粉煤灰对环境的危害及其综合利用_王伟

　综　　述

文章编号:1009-9441(2007) 05-0004-03

粉煤灰对环境的危害及其综合利用

◆◆王　伟, 周华强　(1. 中国矿业大学化工学院, 江苏徐州　221008; 2. 中国矿业大学能源学院, 江苏徐州　221008)

摘　要:介绍了粉煤灰的物理性质、化学性质和矿物组成以及粉煤灰对环境的危害。综述了粉煤灰在建材、化学工业、污水处理、矿井充填等领域的应用。关键词:粉煤灰; 综合利用; 环境污染中图分类号:X 773　　　文献标识码:A

1

2

1. 3　粉煤灰的矿物组成

表3是刘巽伯等

[2]

对我国一些地区粉煤灰物相

分析的结果。不同地区、不同种类的粉煤灰中的矿物相差异较大, 这种差异使得不同的粉煤灰的使用效果、资源化程度差异比较大。所以, 根据粉煤灰中的矿物相确定粉煤灰的品质更为确切, 而粉煤灰的化学成分只能作为一种参考。

表3　我国粉煤灰的矿物组成范围

矿物

名称平均值含量范围

引言

粉煤灰是目前世界上排放量最大的工业废料之一, 不仅严重地污染了环境, 而且还占用了大量土地。对粉煤灰进行综合利用特别是用于土木建筑材料方面, 不仅能彻底解决其堆放占地和污染环境的问题, 而且具有显著的经济效益和社会效益。

%

玻璃态玻璃态低温型高铁低铁

莫来石含碳量

S i O A l 石英玻璃珠玻璃珠22O 36. 41. 1～

15. 9

20. 411. 3～

29. 2

5. 20～

21. 1

59. 842. 2～

70. 1

8. 21. 0～

23. 5

38. 526. 3～

45. 7

12. 44. 8～

21. 5

1　粉煤灰的组成和性质

1. 1　粉煤灰的化学性质

粉煤灰的化学特性取决于煤种、制粉设备、锅炉炉型、除尘设备类型、除尘方式、运行条件等多种因素。所以, 不同地区的粉煤灰性质差异很大(见表1) 。

表1　我国各地区粉煤灰的化学成分[1]

样品来源新安电厂朱村矿粉煤灰岱庄矿粉煤灰南昌七里山电厂北京石景山

烧失量30. 187. 9411. 737. 916. 20

S i O 233. 3551. 6346. 8449. 3850. 92

F e 2O 36. 864. 394. 0110. 266. 55

A l 2O 343. 5030. 1028. 6021. 6432. 12

C a O 4. 356. 5215. 132. 763. 72

　　通常粉煤灰中主要是玻璃体, 但有时晶体物质的含量也比较高, 其范围在11%～48%。主要晶体相物质为莫来石、石英、赤铁矿、磁铁矿、C、黄长石、默3A

硅镁钙石、方镁石、石灰等, 在所有的晶体相物质中莫来石所占的比例最大, 可达到总量的6%～15%

[3]

。

%

M g O 3. 853. 211. 091. 200. 10

2　粉煤灰对环境的影响和危害

粉煤灰对环境的危害主要表现在污染水源、污染大气、占用土地、污染土壤。

2. 1　污染水源

目前, 国内对粉煤灰的大批量处理主要是回填, 而回填带来的主要问题是粉煤灰潜在的毒性对环境的长期影响, 从而对地下水、土壤造成污染。

[4]

曹良国等研究了粉煤灰中元素的浸出特性以及对水体的影响。认为若可溶盐、硼及其他潜在毒性元素的含量过高, 会导致元素的不均衡以及土壤的板结和硬化。粉煤灰浸出的一些微量重金属元素也会对环境造成影响。同时由于浸出的元素的环境迁移性, 会对环境造成潜在的长期影响。2. 2　污染大气

一般来讲, 对于粉煤灰的处理主要是回填和储灰池存储。电厂粉煤灰属于固体废物中细粒, 粉尘

g l s

1. 2　粉煤灰的物理性质

粉煤灰是灰白色的粉状物, 含水量大的粉煤灰呈黑色。其物理性质取决于燃煤的种类、煤粉的细

度、燃煤方式和燃烧温度以及电厂的收尘效率、排灰方式等。粉煤灰的主要物理性质见表2。

表2　粉煤灰的物理性质

容重粒度空隙度标准稠度比表面积灰分热值分离

2/(k g /L/mm /%/%/(k J /k度/%m /kg /%/(0. 5～

17～4060～751. 0

35～65

200～400

70～

80

6000～7500

92

随风飞扬, 污染大气。

[5]

