項良友

（浙江天地環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆贾?310000）

現階段，我國正在大力推進電力能源結構改革，但在資源分布和新能源發(fā)電的技術經濟性等因素影響下，燃煤發(fā)電依然占據著重要地位?！吨袊娏π袠I(yè)年度發(fā)展報告2021》顯示，2020年，我國全口徑發(fā)電量為76 264 億kW·h，燃煤發(fā)電量為46 296億kW·h，約占總發(fā)電量的60.7%。粉煤灰是燃煤發(fā)電形成的固體廢棄物之一，消耗1 t 原煤能夠形成250 ～300 kg 粉煤灰。要想降低粉煤灰對生產企業(yè)運營成本、環(huán)境污染帶來的壓力，就需要優(yōu)化粉煤灰的再利用，促進利用率的提高，大力發(fā)展循環(huán)經濟。

1 電廠固體廢棄物產生的機理

燃煤發(fā)電廠在運轉過程中需要消耗大量煤炭資源，這些煤炭在燃燒后會將化學能轉變成熱能，然后將水轉變成水蒸氣，汽輪機在水蒸氣的作用下實現轉動，帶動發(fā)電機，實現發(fā)電目標。將煤炭放置到鍋爐中進行燃燒，會形成許多溫度較高的氣體，在引風機、除塵機、濕法脫硫裝置等的作用下，凈化后的煙氣會直接排入大氣。燃燒結束后形成的煤渣則會進入渣斗，除塵機會結合除灰裝置排除粉塵。燃煤發(fā)電廠發(fā)電時，固體廢棄物的形成過程如圖1 所示。

圖1 固體廢棄物的形成過程

粉煤灰和煤渣均屬于燃煤發(fā)電廠在發(fā)電過程中所產生的主要固體廢棄物。鍋爐爐膛性能與煤炭品質和最終形成的粉煤灰、煤渣比例緊密相關。我國電廠較為常用的鍋爐及其性能如表1 所示。以上鍋爐中，最常用的是煤粉爐，其在煤炭燃燒過程中的爐內溫度高，燃燒不充分的情況少。煤粉爐內部面積較大，可以提高蒸發(fā)量，增加煤粉和空氣的接觸面積，實現充分燃燒。

表1 不同類型鍋爐所排放的灰塵濃度和粉煤灰比例

2 電廠粉煤灰再利用的優(yōu)化措施

2.1 合理運用到農業(yè)生產

粉煤灰不僅含有硅化物、鐵化物、鋁化物等，還含有少量的硼、鎂、鋅、鈣、鈉等元素。粉煤灰的磷、鉀等元素含量高，可以改善土壤性質。粉煤灰能夠作為原材料或添加劑，制成特種肥料，如磁化復合肥、硫酸鉀復合肥等。受鈣等元素影響，粉煤灰呈堿性，制作的化肥pH 處在8 ～9，能夠改良酸性土壤。磁化粉煤灰能夠生產磁化肥，其可激化土壤磁性，增強微量元素活性，提高含水量，有利于植物吸收水分等，進而提高農作物產量。粉煤灰復合肥指的是將其他元素融入粉煤灰中，諸如硅等，通過相應工序制成粉煤灰硅鉀肥、硅鈣肥等，利于植物生長。粉煤灰磁化復合肥的制作工藝流程如圖2 所示。

圖2 粉煤灰磁化復合肥的制作工藝流程

2.2 制備建筑材料

國內外對粉煤灰進行再利用，其主要用于生產建筑材料，如水泥、混凝土等。產品附加值整體不高，但能夠消納許多粉煤灰且成本低，所以其成為粉煤灰再利用的主要途徑。粉煤灰含有較多的CaO，其具備良好的黏結性和火山灰特性。CaO 含量超過15%的粉煤灰被稱為C 型粉煤灰，不超過15%的為F 型粉煤灰。其中，后者只存在火山灰特性。可利用粉煤灰的火山灰活性，將其制作成水泥。粉煤灰內的大部分顆粒物表面光滑。水泥窯粉塵和粉煤灰混合，能夠制作黏結劑，其擁有良好的火山灰特性，能夠運用在建筑領域。將此類黏結劑添加到混凝土骨料、砌塊中，能夠創(chuàng)造良好的經濟效益與環(huán)境效益。此類黏結劑強度良好且耐久性強。粉煤灰基建材料能夠減少耗水量，提高建筑材料強度，降低溫室氣體排放，減少施工成本。

