一、前言
粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一。现阶段我国年排渣量已达14000万吨。若火力发电厂按每千瓦时年排灰0.7~1.0吨计，一个中小规模的火力发电厂每年产生的粉煤灰就达几十万吨。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，同时加上历年的积累，露天堆放，占用大量的土地，若不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有害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利用问题引起人们的广泛关注。
二、粉煤灰
1、粉煤灰的产生
目前，火力发电厂大多采用高温沸腾炉提供热烟气。煤经粉碎后进入沸腾炉，煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，煤粉中的绝大部分可燃物都能在炉内烧尽，而煤粉中的不燃物(主要为灰分)大量混在高温烟气中。这些不燃物因受到高温作用而部分熔融．同时由于其表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒。在锅炉尾部引风机的抽力作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾。随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷呈玻璃体状态称玻璃珠，从而具有较高的潜在活性。在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器，被分离、收集，即为粉煤灰。
2、粉煤灰的特性
影响粉煤灰活性的因素很多，主要是受其成分、细度及其形成条件等影响，这就涉及所用原煤的品种、锅炉构造、燃烧条件以及收集方式等。
2.1粉煤灰的化学组成
化学成分是粉煤灰重要性质之一，它对粉煤灰有重要影响。主要的化学成分有SiO2、A12O3、Fe2O3和FeO，约占总量的80%以上。次要的化学成分为CaO、MgO、SO3、Na20及K20等。上述成分中，SiO2及A12O3为酸性氧化物，而CaO及MgO则为碱性氧化物。做为活性混合物材料的粉煤灰，依其化学成分，可计算其碱性率(Mo)，以初步评定其活性：
MO=（CaO%+MgO%）/(SiO2%+AL2O3%)<1
若Mo小于1，则属酸性，利于进行“火山灰反应”，SiO2和A12O3是粉煤灰
活性的主要来源，因此被称为活性的SiO2和A12O3。
2.2粉煤灰的颗粒组成对混凝土的影响
由于采用了先进的测试手段——扫描电子显微镜，对粉煤灰的颗粒组成及结构有了进—步的了解，在许多工业发达的国家里，因为煤种和火电厂燃烧条件单一，所以粉煤灰中的颗粒组成变化不大，其性能基本相似。而我国国土广阔，且各地资源分布、工业发展水平不同，煤品种、火电厂的装备、燃煤炉差异都很大，从而粉煤灰的颗粒组成变化较大，明显地影响粉煤灰性能，因此，应对其颗粒组成给予重视。
粉煤灰中的小颗粒多为球形玻璃体结构，这些玻璃球体较为致密且吸水性较小，当粉煤灰中球形颗粒较多时，将其掺于混凝土中起着一定的滚动滑润作用，改善混凝土和易性，干缩性较小，抗裂性较好。所以，将此类粉煤灰掺于混凝土中特别适用于水工大体积建筑物中。
粉煤灰中粗灰多为多孔玻璃体结构，这些多孔玻璃体中虽然氧化硅和氧化铝含量较高，但因体积较大且疏松，又有大量空隙，故比重，容量都很小，比表面积很大，因此，多孔颗粒的增加会使粉煤灰的物理性能变坏。原因在于内部孔隙多、表面粗糙、疏松，增加混凝土浆体的需水量，降低混凝土强度。
粉煤灰中的另一种有害组分是多孔炭粒属惰性组分，因为多孔，使混凝土需水量增加，硬化后混凝土体积中孔隙增加，强度降低。为此，在国内外“粉煤灰品质标准”中都对含碳量（以烧失量表示）加以控制。