于维河等对七台河市的大气环境状况进行了调查, 发现城区S O O 2、Nx 能达到国家空气质量二级标准, 但总悬浮物和降尘这两项污染物均超标, 尤其是降尘污染较重。

2. 3　占用土地、污染土壤

粉煤灰的贮放方式可分为湿法贮灰与干法贮灰两种。湿法贮灰运行简单、费用低, 无噪声污染, 输送过程的扬灰污染较易解决。但贮灰场的一次投资较高, 解决渗漏与水质污染问题比较困难, 灰场贮满后场地的利用较困难, 存在着灰浆漏失或溃坝的危险。我国粉煤灰的存储量大, 其堆放占用大量土地, 而且遇水容易使粉煤灰中的元素渗透到土壤, 污染环境。贺玉晓等研究分析了焦作某电厂堆灰场附

6+

近浅层地下水中C r 离子的形成原因, 主要是由于

6+

堆灰场中的C r 离子等污染物经大气降水及冲灰水的淋溶渗入地下造成的。

[6]

粉煤灰混凝土泛指掺加粉煤灰的混凝土。实践证明, 在配制混凝土混合料时掺入一定数量和质量的粉煤灰, 可达到改善混凝土性能、节约水泥、提高混凝土制品质量和工程质量、降低制品生产成本和工程造价的目的。

我国对粉煤灰混凝土的研究开发已经过半个多世纪的历程, 目前已广泛应用于土木工程、建筑工程以及预制混凝土制品和构件等方面。李顺凯等论述了粉煤灰对改善混凝土性能的研究, 并将之运用于桥梁当中, 取得了一定的效果。

3. 1. 3　粉煤灰烧结砖

烧结粉煤灰砖是以粉煤灰和黏土为主要原料, 再辅以其他工业废渣, 经配料、混合、成型、干燥及焙烧等工序而成的一种新型墙体材料。与普通黏土砖相比, 烧结的粉煤灰砖具有保护环境、节约能耗、减轻建筑负荷、降低劳动强度等优点。3. 2　粉煤灰在农林牧业中的应用

粉煤灰在农林牧业中的应用, 实际上就是通过改良土壤、覆土造田等手段促进种植业的发展, 以达到提高农作物产量、绿化生态环境、培植优良饲草等目的。实践证明, 与工业综合利用相比, 农林牧业利用粉煤灰具有投资少、容量大、需求平稳、波动少, 且大多对粉煤灰的质量要求不高等特点, 是适合我国

[11]

国情的一条综合利用途径, 潜力很大。

贾得义等利用焦作电厂的灰色粉煤灰和老厂黑色粉煤灰对重黏土地进行改良, 并试种小麦。试验结果表明, 施用粉煤灰比不施粉煤灰的小麦产量有明显增加; 在一定的施用量范围, 施粉煤灰多比施粉煤灰少的小麦产量也明显增加。

3. 3　粉煤灰在化学工业中的应用

粉煤灰是一种主要含有硅、铝化学成分的特殊资源, 因其特有的物理性质而被用于化学工业中。从粉煤灰中可提取铝、锗、金等金属; 改性粉煤灰可用作塑料、橡胶等工业的填料, 还可以粉煤灰为主要原料制备微晶玻璃和分子筛等, 展示了粉煤灰在化学工业中的广阔应用前景。

粉煤灰分子筛中粉煤灰的S i /Al 比一般介于1. 0～2. 0, 通过补加铝, 可以合成性能优良的4 沸石分子筛, 广泛用于石油精炼、水处理、吸附脱色等。利用粉煤灰制分子筛工艺比较简单, 可省去一般方法中的稀释、沉降、浓缩过滤等操作, 可节省投资。

[14]

何佳振研究了煤灰中各元素的组分及镓在粉煤灰中的状态变化情况, 找到了从粉煤灰中回收镓的工业化生产工艺流程, 同时也明确指出了研究中存在的主要问题。

[13]

[7]

[12]

[10]

[9]

3　粉煤灰的综合利用

我国自20世纪50年代起开展对粉煤灰的研究, 已在许多领域大规模应用。根据利用量与技术水平, 可将粉煤灰综合利用的项目分为以下3类:

(1) 高容量低技术利用, 如粉煤灰回填、筑堤、灌浆等;

(2) 中容量中等技术利用, 主要是在建筑材料方面的利用, 如用作水泥原料、混合材等;

(3) 低容量高技术利用, 主要指具有较高经济效益的高新技术, 如金属与矿物的分选等。目前, 就国内外粉煤灰综合利用的情况来看, 粉煤灰在建材、建筑、道路、填筑和农业中的应用技术比较成熟。3. 1　粉煤灰在建筑和建材工业中的应用

