粉煤灰高值化利用研究现状与进展

摘要

全球能源需求的快速增长为各种自然资源替代品的开发铺平了道路.然而,煤炭作为世界主要能源依然占据重要地位.2015年煤炭占全球能源供应的29％,预计到2035年,煤炭所占的能源比例仍将高达24％.粉煤灰作为燃煤发电厂的工业副产品,其产生量仍将在很长一段时间内高居不下.粉煤灰由于成分复杂及不合理的处理已经成为环境保护的关注重点.同时粉煤灰又是一种潜在的资源,亟待合理的资源化利用.目前,粉煤灰资源化利用涉及领域广,但高值化利用率偏低,高值化利用的前提是弄清粉煤灰的属性.粉煤灰是由实心或中空非晶质球形颗粒、不规则未燃尽碳颗粒和莫来石、石英、赤铁矿等矿物颗粒组成,不同产地粉煤灰的物理性质、化学成分和矿物成分有一定差异,其利用途径和目的也不尽相同.粉煤灰复杂的成分是高值化利用的一大障碍.然而,采用合理的分离技术可将有用组分(空心微珠、未燃尽的碳、磁性物质等)分离出来并进行高值化利用.粉煤灰的化学成分和矿物组成是地质聚合物、微晶玻璃和沸石等高附加值产品的低价原料.粉煤灰的化学成分以及原始粒度对地质聚合物的强度有较大影响,在粉煤灰制备地质聚合物时要在充分考虑其基本属性的基础上确定最佳工艺技术条件.依据粉煤灰的化学成分,以粉煤灰为原料制备的微晶玻璃主要有CaO-Al2 O3-SiO2和MgO-Al2 O3-SiO2两种体系,但其制备方法的能耗都较高,能耗较低的直接烧结法还需进一步研究推广.粉煤灰合成沸石的应用实验较多,却很少开展工业性试验.制备介孔二氧化硅和二氧化硅气溶胶实验的理论研究还不够深入,条件较难控制,距离工业化生产还有很长一段路.本文在粉煤灰的物理化学属性基础上综述了包括有用元素分离、地质聚合物合成、微晶玻璃和纳米多孔材料制备在内的粉煤灰高值化利用现状,分析了高值化利用中主要存在的问题及发展趋势.