粉煤灰循环利用标准体系研究

1  研究背景

粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。燃煤电厂的粉煤灰排放量已成为我国大宗工业固废之一。过去粉煤灰采取堆放处置，不仅占用了宝贵的土地资源，而且对环境和人类的健康带来了直接或间接的威胁和危害。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等可利用程度较高。而且越来越多的研究和实践证明粉煤灰可作为一种替代资源加以循环利用。但我国粉煤灰的资源化利用还存在诸多问题，如粉煤灰综合利用率和利用水平不高，粉煤灰利用缺少稳定的途径，粉煤灰利用存在着二次污染的问题，因此，有必要对粉煤灰资源化利用进行科学、系统的标准体系构建的研究，引导促进粉煤灰的资源化利用，推进资源节约型社会的发展，促进社会经济和资源环境的可持续发展。

2  粉煤灰资源化利用现状

根据粉煤灰利用的分布途径分析，在水泥行业中的应用最为常见，其次被应用的充填煤坑与建筑领域。另外，粉煤灰和有机质废弃物的相互混合与发酵，能够制造出特殊的肥料可用于农业。由于粉煤灰具有较大的比表面积，具有固体吸附剂性能，因此，可利用粉煤灰的吸附性能，处理一些含有有害物质的废弃物。在快速发展的工业进程中，利用粉煤灰中含有磁铁矿、氧化铝、硅铁和锗，经物理、化学处理，可回收氧化铝、镓、钪等有价物质，这是新兴的发展趋势。

3  粉煤灰标准制修订情况

我国现有粉煤灰综合利用各类标准有国家标准、行业标准和地方标准。其中，国家标准44项：基础通用标准含14项，收集存储运输1项，循环利用技术24项，综合评价5项；行业标准33项：基础通用15项，循环利用标准18项，多为检测和产品标准。团体标准1项，属技术规范类。经企业标准信息平台查询，现有8项企业标准，均为产品标准（见表1）。

所有标准里以技术规范类标准居多，其次是产品类和方法类。

4  粉煤灰循环利用标准体系构建

粉煤灰综合利用属于区域循环经济范畴，围绕粉煤灰资源展开的各种工业固废资源的综合利用，构建粉煤灰循环利用标准体系，梳理出粉煤灰资源化利用现行国家标准、行业标准、地方标准、团体标准和企业标准，一方面达到对排放企业及综合利用生产企业的相关标准支撑和约束的目的，另一方面完善标准研制弥补产业空白，实现产业可持续发展和提升经济效益和社会效益提供技术支撑。

4.1  粉煤灰循环利用标准体系维度图

粉煤灰循环利用标准体系可以从层次的角度（层次维）标准级别的角度（级别维）、标准类型的角度（种类维）、应用领域（功能维）、循环经济和资源化利用（专业领域）的角度（专业维）、标准体系对象的各阶段的角度（序列维）等角度进行划分。当要表达标准体系的层次结构时，可将层次（或级别、种类、功能、专业、生命周期序列）看作已知项，其他项目为可变项，进行多维度的分析和研究。

根据粉煤灰循环利用标准的实际需求，标准体系可从标准体系对象的各阶段的角度（序列）、专业、级别三个维度对标准体系进行分析，形成粉煤灰循环利用标准体系维度图（见图1）。

图1  粉煤灰循环利用标准体系维度图

4.2  标准体系框架

根据相关要素分析，及技术路线的梳理，粉煤灰循环利用的几个关键技术在于粉煤灰的品质、处理技术的规范及废弃物处理技术要求。按照GB18599-2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》、GB 31574-2015《再生铜、铝、铅、锌工业污染物排放标准》、GB/T 34911-2017《工业固体废物综合利用术语》及HJ/T 20-1998《工业固体废物采样制样技术规范》等相关要求，将粉煤灰循环利用标准体系框架确定为4个部分，分别为基础通用子体系、收集储存运输子体系、资源循环利用技术子体系及综合评价子体系。

