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1、 前言中国是以煤炭为主要能源的国家，电力产量的 76%是由煤炭产生的，每年用煤超过 4 亿吨，占全国原煤产量的三分之一，特别是改革开放以来，电力工业迅猛发展，导致粉煤灰排放量逐年锐增，预计到 2010 年粉煤灰的排放量将达到2.6 亿吨，成为世界最大的排灰国。但是，目前我国的粉煤灰利用率仅为 30%左右，主要用于筑路基和回填，每年仍有 1 亿吨未能利用的粉煤灰，储存于灰场中。每年需征大量土地用于储灰，建灰场费用和运行费用都很高;另外，粉煤灰用于筑路或回填会受地区、时间的限制，存在使用不均衡、不连续的问题。若对粉煤灰综合利用不加大研究和处理力度，将会给能源生产、资源利用和环境保护带来不可估量的严
2、重后果。因此，应该大力拓展粉煤灰在其他领域的应用。中国一直非常重视粉煤灰的开发利用，自 20 世纪 50 年代三门峡大坝工程开始使用粉煤灰以来，国家投人了大量人力、物力，对粉煤灰的性能及其利用进行了大范围、多领域、卓有成效的科学实验和技术开发，将粉煤灰的应用范围扩展到工业、农业、建筑业等多个领域，取得了非常巨大的社会效益和经济效益。因此，长期被作为固体废弃物看待的粉煤灰，近年来随着国际性能源供需矛盾的加剧和对环境保护愈来愈高的要求，已引起了世界各国的关注，并对其利用进行了广泛的研究、试验和应用，取得了一定的成就。国外先进国家（欧盟、美国等）粉煤灰利用率已达 70-80%，我国粉煤灰利用率亦达
3、40-50%，对节约能源和改善环境起到了重要作用。然而，我国电厂排放的粉煤灰品质极不稳定，有 80%以上的粉煤灰烧失量超过 6%，有的达到 20%以上，资源化性能较差，极大地限制了粉煤灰的应用范围和数量，是导致我国粉煤灰利用率偏低的重要原因。因此，为实现能源节约和减少粉煤灰对环境的污染，开拓粉煤灰综合利用的新途径，通过对粉煤灰资源化特性及高等级公路路面的修复工程应用技术进行了研究，揭示出粉煤灰中的不同成分和形貌对其资源化特性的影响规律，完成了粉煤灰脱炭及脱炭粉煤灰混凝土配合比等方面的小型试验研究。曾有人在豫 03 号高等级公路路面修复工程中应用脱炭粉煤灰完成了试验路的修筑工作，实际道路运营和技
4、术性能检测结果表明，该技术符合路面修复工程的要求，具2有显著的社会效益、经济效益和环境效益。粉煤灰是燃煤颗粒中所含矿物质经历了一系列变化而形成的。这些矿物质主要是硅酸盐矿物(粘土、岩盐、长石等)和石英，经高温晶格(除少量石英外)受到破坏而熔融，在表面张力和外部压力作用下变成液滴，逸出锅炉后急骤降lm凝固成硅酸盐玻璃态微珠(漂珠、磁珠、沉珠等)。这些微珠混合物夹杂少量单体碳和石英，由烟囱排出形成粉煤灰。粉煤灰的主要化学成分是二氧化硅和氧化铝硅酸盐，还含有少见的 FeZ03. CaO. MgO 和未燃尽碳。有些粉煤灰还可能富集了锗、稼、铀、镍、铂等稀有元素。表 1 是我国粉煤灰化学成分变化范围和国
5、外几个地区典型粉煤灰的化学成分。粉煤灰外观类似水泥，它的成分和细度都将影响其颜色，从乳白色到灰黑色。粉煤灰呈多孔性蜂窝状组织，比表面积较大，一般在 2 500 5 000 cm2/g，因此具有较高的吸附活性。粉煤灰的颗粒大小为 0.5 -300 u m。由于煤种、燃烧方式、锅炉构造和收集方式的不同，粉煤灰的粒径、比表面积和化学成分也随之变化。粉煤灰的这些理化特性决定了它可以在许多领域得到利用。粉煤灰是燃煤过程中产生的一种固体废弃物，随着能源需求量的增加，粉煤灰的产生里也与日俱增近几年来我国电力系统年耗煤约:3.05 亿吨，年排粉煤灰和渣达 8600 万吨，绝大多数灰渣堆积于灰场，估计到 200
