矸石电厂粉煤灰的综合利用
摘要：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，是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。
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。
关键词：粉煤灰；矸石；综合利用
1 引言
我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。
近年来，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，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2009年，中国粉煤灰产量达到了
3.75亿吨，相当于当年中国城市生活垃圾总量的两倍多，其体积可达到
4.24亿立方米，相当于每两分半钟就倒满一个标准游泳池，或每天一个水立方。
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，也是电力生产所面临解决的任务之一。
煤矸石是在煤矿建设、生产过程及煤的洗选加工过程中排出的固废弃物。
由于我国煤炭开采量大，煤矸石大量堆放形成无数座矸石山，不仅占用大量土地，而且还污染环境，给煤矿企业带来沉重的经济环境负担。
目前煤矿矸石大部分靠矸石电厂发电消耗掉，但是煤矸石的灰分高，约为6 5 — 8 5 ％，粉煤排放量大，而且这些电厂粉煤灰的利用率比较低，大多直接排放，对环境造成了很大的压力。
产出粉煤灰量多而质量较低，难以利用，使得矸石电厂粉煤灰大量堆积，并造成环境污染。
发电厂产生的粉煤灰如不加以利用，需占地堆放，积存量越大，占地越多，据估算，一万吨的粉煤灰，占地约1亩。
粉煤灰被收集后露天堆放，不仅占用了大量的土地，而且污染空气和堆积处的地下水源，对环境的危害很大。
粉煤灰治理普遍缺乏有效措施，露天堆置的粉煤灰场很可能导致严重的二次扬尘污染。
粉煤灰在处置过程中，如果没有防扬尘措施，粉尘会随风飘逸；扩散到很远的地方，造成大气的粉尘污染，对人体的呼吸系统造成危害，同时将植物叶片的叶孔堵住，影响植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用。
粉煤灰中又富集砷、铅和硒等重金属元素，它们很有可能会伴随沙尘暴长途迁徙，危害广大地域人民的身体健康。
粉煤灰储存厂周围应建有防渗设施，否则会使周围土地发生次生盐碱化，并且部分有害成份很容易经过风化雨淋随地表径流渗入土壤，从而杀死土壤中的微生物，使土壤丧失肥力，导致草木不生。
粉煤灰场扬起的粉尘随降水和地表径流排人河流、湖泊或海洋，或随风飘迁落入水体使地表水污染，随渗沥水
进入土壤，使地下水受到污染。
然而粉煤灰并不完全就像上文所说的那样一无是处，为了解决粉煤灰堆放中产生的一系列问题，中国的科技工作者经过多年研究论证，提出了一系列将粉煤灰“变废为宝”的综合利用方法。
例如粉煤灰可用作水泥、砂浆、混凝土的掺合料，并成为水泥、混凝土的组分，粉煤灰作为原料代替黏土生产水泥熟料的原料、制造烧结砖、蒸压加气混凝土、泡沫混凝土、空心砌砖、烧结或非烧结陶粒，铺筑道路；构筑坝体，建设港口，农田坑洼低地、煤矿塌陷区及矿井的回填；也可以从中分选漂珠、微珠、铁精粉、碳、铝等有用物质，其中漂珠、微珠可分别用作保温材料、耐火材料、塑料、橡胶填料等。
因此粉煤灰的综合利用大有前途，可以产生良好的经济效益和生态效益。
2 粉煤灰的成分与性质
1.1粉煤灰的化学组成
我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、 MgO 、K2O、 Na2O、SO3、MnO2等，此外还有P2O5等。
其中氧化硅、氧化钛来自黏土，岩页；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。
粉煤灰的元素组成(质量分数)为：O 47.83%，Si 11.48%～31.14%，Al
6.40%～22.91%，Fe 1.90%～18.51%， Ca 0.30%～25.10%，K 0.22%～3.10%，Mg 0.05%～1.92%，Ti 0.40%～1.80%，S 0.03%～4.75%，Na 0.05%～1.40%，P
0.00%～0.90%，Cl 0.00%～0.12%，其他0.50%～29.12%。
由于煤的灰量变化范围很广，而且这一变化不仅发生在来自世界各地或同一地区不同煤层的煤中，甚至也发生在同一煤矿不同的部分的煤中。
因此，构成粉煤灰的具体化学成分含量，也就因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同而有所不同。
下表是河南省10家矸石电厂的十三个粉煤灰样品的分析结果（见表1）。
此外粉煤灰中含有一些有害物质，主要有镉、汞、铅、铬、砷五种有毒微量元素及放射性铀、钍、锶、钾等核素，还有苯并芘等。
这些元素可以随煤灰水或者雨水渗入地下对土壤以及地下水造成污染，是粉煤灰有造成污染的主要原因之一。
表二为收集到的各电厂有害元素含量（见表二）。
1.2粉煤灰的结构及存在状态
粉煤灰的结构是在煤粉燃烧和排出过程中形成的，比较复杂。
在显微镜下观察，粉煤灰是晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的一个复合结构的混合体。
混合体中这三者的比例随着煤燃烧所选用的技术及操作手法不同而不同。
其中结晶体包括石英、莫来石、磁铁矿等；玻璃体包括光滑的球体形玻璃体粒子、形状不规则孔隙少的小颗粒、疏松多孔且形状不规则的玻璃体球等；未燃炭多呈疏松多孔形式。
粉煤灰是以颗粒形态存在的，且这些颗粒的矿物组成、粒径大小、形态各不相同。
人们通常将其形状分为珠状颗粒和渣状颗粒两大类。
粉煤灰由多种粒子构成，其中珠状颗粒包括空心玻珠(漂珠)、厚壁及实心微珠(沉珠)、铁珠(磁珠)、炭粒、不规则玻璃体和多孔玻璃体等五大品种。
其中不规则玻璃体是粉煤灰中较多的颗粒之一，大多是由似球和非球形的各种浑圆度不同的粘连体颗粒组成。
有的粘连体断开后，其外观和性质与各种玻璃球形体相同，其化学成分则略有不同。
多孔玻璃体形似蜂窝，具有较大的表面积，易黏附其他碎屑，密度较小，熔点比其他微珠偏低，其颜色由乳白至灰色不等。
在扫描式电子显微镜下可以比较容易地观察到不规则玻璃体的存在。
渣状颗粒包括海绵状玻璃渣粒、炭粒、钝角颗粒、碎屑和粘聚颗粒等五大品种。
正是由于这些颗粒各自组成上的变化，组合上的比例不同，才直接影响到粉煤灰质量的优劣。
表一：
表二：
粉煤灰有害元素含量mg/Kg
3 粉煤灰的综合利用。