从20世纪50年代开始, 我国对用粉煤灰制作建筑材料进行了大量的研究工作。50多年来, 产品的种类逐步增加、应用范围逐渐扩大。利用粉煤灰生产的建材产品有数十种, 主要产品有粉煤灰水泥、烧结粉煤灰砖、粉煤灰陶粒、粉煤灰面砖等。

[8]

3. 1. 1　粉煤灰水泥

粉煤灰主要由活性S i O l 2和A 2O 3组成, 因而可替代黏土组分配料用于水泥生产。用粉煤灰生产水泥不仅具有经济效益, 还具有社会效益。目前, 国内已研制出硅酸三钙水泥、硫铝酸钙水泥、低比重油井水泥、早强型水泥等, 有的水泥中粉煤灰的掺量可达75%。此外, 由于粉煤灰中含有一定量的未能燃烧的碳粒, 所以, 用粉煤灰配料还能节省燃料。3. 1. 2　粉煤灰混凝土[7]

3. 4　粉煤灰在污水处理中的应用

粉煤灰多孔、比表面积大, 具有一定的活性基团, 其吸附作用主要包括物理吸附和化学吸附。粉煤灰能够吸附污水中的悬浮物、脱除有色物质、降低色度, 吸附并除去污水中的耗氧物质。粉煤灰中的C a O 、Al 2O 3等活性组分, 能够与氟生成配合物或生成对氟有絮凝作用的胶体离子, 从而具有较好的除氟能力。粉煤灰还具有一定的除臭能力。

[15]

董树军等取保定电厂贮灰经105℃烘干后, 对保定护城河的生活污水上清液进行了吸附处理研究。当灰水比为1∶10时, 粉煤灰对该污水C O D 的平均去除率达86. 0%。3. 5　粉煤灰作为充填材料利用粉煤灰作为复垦采煤塌陷区的充填材料, 既可使采煤破坏的土地得到恢复, 又可减少粉煤灰占地以及对环境的污染。

[16]

周华强等提出的固体废物膏体不迁村采煤, 运用附近电厂的粉煤灰、河砂资源加入自制的膏体胶结料, 制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体, 采用冲填泵或重力加压通过管道输送到井下, 适时充填采空区或离层区, 实现村庄不搬迁, 安全开采建筑物下压煤, 保护矿区生态环境和地下水资源。

[J ]. 黑龙江环境通报, 2004, (2) :28-29.

[6]贺玉晓, 尹国勋, 谭利敏. 某电厂堆灰场附近浅层地下水

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4　结语

加大对粉煤灰综合利用的研究, 不仅有利于减少粉煤灰对环境的污染, 还能化害为利、变废为宝,

创造良好的经济效益和社会效益。近年来, 国家加大了对粉煤灰综合利用的力度, 并给予了相应的优惠政策, 特别是随着《粉煤灰综合利用政策》的实施, 粉煤灰已在建材、建筑、农业、材料、环境保护等领域得到了应用和扩展。目前, 我国粉煤灰综合利用技术有近200项, 得到实施应用的有近70项。尽管如此, 仍应加大粉煤灰综合利用的力度, 开拓新的应用领域, 从而使粉煤灰创造出更高的使用价值。参考文献:

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[1]

H a r m o f F l y -a s ht oE n v i r o n m e n t a n dI t s

Mu l t i p u r p o s e U t i l i z a t i o n

W A N GW e i , Z H O UH u a -q i a n g

(1.C h e m i c a l C o l l e g e , C h i n a M i n i n g U n i v e r s i t y , X u z h o u , J i a n g s u , 221008, C h i n a ; 2. E n e r g yC o l l e g e , C h i n aM i n i n g U n i v e r s i t y , X u z h o u , J i a n g s u , 221008, C h i n a ) A b s t r a c t :H e r ei s a ne x p l a n a t i o no f t h ep h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e sa n d t h em i n e r a lc o m p o s i t i o n o f f l y -a s h a n d i t sh a r m t o t h e e n v i r o n m e n ta n d a c o m p r e h e n s i v ei n t r o d u c t i o no f i t su t i l i z a t i o ni ns u c h f i e l d s a s b u i l d i n g m a t e r i a l s , c h e m i c a l i n d u s t r i e s , s e w a g e t r e a t m e n t , m u l t i p u r p o s e u t i l i z a t i o n , m i n e f i l l i n g . K e y w o r d s :fl y -a s h ;m u l t i p u r p o s e u t i l i z a t i o n ; e n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n

作者简介:王伟(1981-) , 男, 江苏建湖人, 硕士研究生, 2004年7月毕业于中国矿业大学应用化学专业, 现在中国矿业大学攻读硕士学位, 研究方向为膏体充填材料及其对周边环境的影响。

收稿日期:2007-03-28

(编辑　盛晋生)

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