6、8 年，贮灰场的占地面积将大幅度提高。这不仅严重污染环境，也耗费了大量的上地资源。因此长期以来粉煤灰的综合利用成为环境保护领域的一个重要课题。在发达国家粉煤灰资源化程度已很高。英国粉煤灰利用率为 46.2%,德国为 65% ，法国 75%.口本已达 100%。美国很早就把粉煤灰与其他矿产并列为主要的矿物资源，并着手从中提取各种金属。我国粉煤灰的利用率相对较低，亦已取得了可喜的成绩。根据文献调研，结合粉煤灰综合利用的现状，如今粉煤灰综合利用的途径很多，其中生产新型建筑材料是最有效的途径之一。而用于生产轻型砼的粉煤灰陶粒吃灰量最大，应用范围广泛，可以用来制造轻质高强的砼，用于对自重有一定限制的工程
7、结构及建筑工程中。如公路桥桥面，高层建筑楼面、墙板、屋面等。也可用于石材缺乏的平原地区，作为配制砼的骨料等等。粉煤灰陶粒制品及其空心砌块具有容重轻、保温隔热效果好、施工方便、抹灰无空鼓、不脱落等优点，使其经济和社会效益较为显著。随着墙体改3革的需要，其利用量也越来越大。在本文中，我着重讨论的是粉煤灰陶粒的生产技术及其应用发展方向。受到胡光教授的大力支持和帮助，在此表示深深的谢意。由于时间仓促，及本人水平有限，难免出现错误和许多不足之处诚望有关专家学者给予批评指正。4第一部分粉煤灰特性一、化学特性燃料煤由有机物及无机物组成，有机物燃烧后生成碳、氢、氧，无机物燃烧后即生成粉煤灰的化学成分与煤种、产
8、地、燃烧炉型等有关。我国低钙灰的成分比较接近，其化学组成由表 1 可见，粉煤灰的主要成分为氧化硅、氧化铝及氧化铁，其总量约占粉煤灰的 85%左右。低钙煤中氧化钙含量较低，基本无自硬性。但是，目前我国高钙灰的排放量有明显增长的趋势，而高钙灰含有一定的自硬性矿物，有利于增进粉煤灰的强度贡献。另外，近年来随着锅炉容量的不断提高，炉内煤粉燃烧趋于完全，代表影响材料长期稳定性的烧失量也逐渐降低，因此可以说，经过高温燃烧后的粉煤灰是相当纯净的建材原料。相关人员通过对发电厂的粉煤灰进行的化学成分分析（表 1）表明，粉煤灰中硅的含量最高，其次是铝，以复杂的复盐形式存在，酸溶性较差。铁含量相对较低，以氧化物形式
9、存在，酸溶性好。此外还有未燃尽的炭粒 、CaO 和少量的MgO、Na2O、K2O、SO3 等。表 1 粉煤灰的化学组成二、物理特性煤粉在锅炉中燃烧时，其无机物经历了分解、烧结、熔融及冷却等过程，冷却后的粉煤灰颗粒主要由硅铝玻璃体和少量碳粒组成，玻璃体又以单珠、连珠体和海绵状不规则多孔体组成。粉煤灰的品质主要取决于这些粒径、形貌不一的各种颗粒成分的组合比例。其中，粉煤灰的活化能力主要靠硅铝玻璃体，5而在常温下硅铝玻璃体以多聚物组成为主，活化能力较低。因此，常温下粉煤灰是一种性质稳定的材料。粉煤灰的密度、堆积容量和细度见表 20表 2 粉煤灰的密度、堆积容量和细度三、粉煤灰的放射性和浸出物毒性在人
10、类日常的生活环境中，到处都存在着微量天然的放射性物质，主要为238u ,232T h2 2sR a 和 40K 等 4 种放射性元素，只要其含量不超过一定的标准，对人类健康就不会带来负面影响。GB6763-86 中规定，建筑材料用工业废渣中放射性物质的含量应满足下列要求:AR /3 30 + A T, /2 60+A,/3800 镇 1 (1 )A, / 20 0 镇 1 (2 )根据杨钦元4等测得的粉煤灰天然放射性元素的比活度，按上述两个公式23计算的结果分别为 0. 93 和 0.73，均未超出国家标准，说明粉煤灰产品的放射性对人体是安全的。粉煤 灰 中 除了主要元素外，尚有一定量的砷、铬
11、、铅、汞、铜、锌、镍等对人体健康可能产生不利的微量元素。这些微量元素对环境的影响主要通过浸出物的毒性完成。据粉煤灰方面专家的研究结果证明，粉煤灰中有害元素在水体中的浸出极微，基本不会影响环境水质，浸出后的水质尚符合国家地表水水质二级标准。四、其它特性(1) 形态效应 泛指粉煤灰颗粒形貌、粗细、表面粗糙度、级配、内外结构等几何特征及色度、密度等特征在混凝土中产生的效应。粉煤灰的形态效应可以在混凝土材料中起到减水、引水、保水、释水、润滑、减阻、解絮、塑化、增浆、浓化、粘聚、增密、减气、堵孔、调凝、促硬等作用。(2) 活性效应 指低钙粉煤灰的玻璃体中活性氧化钙、氧化铝与氢氧化钙发6生化学反应，生成胶
