(3)详细讨论了粉煤灰建材化利用现有的问题与挑战,展望了低碳增值利用技术。
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粉煤灰建材化增值利用:最新技术与未来展望
作者:时雅倩1,关渝珊1,葛伟哲1,夏 岩1,王 磊1,胡艳军2,王树荣1
“富煤、贫油、少气”是我国能源结构的基本特征,决定了我国长期以煤炭为主的能源消费结构。2021年我国原煤产量达41.3亿t,煤炭消费量占我国能源消费总量56%,占全球煤炭消费量53.8%。预计到2025年我国煤炭消费仍占50%左右,煤炭依然是支撑我国国民经济发展的主体能源。目前国内用于发电的煤炭总量保持稳定,略有下降趋势,但随着大气污染治理工作的标准化与制度化,以及火力发电厂除尘、脱硫、脱硝技术日益成熟,粉煤灰作为燃煤电厂的主要副产物,其产量逐年增加。据计算,每燃烧1 t标准煤会产生138 kg的粉煤灰,每发电1 kW·h需要消耗300 g原煤、产生41 g左右的。2021年,我国粉煤灰产量高达7.9亿t,累计堆积量已超过30亿t,成为我国最大的单一工业固体废物污染源。大量的粉煤灰堆存导致土地被大面积占用,同时造成土壤、水体和大气的污染,严重破坏生态环境,还会刺激人体器官,引发呼吸道感染,对人体造成伤害,因此,粉煤灰的处理处置和综合利用问题亟待解决。
粉煤灰是燃煤电厂产生的大宗固体残余物,其产量巨大且逐年增加。大量的粉煤灰不加以处理,则会对生态环境造成危害,也是一种资源的浪费。粉煤灰建材化利用技术可提高资源利用效率、减低环境风险,符合大宗固废高效低碳资源化利用的需求,助力实现国家“双碳”战略目标。
利用粉煤灰生产绿色建筑材料,通过优化生产工艺与开发高新技术,可提高其建材化利用效率,进而实现粉煤灰的规模化与高值化利用。总结了粉煤灰的生产概况与物理化学特性,在此基础上,系统地介绍了近年来我国主要粉煤灰建材化利用技术类型,包括用作水泥生产原料、混凝土掺合料、粉煤灰砖、人造骨料、玻璃陶瓷材料、耐火保温材料和新型智能建筑材料等。
进一步重点阐述粉煤灰在建材领域资源化利用的研究现状,分析了现阶段不同技术的适用性,总结粉煤灰基绿色建材制备最新技术及未来研究面临的挑战,详细介绍了粉煤灰应用在建筑材料中的作用机理,针对粉煤灰在建材化利用中存在的问题提出思考。
图1 我国粉煤灰利用途径
图2 粉煤灰的主要矿物相及其质量分数
图3 粉煤灰的主要建材化利用途径
图4 粉煤灰烧制水泥工艺流程
图5 粉煤灰与水泥水化反应机理
图6 粉煤灰基功能性混凝土工艺流程
图7 免烧蒸压粉煤灰砖生产工艺流程
图8 粉煤灰蒸压透水砖的孔隙3D分布
图9 粉煤灰陶粒制备流程
图10 轻质废物基石膏复合材料
研究方向
主要成果
在Environ. Sci. Technol.、Cem. Concr. Res.、J. Hazard. Mater.等国际知名期刊上已发表SCI论文90余篇(第一作者/通讯作者53篇),包括ESI热点论文5篇,ESI高被引论文20篇,共同主编英文专著2本,参编英文专著8本。SCI被引7000余次,h-index达55,连续多年入选全球Top2%科学家。
来源:
时雅倩,关渝珊,葛伟哲,等. 粉煤灰建材化增值利用:最新技术与未来展望[J]. 煤炭学报,2024,49(6):2860−2875.