粉煤灰资源化利用的新前沿

　　虽然粉煤灰在混凝土中的使用仍然是煤燃烧产品(CCPs)的最引人注目的有益用途，但非传统用途、从粉煤灰中提取价值的新工艺的研究与开发，有望激发新的应用以及对这些材料的兴趣。以下是一些近期和新兴的科学发展的例子，它们可以塑造未来的粉煤灰综合利用市场，并将其扩展到混凝土之外。

　　聚灰填料应用

　　众所周知，粉煤灰是制造水泥和混凝土等建筑产品的关键成分，它可以提高水泥和混凝土的工作性、强度和耐久性，同时减少温室气体排放，并减少与制造这些建筑材料相关的原始材料的使用。圣安东尼奥市Boral创新工厂的科学家和研究人员同样在模拟木质外饰和壁板产品的生产中证明了粉煤灰的性能和环境价值。

　　当制造商为他们的产品开发基础材料时，装饰和壁板是流入模具或挤压的混合物，通常会组合几种成分，其中一种或多种是树脂或胶水，将材料粘合在一起，填充成分颗粒之间的“间隙”。理想情况下，这些配方尽可能多的使用无机材料，从而减少填补空白的聚合物，以降低成本。

　　对于Boral的TruExterior饰板和壁板，粉煤灰与聚合物结合形成一种耐用的聚灰材料。粉煤灰是这种应用的理想材料，因为它是球形的，有几种粒径。球形在天然材料中是罕见的，而在粉煤灰这样丰富的天然材料中，它暴露在聚合物覆盖的给定体积的表面积更小。对于不同大小的颗粒，较小尺寸的粉煤灰颗粒会填满较大颗粒之间的间隙。这两个特性均允许使用较少的聚合物填充空间并覆盖粉煤灰。

　　从性能的角度来看，粉煤灰材料是惰性和无机的。而且由于它是稳定的，因此不会对环境产生重大影响，这有助于TruExterior壁板和饰板在湿度和温度变化的情况下保持尺寸稳定。此外，这些多灰材料提供了木材的外观和可加工性，同时提供了耐用性和抗开裂、腐烂、劈裂以及防昆虫的能力。由于这些聚灰产品中回收材料的比例很高，因此它们都经过了“cradle-to-cradle”认证，通过这个认证，它们已经成功地通过了材料健康、材料再利用、可再生能源和碳管理、水资源管理和社会公平等五个标准的评估。除了这种独特的填料应用，粉煤灰已成功地用于沥青屋顶瓦、地毯背衬和其他复合材料产品。

　　粉煤灰压裂支撑剂

　　通过水力压裂法(fracking)生产石油和天然气，包括钻长水平井，劈开地下页岩或粉砂岩岩层，以及对油井进行处理以稳定由此产生的裂缝。传统上，最后一步是将天然砂或人造砂泥浆泵入裂缝中，使裂缝张开。这种“支撑剂”必须具有足够的抗破碎性，以防止在油井作业期间裂缝闭合，同时保持足够的导水率，以便轻松通过油、气和水。

　　一个产学研合作伙伴正在开发一种有前景的粉煤灰支撑剂，以实现这些目标。该项目将肯塔基大学应用能源研究中心开发的专利技术与Métis液体压裂技术相结合，该技术使用由清水和粉煤灰形成的高度稳定的致密液体支撑剂泥浆，以产生较大的静水压力负责大部分压裂作业的头。Boral资源公司为该项目提供粉煤灰。

　　该技术被称为多级液体压裂支撑剂注入技术(Multi-Frac)，该技术使用纳米、微观和宏观尺寸的支撑剂来产生一系列的支撑裂缝，这些裂缝的渗透率很小，可以产生大量的油气，也可以形成更大的“砾石充填”通道。这种方法减少了对高压泵送设备的需求，并消除了粘度调节剂。可在井场使用便携式设备对粉煤灰进行处理。

　　从水力压裂和粉煤灰行业的角度来看，该技术的潜在意义是巨大的。对于钻床而言，多重压裂技术防止微裂缝过早闭合的能力可以阻止目前压裂井相对于传统井产量的快速下降。因此，粉煤灰支撑剂的生产可以在降低压裂成本的情况下，回收大量的石油和天然气，并有可能产生更大的利润率。