12、凝性的水化铝硅酸钙，和高钙粉煤灰的自硬胶凝性的性能。(3) 微集料效应 指粉煤灰的微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相中，就象微细的集料，能够增强混凝土的强度。粉煤灰微集料在混凝土中的效应比未水化的水泥颗粒的微集料效应还略胜一筹。第二部分、 粉煤灰的综合利用国外早在 19 世纪 20 年代就开始粉煤灰综合利用的工作。目前在一些工业发达国家中，利用粉煤灰生产建材已逐步形成产业化，如法国生产的粉煤灰水泥已占其水泥总量的 60%以上，英国的粉煤灰陶粒已居各种人造骨料产量首位，美国、德国、日本等也都把粉煤灰再利用作为一项国策，除了对现有的利用途径深人研究外，还力图开发一些新途径，以进一步提高粉煤灰利用率。
13、我国建筑行业对粉煤灰的利用研究，早在 20 世纪 50 年代就已开始，经过几十年的实践，摸索出不少经验，现已成为粉煤灰的利用大户。正在建设中的三峡工程预计用粉煤灰量达 133. 8 万吨，在修建沪宁、京深及京冀等高等级公路时也大量使用了粉煤灰。一、为什么提出粉煤灰的综合利用粉煤灰的综合利用，是当前我国科技领域中很重要的命题。提出粉煤灰的综合利用，主要原因有以下几个方面：首先，粉煤灰的综合利用是建设节约型社会的需要。两年前“国办发200533 号”文件明确提出“加快发展以粉煤灰一等固体废物为原料的新型墙体材料，是提高资源利用率、改善环境、促进循环经济发展的重要途径”，由此可见国家对粉煤灰利用的重
14、视。建设节约型社会，就是让各种资源充分利用起来，这是我们的经济增长方式从粗放型走向可持续发展新模式的唯一途径，它将引领我们的经济社会发展向人与自然环境和谐相处的方式转变。建设节约型社会的核心就是促进资源的高效利用和综合利用，最大限度提高资源的产出效益，做到能量的梯级利用。实现粉煤灰的综合利用，是加快建设节约型社会的需求，是推进循环经济发展，是科学发展观的7选择。我们要按照中央的要求和部署，运用多种手段，采取更有效措施，把粉煤灰充分利用起来，让它在我们的社会生活中发挥应有的作用。其次，粉煤灰综合利用是国家产业政策的需要。为更好的让粉煤灰得到充分利用，多年来国家给予许多产业优惠政策。再次，粉煤灰综
15、合利用是其自身存在的需要。主要表现两个方面:一是占地面积大。资料表明，现阶段我国粉煤灰年排渣量达 2 亿多吨，累计堆存量将达 25 亿多吨，占地面积将近 3 万 hm2。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量将逐年增加，占地面积必然随之加大，所以粉煤灰消化吸收问题已摆在我们面前;二是污染环境。我国电厂所产生的这些粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染空气;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。因此粉煤灰的处理和综合利用已成为全球广泛关注的问题。二、怎样搞好粉煤灰的综合利用随着社会的发展，人们对粉煤灰已有比较深人的了解和认识。使粉煤灰具有其他火山灰质材料所没有的
16、优异特性，能改善拌和物的和易性，易于运输，活性得以充分发挥。由于粉煤灰具有这些特性，我国主要将其利用到生产建筑材料、筑路和回填等领域。粉煤灰建筑材料与传统的建筑材料比有许多优点。如粉煤灰加混凝土，其比重只有 500kg/m3，是粘土砖比重的 1/3;导热率为0.11-0.13W/(m K)，为粘土砖导热律的 1/5，具有轻质、绝热、耐火等优良性能。粉煤灰烧结砖比普通粘土砖轻 20%，导热系数只有粘土砖的 70%，粉煤灰陶粒性能优于天然轻骨料，用其配制的混凝土具有保温、隔热、抗冲击等优良性能，在高层建筑、大跨度构件和耐热混凝土中应用广泛。粉煤灰硅酸盐水泥干缩性小，水化热低，抗裂性、和易性与可泵性好，适用于大坝工程及泵送混凝土施工。目前我国粉煤灰综合利用技术有 200 余项，主要有以下几类:(1)生产粉煤灰烧结砖。这种砖粉煤灰掺量在 30%-70%之间，其特点是体积轻、强度高、导热