2.3粉煤灰的物理性质
粉煤灰的主要物理性质是：细度、需水量及比重，细度是控制粉煤灰质量的一个主要指标，粉煤灰的细度主要由燃烧煤的磨细度、燃烧程度及收集方法而确定。根据国内外资料表明，粉煤灰细度波动很大，以80μM筛余量计，在3-30%之间。
粉煤灰颗粒愈粗，比重愈轻，需水量愈大，这是因为颗粒粗，比重轻的粉煤灰的颗粒表面多粗糙且多棱角、多孔，同时球形颗粒少，所以，带来了需水量较大的弊端。
3、用于水泥和混凝土中粉煤灰的国家标准（GB1596-91）
级别
I
II
III
细度（45μm方孔筛余）≯%
12
20
45
需水量比≯%
95
105
115
烧失量≯%
5
8
15
含水量≯%
1
SO3≯%
3.0
安定性
雷试夹沸煮后增加≯5.0mm
三、粉煤灰的加工工艺
粉煤灰的特点是在比表面积300㎡/㎏时，早期活性很低，后期活性很高，因此在通常水泥细度的情况下，限制了粉煤灰的掺入量。当粉煤灰的比表面积提高到466~700m2/kg后，即使水泥中粉煤灰掺量高达30%，仍可获得很高的后期强度。对以球形玻璃体为主的粉煤灰不易磨细，否则将大量球形玻璃体打散后，比表面积大幅度增高，会使拌和需水量大幅度升高，对提高水泥和混凝土的早期强度不利。对以海绵体为主的粉煤灰，就应磨得很细，将海绵体打碎，反而有助于降低需水量。GB1596-91规定，I、II、III级粉煤灰用0.045mm方孔筛筛余分别不大于12%、20%、45%，需水量比不大于95%、100%、115%。需水量比间接反映出形貌等的差别。一般I级灰可以直接掺，II级灰应再磨细，III级灰烧失量过高，不能直接掺。由于粉煤灰的柔性和流动性，给粉煤灰的深加工带来极大的难度，目前，粉煤灰的细化工艺主要包括分选、球磨机磨细、分选加磨细、其他的加工形式。
1、分选方案
分选即将电除尘器或布袋收尘器第一电场分离下来的粗灰进行筛选，将掺混在粗灰内的部分一、二级细灰分离出来进入细灰库，将分离后残留的粗灰进入粗灰库。再按质销售。所以在选用分选方案时应首先将原灰进行检测，若原灰中一、二级细灰的含量低于20％，则选用分选方案意义不大，即效益太低。若接近40％或超过40％，则可选用分选方案。
选用分选方案的优点：
(1)系统简单
(2)施工时间短，见效快。一般安装、调试仅需2—3月。
(3)分选技术日趋完善，分级机的运行可靠性提高.
(4)分选后粉煤灰外层玻璃体未遭破坏，其化学内能和表面自由能大，活性较高，对混凝土强度的贡献较大。如三峡水电站掺用粉煤灰全部是经分选后的一级灰。
2、磨细方案
所谓磨细即将电除尘器或布袋收尘器第一电场分离下来的粗灰全部进球磨机进行碾磨，磨细灰可全部达国家一级或二级灰标准，再进入细灰库。
选用磨细方案的优点：
(1)粗粉煤灰可100％全部利用。产量高，磨细灰质量也较稳定。
(2)当碾磨高钙灰时，能降低和改善f—Cao的功能。
3、分选和磨细的组合方案
所谓分选和磨细的组合方式即上述两种方式的叠加。即对选用分选方案经分离后残留的粗灰再进到球磨机进行碾磨。其磨细灰与分选后细灰均进到细灰库内。
该组合方式同时吸取分选和磨细方案的优点。当然，其投资、维护工作量、运行费用、环保问题的处理等均明显增加，但其经济效益和社会效益可观。一般情况下，投资回收期也就一年左右。
4、其他形式的加工工艺
黑龙江牡丹江水泥厂和汉中建筑材料总厂进口法国FCB公司筒辊磨用来粉磨水泥，粉磨电耗只有26度，水泥比表面积320㎡/㎏以上。湖北有一台试验筒辊磨，用来试加工粉煤灰，结果发现不但电耗底，而且能形成稳定的料床，加工后的粉煤灰比表面积高达600㎡/㎏以上，被用来生产三峡大坝用高性能混凝土。如果能将筒辊磨的规格大型化，用来对粉煤灰进行高细粉磨，能大大提高粉煤灰的利用率和利用价值，对发展循环经济具有重要的意义。