2.3 生產微晶玻璃

整體析晶法、燒結法和溶膠-凝膠法是微晶玻璃的主要生產工藝，利用粉煤灰制作微晶玻璃時，通常采用前兩種方法。其中，整體析晶法最早用于制備微晶玻璃，現階段依然運用廣泛，工藝機理為：均勻混合玻璃原料和晶核劑，制作成玻璃配合料，然后在高溫作用下形成熔融玻璃液，澄清一段時間后，可運用熱處理方式讓其核化和晶化，最終得到結構均勻的微晶玻璃制品。該方法能夠運用吹制、壓制、拉制等玻璃成形方式。燒結法難以生產異型微晶玻璃制品，同時部分制品會出現氣孔，但此方法不必運用晶核劑，可降低原料成本。同時，該方法可以簡單調整制品規(guī)格、厚度等，所以其在微晶玻璃生產中廣泛運用。粉煤灰微晶玻璃熔制溫度為1 300 ～1 500 ℃，退火溫度為550 ℃，核化溫度為650 ～750 ℃，晶化溫度為850 ～1 100 ℃。

2.4 提取金屬元素

粉煤灰含有的部分元素能夠應用于電信、航天、光通信等行業(yè)，如鍺、鎵、釩、鈦等。粉煤灰內的鍺元素可通過單寧共沉淀法、活性炭吸附法、樹脂交換法等方式分離出來。研究表明，離子交換法可以順利提取粉煤灰內的鍺元素，鍺和鄰苯二酚進行絡合，產物會保留在強堿性陽離子樹脂中，至多能夠達到215.5 mg/g，然后通過50%鹽酸乙醇溶液洗脫鍺絡合物。提取粉煤灰內的鎵元素時，需要采取鹽酸酸浸與溶解煤油內的離子交換樹脂雙溶劑（Amberlite LA-2和LIX 54）萃取方法，即在酸浸出液中利用LA-2 提取鎵和鐵，再通過NaOH 沉淀鐵，鎵則會在酸浸出液中溶解，如此便能夠通過LIX 54 將鎵提取出來。酸浸出液可以提取粉煤灰內83%的鎵元素。

粉煤灰還含有較多鋁元素，提取方式主要為煅燒法和酸浸出法。微波輻射煅燒法是煅燒法的代表工藝，可根據一定比例對粉煤灰和碳酸鈣進行混合，然后通過微波對其進行輻射煅燒，800 ℃溫度加熱1 min 后，氧化鋁的提取率為95%。微波輻射煅燒法速度快、能耗低，氧化鋁提取率高。同時，900 ℃溫度條件下對粉煤灰、碳酸鈉進行煅燒，能夠形成可溶性鋁酸鹽，然后利用硫酸浸出燒結產物，形成鋁元素溶液，萃取率能夠達到98%。盡管還有其他方式能夠在粉煤灰內提取鋁且效率高，但大都存在缺點，停留在實驗室階段。

2.5 通過改性吸附廢水中氨氮

粉煤灰具有多孔性，比表面積大，改性可增強其吸附性能。改性粉煤灰可吸附廢水中氨氮，可利用HCl、NaOH、NaCl、NaCO等對粉煤灰進行改性。研究發(fā)現，根據改性效果，4 種改性劑的排序為NaOH ＞NaCO＞NaCl ＞HCl；NaOH 改性粉煤灰對廢水中氨氮的去除率為46.55%，最佳條件為NaOH濃度5 mol/L、85 ℃恒溫、攪拌4 h。

3 結語

粉煤灰作為一種二次資源，已被廣泛應用到農業(yè)生產、建材制備、環(huán)境保護等領域。目前，生產建材依然是粉煤灰再利用的主要途徑，雖然它可以提高利用率，但產品附加值低。粉煤灰再利用需要將高附加值產品作為主攻方向，在工業(yè)化生產中融入技術成熟、工藝簡單、成本低的科技成果。粉煤灰再利用不僅可以減少電廠儲灰場建設的資金投入，降低粉煤灰對環(huán)境的影響，也可增加就業(yè)，節(jié)能減排，產生一定的經濟效益。