图2粉煤灰循环利用标准体系基础通用子体系包括术语定义、分类、符号安全、安全环保、设施设备、分析检验。基础标准是体系中总体性、基础性、通用性的标准，是体系中其他标准的依据和基础，具有普遍的指导意义。

图2  粉煤灰循环利用标准体系

收集储存运输子体系涵盖产灰单位粉煤灰排放、收集、储存标准；粉煤灰运输环境管理要求；粉煤灰堆存场选址、建设规范标准；粉煤灰堆存场环保、安全技术要求及相关其它相关标准。

资源循环利用子体系包括有价金属提取及相关产品应用、副产物回收应用。粉煤灰提取有价金属就目前研究现状分析有铝、锂、镓、钪、钙等元素。

综合评价子体系是评价粉煤灰循环利用在社会、生态、经济效益方面给出相应最优化指标分析，以最佳效益引导粉煤灰企业清洁绿色利用。

4.3  待研制标准方向

经过对各子体系现行标准的梳理和分析，同时进行了粉煤灰综合利用产业国内外的科技发展现状和趋势的研究，发现标准化在粉煤灰综合利用中起着重要的支撑作用和高新技术引领作用。经过调研分析，提出以下几方面的标准研究方向，以填补这行产业关键技术上标准空白。

4.3.1  在农业方面的应用

粉煤灰是矿物质燃烧的直接产物，富含矿质元素，粉煤灰是一个巨大比表面积的孔体，能对水、肥、气、热进行保存和传导。在改良土壤和作为肥料添加剂方面标准为空缺，可以开展粉煤灰用于土壤及肥料添加剂的评价标准研究。

4.3.2  在造纸方面的应用

粉煤灰中含有未完全燃烧的煤粒，颗粒形状多为片状，粒径较小，与煅烧过的高岭石类似，可作为生产纸张的填料。经过标准梳理，目前没有粉煤灰作为纸张填料的相关标准出台，该领域也是今后粉煤灰研究的方向。

4.3.3  在环境保护方面的应用

粉煤灰去有害物质主要是通过物理吸附，在污水处理和燃煤烟气净化方面有所应用，但是缺少相关标准的技术指标要求和规范。

4.3.4  收集储存运输标准需求

目前，可执行的是GB 18599-2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》，是对一般工业固废的统一规定，但是针对粉煤灰收集储存运输的标准仍为空白，为了避免在粉煤灰收集存储运输过程中出现二次污染的情况，应加强制定收集存储运输标准。

4.3.5  有价金属提取标准需要

在粉煤灰应用上国家标准，行业标准等有了较多规范，但是在粉煤灰提取有价金属技术方面标准及副产物回收仍为空缺，标准亟需尽快完善，以使产业健康快速发展。

由于粉煤灰是由SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等元素组成。在提取有价金属方面，大唐国际发电股份有限公司、神华准能资源综合开发有限公司等大型企业均开展了多年技术研究，攻克了多项技术难题，部分企业也开始了产业化运行，但是截至目前，仍没有相关国家及行业标准在提取有价金属技术标准及评价标准来指导和规范产业化运作，开展粉煤灰提取有价金属研究，实现粉煤灰循环利用的最大化，既可以缓解环境压力，又可以提高经济价值。所以在该领域应加大研究力度，尽快出台相应标准。

粉煤灰提取有价金属的同时又产生了大量以硅酸盐为主要成分的硅钙渣、白泥等固废。由于这些固废难以利用被大量堆存，带来了严重的环境污染问题。因此在解决粉煤灰提取有价金属的同时也必须加大对副产物回收利用的标准研制，为硅钙渣等煤基固废资源化推广应用提供科学依据。

5  结语

围绕粉煤灰循环利用管理全过程，深化标准体系研究，加快重要标准的制修订工作，实现粉煤灰循环利用标准向质量管理、国家级与地方级标准平衡发展，有效促进煤、电、化工、有色、冶金、农林、建材、道路施工等多级联全产业链可持续发展。加强标准研制是对粉煤灰提取氧化铝这一战略新兴产业阶段性科技创新成果和生产实践经验的总结，对于促进我国煤-电-灰-铝循环经济产业链快速发展，助推经济转型升级具有重要意义。