粉煤灰及其加工利用摘要：粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，现阶段我国年排渣量已达3000万t。

随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的注意。

本文主要介绍粉煤灰的一些性质及其加工利用。

关键词：粉煤灰危害加工利用Fly ash and the processing of fly ash(Wu Dingfa,Minerals processing project, college of resources and environmental engineering)Abstract:F ly ash is one of china's highest excretion industrial off scum, in current stage, the excretion is 3000 million one year. With the development of fuel, the quantity is increasing year after year. The problem of dealing and using fly ash has caused widespread attention. This paper mainly introduces some of the nature and its manufacturing use of fly ash.Keywords: fly ash; dangers; the processing and utilizing1 粉煤灰的形成过程煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，燃煤中的绝大部分可燃物都能在炉内烧尽，而煤粉中的不燃物(主要为灰分)大量混杂在高温烟气中。

这些不燃物因受到高温作用而部分熔融，同时由于其表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒。

在锅炉尾部引风机的抽气作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾。

随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷呈玻璃体状态，从而具有较高的潜在活性。

在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器，被分离、收集，即为粉煤灰。

其形成过程分为三个阶段。

第一阶段：粉煤在开始燃烧时，其中气化温度低的挥发分，首先自矿物质与固体碳连接的缝隙间不断逸出，使粉煤灰变成多孔型炭粒。

此时的煤灰，颗粒状态基本保持原煤粉的不规则碎屑状，但因多孔型性，使其表面积更大。

第二阶段：伴随着多孔性炭粒中的有机质完全燃烧和温度的升高，其中的矿物质也将脱水、分解、氧化变成无机氧化物，此时的煤灰颗粒变成多孔玻璃体，尽管其形态大体上仍维持与多孔炭粒相同，但比表面积明显地小于多孔炭粒。

第三阶段：随着燃烧的进行，多孔玻璃体逐渐融收缩而形成颗粒，其孔隙率不断降低，圆度不断提高，粒径不断变小，最终由多孔玻璃转变为一密度较高、粒径较小的密实球体，颗粒比表面积下降为最小。

不同粒度和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差别，小颗粒一般比大颗粒更具玻璃性和化学活性。

最后形成的粉煤灰(其中80%～90%为飞灰，10%～20%为炉底灰)是外观相似，颗粒教细而不均匀的复杂多变的多相物质。

飞灰是进入烟道气灰尘中最细的部分，炉底灰是分离出来的比较粗的颗粒，或是炉渣。

这些东西有足够的重量，燃烧带跑到炉子的底部。

2 粉煤灰的结构及性质2.1 粉煤灰的结构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。

2.2 粉煤灰的物理性质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。

密度1.9～2.9 2.1 g/cm3，堆积密度0.531～1.261 0.780 g/cm3。

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。

2.3 粉煤灰的化学性质粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，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。

3 粉煤灰的危害我国是个产煤大国，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2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。

对大气的污染：燃煤飞灰是悬浮颗粒物的只要来源，煤中有害元素大于2um的颗粒沉积在鼻咽区，小于2um的颗粒沉积在支气管·肺泡区，被血液吸收，送到人体各个器官，危害更大，细颗粒漂浮在大气环境中，随气流输送，造成区域性环境污染。

对水体的污染：被除尘器捕获的飞灰，若采用湿排，飞灰中的有害元素会溶于灰水中，造成污染。

飞灰沉降落地或堆放在储灰污池中的粉煤灰，会因雨水淋滤，污染地表水及地下水。

气溶胶的危害：近地面的有毒或有害气溶胶，可直接危害人体健康。

而且气溶胶可参与多种化学反应，对人类生活及生态环境带来间接的危害。

它还可能与细胞发生各种化学反应，目前其作用机理尚不清楚，有待进一步研究，可能是诱发癌症的主要原因。

对环境的后期影响：在粉煤灰利用过程中，仍会对环境产生影响，如生产建材制品，如果粉煤灰中放射性元素含量较高，会影响人体健康。

利用粉煤灰生产农肥或改良土壤，部分有害元素会溶出，渗入土壤，被植物吸收。

4 粉煤灰的加工利用4.1 利用粉煤灰制备沸石分子筛生产分子筛一般采用碱、铝、硅酸钠合成，其原料的来源较少，价格较贵，而以粉煤灰为原料生产分子筛，不仅可以节约化工原料，而且废物利用，将拓宽粉煤灰的综合利用途径，进而提高电力系统的经济效益和社会效益。

