光催化材料

　　利用粉煤灰制備半導(dǎo)體-石墨烯-粉煤灰基地質(zhì)聚合物復(fù)合光催化材料，粉煤灰在堿性激發(fā)劑的作用下可以使其中的無定形莫來石與激發(fā)劑發(fā)生反應(yīng)，生成一種結(jié)構(gòu)緊密、平均粒徑小的復(fù)合凝膠材料。Co2+摻雜三氧化二鐵不僅能提供給三氧化二鐵半導(dǎo)體的主級能量，同時負(fù)載能大幅度提升復(fù)合凝膠材料對染料分子的吸附能力，這可改善光生電子空穴對的分離效率，即增加了光對染料的降解能力。

　　造紙

　　用粉煤灰制備的硅酸鈣作為造紙的填料，由于硅酸鈣具有較大的粒徑，加入硅酸鈣的紙張比加入碳酸鈣的傳統(tǒng)紙張具有更高的松厚度和物理強(qiáng)度，而且紙張的光散射系數(shù)、亮度和抗張指數(shù)增加。對于白度要求不高的特種紙，加填粉煤灰的量為原紙板的22%，就能使不透明度達(dá)到99.6%ISO，耐破強(qiáng)度為1.4kPam2/g，撕裂強(qiáng)度為3.82mNm2/g。SinhaASK[16]選取平均粒徑19μm的粉煤灰，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：粉煤灰的化學(xué)成分與高嶺土相似，加填粉煤灰的紙張不透明度和撕裂強(qiáng)度優(yōu)于高嶺土，缺點(diǎn)是白度不高。

　　粉煤灰未能在我國普遍用于造紙和涂料行業(yè)，最主要的原因是粉煤灰中未燃燒的炭和鐵影響了粉煤灰的白度，只有解決白度問題，粉煤灰才能在造紙行業(yè)普遍利用?，F(xiàn)在行業(yè)對粉煤灰增白的主要方法為：先除去粉煤灰中的氧化鐵，再通過煅燒等方法除去粉煤灰中的炭。實(shí)驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn)，先除鐵再除炭，得到的粉煤灰白度較高，約63%。除鐵主要有酸浸-還原化學(xué)除鐵法、微生物除鐵法和氧化法。酸浸-還原化學(xué)除鐵：采用硫酸酸浸，再用保險粉(連二亞硫酸鈉、鋁粉、鋅粉、硫代硫酸鈉、二氧化硫脲等)還原三價鐵離子。邵曉秋等研究表明，二氧化硫脲最優(yōu)，然后用草酸絡(luò)合除鐵法，鐵的去除率約為50%，ISO(粉煤灰白度)提高了21%。對于礦物中的有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦，采用氧化除鐵較好，處于還原態(tài)的黃鐵礦中的鐵離子被氧化后，形成了可以溶于水的鐵離子，同時那些顏色較深的有機(jī)物質(zhì)也被氧化為無色，通過洗滌可以去除。此外，還可以通過微生物法除鐵，以氧化鐵硫酸桿菌作為氧化劑，在酸性條件下將粉煤灰中的鐵和硫氧化為可溶性的Fe2+和SO2-4，然后通過洗滌去除。

　　除去粉煤灰中的炭常用煅燒法。主要影響粉煤灰白度的是表面炭、孤立炭。研究表明，煅燒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。實(shí)驗(yàn)表明，800℃、保溫30min，粉煤灰白度提高19%，炭去除率為62%。除鐵和脫炭的粉煤灰的白度雖然從32%ISO提高到了50%ISO。但對于造紙行業(yè)而言，50%ISO明顯不夠。王命研究發(fā)現(xiàn)，先除去粉煤灰中的鐵，再除去炭，經(jīng)過PCC包覆增白改性后的粉煤灰，明顯提高了粉煤灰的白度，同時也保留部分炭和鐵的化合物，從而降低了煅燒階段的能耗和化學(xué)除鐵過程中的反應(yīng)副產(chǎn)物的生成，也減少了對粉煤灰結(jié)構(gòu)的破壞。其方法主要為：采用物理方法用一種微細(xì)粉體PCC對粉煤灰實(shí)現(xiàn)包覆，把PCC、改性粉煤灰和水混合均勻，使PCC附著在改性粉煤灰上，用淀粉作為連接粉，通過對淀粉的蒸煮、糊化和干燥，可以對經(jīng)過除鐵和除炭的粉煤灰用PCC進(jìn)行穩(wěn)定包覆改性。實(shí)驗(yàn)表明，粉煤灰的白度增加了12.4%，約為75.4%ISO。