　　环境效益也很可观，其中包括减小井场面积、减少表面干扰对环境的影响、降低能源消耗并相应提高回收能源效率、通过使用更少的化学药品来获得更清洁的水。高密度灰浆可以通过油管泵送，这对于旧油气田的再压裂、恢复生产和节约资源以及减少新开发的需求是非常理想的。此外，粉煤灰已从地表清除，永久储存在数千英尺的地下，减少了垃圾填埋场的规模和需求。

　　这项研究将使该技术从试点/示范阶段进入商业可行性，扩大粉煤灰的综合利用范围。项目参与者认为，根据石油/天然气市场情况，粉煤灰压裂支撑剂的产量最终有可能达到或超过目前用于水泥和混凝土生产的粉煤灰的数量和价值。

　　从燃煤副产物(CCPs)中提取矿物和关键元素

　　自然界中的所有物质都是由周期表中92种自然存在的元素中的一种或多种组成的。煤及其固体燃烧产物可能含有这92种元素中的76种。从CCP中提取矿物、金属和稀土元素的研究和评估已经进行了多年。由于对战略性矿物的需求不断增加，并且由于监管规定的要求，预计从储灰池中回收大量的燃煤材料，人们对这些概念越来越感兴趣。

　　例如，Elixsys工艺可以同时容纳烟气脱硫(FGD)和粉煤灰副产品，它使用湿法冶金方法来消化材料并回收各种金属，如氧化物、氢氧化物和碳酸盐。该工艺由两个模块组成。模块1是将FGD原料加工成硫酸铵肥料和沉淀碳酸钙。模块2是对粉煤灰进行加工，将其主要元素组成分离成各种硅、氧化铝、铁、钙、镁产品。剩下的成分可以进一步加工以分离微量矿物和稀土元素(REEs)。

　　可再生能源、消费电子产品以及许多国防和国家安全应用领域对稀土的需求增加，推动了人们对从丰富的CCP资源中提取稀土金属的兴趣，这些资源比通过传统矿业开采相对容易获得。开发技术经济可行的技术，从这些低品位来源中回收稀土是至关重要的。例如，加州大学洛杉矶分校(UCLA)已经开发了一种低能耗、环境友好的工艺，从各种煤灰来源中提取稀土元素和关键材料(CMs)，包括从燃煤和城市固体废物焚烧中提取的。该工艺采用声波刺激，快速选择性地将灰分溶解到水溶剂中。产生的废水被输入到基于膜的过程中，首先从多价离子中分离出单价REE/CM物种(如Fe+3、Al+3)，然后电解沉淀REE羟基。

　　埃尔派自主研制的大型固废粉煤灰超音速蒸汽粉碎、多固废协同互补高值利用技术产业化成套装备等，获批山东省重点研发计划及重大科技创新工程。气流粉碎机在线清洗系统取得国家发明专利，经山东省新产品鉴定，专家评定其“填补国内空白”。该项目荣获科技部中小企业创新基金，山东省首台(套)技术装备和关键核心零部件及生产企业、潍坊市科学技术进步奖三等奖等奖项。

　　由埃尔派自主研制的粉碎机、分级机，以及颗粒整形、包覆、修饰等关键技术的突破，打破了国外技术壁垒，填补了国内行业空白，大大推进了医药、食品、化工、矿物、新材料、固废处理等领域的技术进步和产业升级。先后荣获科技部“科技型中小企业技术创新基金”、“山东省首批瞪羚企业”、“山东省隐形冠军企业”、“高新技术企业”、“中国专利山东明星企业”等荣誉称号。

　　从问题咨询到方案设计，埃尔派为客户提供最专业的解答和最全面的解决办法，并协助客户拟定施工方案，为客户提供最专业的“保姆级”私人订制服务。埃尔派已服务超过3000家海内外客户，销路遍布亚、非、欧、美与大洋洲的100多个国家和地区，归纳统计了上万种物料的超微粉碎分级解决方案，赢得了客户们的广泛赞誉。

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