用粉煤灰合成沸石分子筛的研究，至今已有20年的历史了，许多科学工作者采用不同的下艺方法进行制备分子筛的研究，推动了用粉煤灰制取分子筛研究的发展。

合成方法有水热法、两步法、碱熔融-水热法、盐-热(熔-盐)合成法、痕量水体系固相合成法等。

【1】利用粉煤灰合成的不同种类的沸石有选择地吸附NH3, NOX, SOX等进行气体净化和除臭。

此外，利用粉煤灰合成沸石，作为上壤添加剂，可以有效地脱除铜、镍、锌、铬等易滤去性金属离子防止污染地表水和地下水。

其次，低品质粉煤灰沸石含有大量无定形硅铝酸盐和未完全沸石化的无定形硅及其他微量元素也是改良上壤的有益成分。

粉煤灰合成的沸石，于其原料来源量大、价格低廉、合成方法简单且具有环保效益，同工业合成沸石相比具有很好的市场应用前景。

4.2 粉煤灰加气混凝土制品粉煤灰加气混凝土制品在我国的的发展非常迅速，前景十分广阔。

粉煤灰加气混凝土已成为我国建筑行业支柱产业，我国引进该技术也近四十年的历史。

巩义市煌鑫机械厂是粉煤灰加气混凝土设备行业最早生产和研发机构。

该项生产工艺和设备装备等各方面技术均以达到行业领先水平。

公司粉煤灰加气混凝土设备产销量及各类产品项综合指标均排在国内同行业之前列。

由于，由于粉煤灰加气混凝土生产原料丰富，特别是使用粉煤灰为原料，即能综合利用工业废渣、治理环境污染、不破坏耕地，又能创造良好的社会效益和经济效益，是一种替代传统实心粘土砖理相的墙体材料。

而且粉煤灰加气混凝土具有容重轻、保温性能高、吸音效果好，有一定的强度和可加工等优点。

多年来受到国家墙改政策、税收政策和环保政策的大力支持，加气混凝土制品已成为新型建筑材料的一个重要组成部分，具有广阔的市场发展前景。

粉煤灰加气混凝土生产工艺：可以根据原材料类别、品质、主要设备的工艺特性等，采取不同的工艺进行生产。

但一般情况下，粉煤灰加气混凝土是由将粉煤灰或硅砂加水磨成浆料，加入粉状石灰，适量水泥、石膏和发泡剂，经搅拌后注入模框内，静氧发泡固化后，切割成各种规格砌块或板材，由蒸养车送入蒸压釜中，在高温饱和蒸气养护下即形成多孔轻质的粉煤灰加气混凝土制品。

4.3 粉煤灰微晶玻璃微晶玻璃的生产工艺总体上分为整体析晶法、烧结法和溶胶－凝胶法三大类，粉煤灰微晶玻璃主要采用前两种方法制备。

整体析晶法是最早用来制备微晶玻璃的方法，现在仍广泛使用。

其工艺过程为：将玻璃原料和适量的晶核剂充分混匀制成玻璃配合料，然后在高温下熔制得到熔融玻璃液，待其澄清均化后进行成形，经退火后在一定的热处理制度下进行核化和晶化，从而获得晶粒细小且结构均匀的微晶玻璃制品。

该法可沿用吹制、压制、拉制、压延、浇注等玻璃的成形方法，适合自动化操作和制备形状复杂、尺寸精确、组成均匀、无气孔的微晶玻璃制品。

近年来，用烧结法制备微晶玻璃引起了科研工作者的极大关注，其主要生产工艺流程为：配料→熔制→水淬→粉碎→过筛→压制成形→烧结和晶化处理→冷加工→成品。

烧结法很难生产异型制品，且制品有时含有气孔，但烧结法可以通过表面或界面晶化形成微晶玻璃,而不必使用晶核剂，降低了原料成本；而且制品厚度及规格容易调整，因此该法成为国内制备建筑微晶玻璃的常用方法。

粉煤灰微晶玻璃的熔制温度一般为1300℃~1500℃，退火温度（整体析晶法）550℃，核化温度650℃~720℃，晶化温度850℃~1100℃，最佳的热处理制度随基础玻璃化学组成的变化而改变。

【2】4.4 粉煤灰水泥粉煤灰水泥，全称粉煤灰硅酸盐水泥。

凡由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰（粉煤灰的掺量为20～40％）、适量石膏共同磨细而制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰水泥。

粉煤灰水泥的水化和硬化过程，与火山灰水泥的水化硬化过程极为似，主要是熟料的水化反应，以及粉煤灰与Ca(OH)2之间相互交错的两级反应。

即，硅酸盐水泥熟料水化生成的C-S-H和Ca(OH)2，被吸附在粉煤灰颗粒的表面，由于粉煤灰中高度分散的活性氧化物吸收Ca(OH)2，进而相互反应而形成以水化硅酸钙为主体的水化产物，水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶，这就是所谓的Ca(OH)2和粉煤灰进行的二次反应（也可称为火山灰反应）。

在粉煤灰颗粒表面上产生的大量的水化物结晶体，它们相互交叉连接，形成了很高的粘结强度，以致在劈裂时，即使粉煤灰颗粒被劈开，但粘结区还能保持完好，因而能达到相当高的力学强度。