　　提煉金屬鋁

　　隨著我國工業(yè)和科技日益蓬勃的發(fā)展，金屬鋁資源匱乏將會限制我國工業(yè)發(fā)展。然而我國一些地區(qū)的廢棄物———粉煤灰中的氧化鋁含量可以達(dá)到我國中級鋁土礦的品位，含量有40%～50%，因此高鋁粉煤灰回收中的鋁資源，不但增加了粉煤灰的高值利用率，同時也會大幅度緩解我國對金屬鋁需求的困境，保護(hù)環(huán)境的同時減少了污染。粉煤灰的主要成分Al2O3，從粉煤灰提取Al2O3或鋁鹽的化學(xué)工藝主要是堿法燒結(jié)和酸浸法，但目前主要處在實(shí)驗(yàn)室階段，工業(yè)化應(yīng)用少。石灰石燒結(jié)法[19]：將粉煤灰和石灰石或者石灰混合燒結(jié)，粉煤灰中的莫來石和石英變成不溶的2CaO·SiO2和易溶于碳酸鈉溶液的12CaO·7Al2O3，硅鋁酸可被碳酸鈉溶出生成NaAlO2，從而實(shí)現(xiàn)硅鋁分離。其缺點(diǎn)是能耗高，產(chǎn)渣量大。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了粉磨能耗，濾出的不溶性硅酸二鈣可用于水泥生產(chǎn)。酸浸法：即直接酸浸，但為了提高鋁的浸出率，通常加入氟化物作為助溶劑來破壞硅鋁玻璃體及莫來石結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是可制得純凈的Al2O3。缺點(diǎn)為投入成本高，對設(shè)備要求高，推廣效果差。預(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法提取三氧化二鋁工藝繁雜，在整個工業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量廢水，并且提取氧化鋁后的尾渣再利用難度高。

　　由于現(xiàn)有的從粉煤灰中提取鋁方法有著明顯的缺陷，阻礙了從粉煤灰中提取鋁的工業(yè)化進(jìn)程。劉蓮花等[20]在傳統(tǒng)的預(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法的基礎(chǔ)上，通過在水中添加分散劑，增強(qiáng)其分散性，再經(jīng)過對粉煤灰超細(xì)研磨和沉降分級，可以獲得含量約70%的低品位三氧化二鋁。與傳統(tǒng)的預(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法相比，大幅度降低了污染量、殘?jiān)亢湍芎牧?，?jié)約了生產(chǎn)成本。

　　與國外的粉煤灰利用率對比，日本荷蘭的利用率均達(dá)到了100%，而我國粉煤灰有效利用率僅僅約為60%，與資源節(jié)約型國家相比，我國任重道遠(yuǎn)。我國目前粉煤灰堆積量大，且火力發(fā)電每年產(chǎn)生的粉煤灰約1億t，并且日益增加。我國目前主要利用粉煤灰作低產(chǎn)值利用，優(yōu)點(diǎn)是吃灰量大，但存在著資源浪費(fèi)，同時對環(huán)境也產(chǎn)生二次污染，因此，我們應(yīng)該大力對粉煤灰進(jìn)行高值利用，既節(jié)約資源，同時產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效果，對環(huán)境更加友好。目前而言，我國對于高值利用粉煤灰，利用率不足5%。粉煤灰中含有大量的氧化鋁，國內(nèi)目前從粉煤灰中提取氧化鋁研究主要處在實(shí)驗(yàn)室階段，由于生產(chǎn)成本高，或者能耗高，產(chǎn)渣量大而未能工業(yè)化。我們應(yīng)對從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝進(jìn)行改進(jìn)，簡化工藝，降低污染，制定成本低的綠色節(jié)能科學(xué)工藝。同時還要充分利用粉煤灰比表面積大的特點(diǎn)，制備吸附劑，或者利用粉煤灰制備抗菌材料。