粉煤灰的高值利用埃尔派粉体科技助力固废利用

　　光催化材料

　　利用粉煤灰制备半导体-石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合光催化材料，粉煤灰在碱性激发剂的作用下可以使其中的无定形莫来石与激发剂发生反应，生成一种结构紧密、平均粒径小的复合凝胶材料。Co2+掺杂三氧化二铁不仅能提供给三氧化二铁半导体的主级能量，同时负载能大幅度提升复合凝胶材料对染料分子的吸附能力，这可改善光生电子空穴对的分离效率，即增加了光对染料的降解能力。

　　造纸

　　用粉煤灰制备的硅酸钙作为造纸的填料，由于硅酸钙具有较大的粒径，加入硅酸钙的纸张比加入碳酸钙的传统纸张具有更高的松厚度和物理强度，而且纸张的光散射系数、亮度和抗张指数增加。对于白度要求不高的特种纸，加填粉煤灰的量为原纸板的22%，就能使不透明度达到99.6%ISO，耐破强度为1.4kPam2/g，撕裂强度为3.82mNm2/g。SinhaASK[16]选取平均粒径19μm的粉煤灰，其实验结果表明：粉煤灰的化学成分与高岭土相似，加填粉煤灰的纸张不透明度和撕裂强度优于高岭土，缺点是白度不高。

　　粉煤灰未能在我国普遍用于造纸和涂料行业，最主要的原因是粉煤灰中未燃烧的炭和铁影响了粉煤灰的白度，只有解决白度问题，粉煤灰才能在造纸行业普遍利用。现在行业对粉煤灰增白的主要方法为：先除去粉煤灰中的氧化铁，再通过煅烧等方法除去粉煤灰中的炭。实验比较发现，先除铁再除炭，得到的粉煤灰白度较高，约63%。除铁主要有酸浸-还原化学除铁法、微生物除铁法和氧化法。酸浸-还原化学除铁：采用硫酸酸浸，再用保险粉(连二亚硫酸钠、铝粉、锌粉、硫代硫酸钠、二氧化硫脲等)还原三价铁离子。邵晓秋等研究表明，二氧化硫脲最优，然后用草酸络合除铁法，铁的去除率约为50%，ISO(粉煤灰白度)提高了21%。对于矿物中的有机质和黄铁矿，采用氧化除铁较好，处于还原态的黄铁矿中的铁离子被氧化后，形成了可以溶于水的铁离子，同时那些颜色较深的有机物质也被氧化为无色，通过洗涤可以去除。此外，还可以通过微生物法除铁，以氧化铁硫酸杆菌作为氧化剂，在酸性条件下将粉煤灰中的铁和硫氧化为可溶性的Fe2+和SO2-4，然后通过洗涤去除。

　　除去粉煤灰中的炭常用煅烧法。主要影响粉煤灰白度的是表面炭、孤立炭。研究表明，煅烧方式可以有效的去除粉煤灰中含有的孤立炭以及表面炭，有效的提高粉煤灰白度。实验表明，800℃、保温30min，粉煤灰白度提高19%，炭去除率为62%。除铁和脱炭的粉煤灰的白度虽然从32%ISO提高到了50%ISO。但对于造纸行业而言，50%ISO明显不够。王命研究发现，先除去粉煤灰中的铁，再除去炭，经过PCC包覆增白改性后的粉煤灰，明显提高了粉煤灰的白度，同时也保留部分炭和铁的化合物，从而降低了煅烧阶段的能耗和化学除铁过程中的反应副产物的生成，也减少了对粉煤灰结构的破坏。其方法主要为：采用物理方法用一种微细粉体PCC对粉煤灰实现包覆，把PCC、改性粉煤灰和水混合均匀，使PCC附着在改性粉煤灰上，用淀粉作为连接粉，通过对淀粉的蒸煮、糊化和干燥，可以对经过除铁和除炭的粉煤灰用PCC进行稳定包覆改性。实验表明，粉煤灰的白度增加了12.4%，约为75.4%ISO。

　　提炼金属铝

　　随着我国工业和科技日益蓬勃的发展，金属铝资源匮乏将会限制我国工业发展。然而我国一些地区的废弃物———粉煤灰中的氧化铝含量可以达到我国中级铝土矿的品位，含量有40%～50%，因此高铝粉煤灰回收中的铝资源，不但增加了粉煤灰的高值利用率，同时也会大幅度缓解我国对金属铝需求的困境，保护环境的同时减少了污染。粉煤灰的主要成分Al2O3，从粉煤灰提取Al2O3或铝盐的化学工艺主要是碱法烧结和酸浸法，但目前主要处在实验室阶段，工业化应用少。石灰石烧结法[19]：将粉煤灰和石灰石或者石灰混合烧结，粉煤灰中的莫来石和石英变成不溶的2CaO·SiO2和易溶于碳酸钠溶液的12CaO·7Al2O3，硅铝酸可被碳酸钠溶出生成NaAlO2，从而实现硅铝分离。其缺点是能耗高，产渣量大。优点是节省了粉磨能耗，滤出的不溶性硅酸二钙可用于水泥生产。酸浸法：即直接酸浸，但为了提高铝的浸出率，通常加入氟化物作为助溶剂来破坏硅铝玻璃体及莫来石结构。其优点是可制得纯净的Al2O3。缺点为投入成本高，对设备要求高，推广效果差。预脱硅-碱石灰烧结法提取三氧化二铝工艺繁杂，在整个工业生产过程中会产生大量废水，并且提取氧化铝后的尾渣再利用难度高。

　　由于现有的从粉煤灰中提取铝方法有着明显的缺陷，阻碍了从粉煤灰中提取铝的工业化进程。刘莲花等[20]在传统的预脱硅-碱石灰烧结法的基础上，通过在水中添加分散剂，增强其分散性，再经过对粉煤灰超细研磨和沉降分级，可以获得含量约70%的低品位三氧化二铝。与传统的预脱硅-碱石灰烧结法相比，大幅度降低了污染量、残渣量和能耗量，节约了生产成本。

　　与国外的粉煤灰利用率对比，日本荷兰的利用率均达到了100%，而我国粉煤灰有效利用率仅仅约为60%，与资源节约型国家相比，我国任重道远。我国目前粉煤灰堆积量大，且火力发电每年产生的粉煤灰约1亿t，并且日益增加。我国目前主要利用粉煤灰作低产值利用，优点是吃灰量大，但存在着资源浪费，同时对环境也产生二次污染，因此，我们应该大力对粉煤灰进行高值利用，既节约资源，同时产生更好的经济效果，对环境更加友好。目前而言，我国对于高值利用粉煤灰，利用率不足5%。粉煤灰中含有大量的氧化铝，国内目前从粉煤灰中提取氧化铝研究主要处在实验室阶段，由于生产成本高，或者能耗高，产渣量大而未能工业化。我们应对从粉煤灰中提取氧化铝的工艺进行改进，简化工艺，降低污染，制定成本低的绿色节能科学工艺。同时还要充分利用粉煤灰比表面积大的特点，制备吸附剂，或者利用粉煤灰制备抗菌材料。