推进环保装备制造业发展，其中，资源综合利用装备要重点研发基于物联网与大数据的智能型综合利用技术装备，研发推广与污染物末端治理相融合的综合利用装备。在尾矿、赤泥、煤矸石、粉煤灰、工业副产石膏、冶炼渣等大宗工业固废领域研发推广高值化、规模化、集约化利用技术装备。
2017年9月22～24日，第五届亚洲粉煤灰及脱硫石膏处理与利用技术国际交流大会在山西省朔州市召开。朔州位于山西省西北部，毗邻内蒙古自治区，是山西省乃至华北地区重要的煤电基地和典型的粉煤灰集中产区。朔州市高度重视粉煤灰、脱硫石膏的综合利用，开展了大量工作，全球第一条粉煤灰碳金地板生产线和粉煤灰橡塑功能填料生产线等都诞生在朔州。朔州已逐渐成为我国粉煤灰综合利用的代表性地区和重要的示范基地。
在朔州市晶鑫粉煤灰制砖有限公司的生产车间，过去煤电企业所产生的煤研石、粉煤灰等废弃物通过这里加工变成了抢手热销的建筑用砖，原来每处理一立方的粉煤灰需要花掉大约5元钱，而现在一立方的粉煤灰制成砖后可卖到160多元钱。
朔州市因煤而兴。随着煤电产业的快速发展，朔州市目前的煤矸石年排量4200万吨，粉煤灰年排量800万吨，脱硫石膏年排量120万吨。2017年，煤研石、粉煤灰、脱硫石膏3类主要固体废弃物年排量将分别达到5000万吨、1800万吨和300万吨。据初步测算，目前朔州市光尘粉煤灰堆存量已达1.2亿吨。
在会上，平定县冠窑砂器陶艺有限公司董事长张红亮谈到粉煤灰的利用时说，“粉煤灰透气性好，隔热性能佳，早在六七年前企业就开始进行研究了。针对人体工程学，结合现代技术，利用粉煤灰等固废材料开发生产新型免导热砂器的工艺技术，在不改变砂器整体性能的前提下，降低砂器与人体接触部位的导热系数，解决了传统砂器在使用中烫手的问题。这一系列专利技术的成功转化，直接提升了平定砂器的附加值，使产品的结构和品种得到延仲，使400多种砂器不仅走出国门，而且远销韩国、日本、新加坡、荷兰、美国等地”。
张宏亮介绍，因为当地有电厂，原料主要从电厂废弃物中来。谈到固废利用，他说：“利用固废，一方面可以减少对环境的污染。另一方面还能提升附加值，可谓一箭双雕。”目前，该企业一年可利用几十吨粉煤灰等固废。张宏亮预计，这个行业还在发展中，以后估计有上千吨的利用价值。
我国首部环境保护税法将于2018年1月1日起正式施行，企业事业单位和其他生产经营者贮存或者处置粉煤灰等固体废物不符合国家和地方环境保护标准的，需要缴纳环境保护税25元/吨。这将给燃煤电厂等粉煤灰脱硫石膏排放单位及相关生产经营单位带来巨大的处理与利用压力。如何对粉煤灰、脱硫石膏进行更好地环保处置和综合利用，已成为现阶段行业所关注的重要问题。法律的作用更多的是指引而非惩罚，企业应把资金更多的注入环境保护和技术升级领域，而不是当巨额罚单寄送上门时才幡然醒悟。
