雖然粉煤灰在混凝土中的使用仍然是煤燃燒產品(CCPs)的最引人注目的有益用途，但非傳統(tǒng)用途、從粉煤灰中提取價值的新工藝的研究與開發(fā)，有望激發(fā)新的應用以及對這些材料的興趣。以下是一些近期和新興的科學發(fā)展的例子，它們可以塑造未來的粉煤灰綜合利用市場，并將其擴展到混凝土之外。

　　聚灰填料應用

　　眾所周知，粉煤灰是制造水泥和混凝土等建筑產品的關鍵成分，它可以提高水泥和混凝土的工作性、強度和耐久性，同時減少溫室氣體排放，并減少與制造這些建筑材料相關的原始材料的使用。圣安東尼奧市Boral創(chuàng)新工廠的科學家和研究人員同樣在模擬木質外飾和壁板產品的生產中證明了粉煤灰的性能和環(huán)境價值。

　　當制造商為他們的產品開發(fā)基礎材料時，裝飾和壁板是流入模具或擠壓的混合物，通常會組合幾種成分，其中一種或多種是樹脂或膠水，將材料粘合在一起，填充成分顆粒之間的“間隙”。理想情況下，這些配方盡可能多的使用無機材料，從而減少填補空白的聚合物，以降低成本。

　　對于Boral的TruExterior飾板和壁板，粉煤灰與聚合物結合形成一種耐用的聚灰材料。粉煤灰是這種應用的理想材料，因為它是球形的，有幾種粒徑。球形在天然材料中是罕見的，而在粉煤灰這樣豐富的天然材料中，它暴露在聚合物覆蓋的給定體積的表面積更小。對于不同大小的顆粒，較小尺寸的粉煤灰顆粒會填滿較大顆粒之間的間隙。這兩個特性均允許使用較少的聚合物填充空間并覆蓋粉煤灰。

　　從性能的角度來看，粉煤灰材料是惰性和無機的。而且由于它是穩(wěn)定的，因此不會對環(huán)境產生重大影響，這有助于TruExterior壁板和飾板在濕度和溫度變化的情況下保持尺寸穩(wěn)定。此外，這些多灰材料提供了木材的外觀和可加工性，同時提供了耐用性和抗開裂、腐爛、劈裂以及防昆蟲的能力。由于這些聚灰產品中回收材料的比例很高，因此它們都經過了“cradle-to-cradle”認證，通過這個認證，它們已經成功地通過了材料健康、材料再利用、可再生能源和碳管理、水資源管理和社會公平等五個標準的評估。除了這種獨特的填料應用，粉煤灰已成功地用于瀝青屋頂瓦、地毯背襯和其他復合材料產品。

　　粉煤灰壓裂支撐劑

　　通過水力壓裂法(fracking)生產石油和天然氣，包括鉆長水平井，劈開地下頁巖或粉砂巖巖層，以及對油井進行處理以穩(wěn)定由此產生的裂縫。傳統(tǒng)上，最后一步是將天然砂或人造砂泥漿泵入裂縫中，使裂縫張開。這種“支撐劑”必須具有足夠的抗破碎性，以防止在油井作業(yè)期間裂縫閉合，同時保持足夠的導水率，以便輕松通過油、氣和水。

　　一個產學研合作伙伴正在開發(fā)一種有前景的粉煤灰支撐劑，以實現這些目標。該項目將肯塔基大學應用能源研究中心開發(fā)的專利技術與Métis液體壓裂技術相結合，該技術使用由清水和粉煤灰形成的高度穩(wěn)定的致密液體支撐劑泥漿，以產生較大的靜水壓力負責大部分壓裂作業(yè)的頭。Boral資源公司為該項目提供粉煤灰。

　　該技術被稱為多級液體壓裂支撐劑注入技術(Multi-Frac)，該技術使用納米、微觀和宏觀尺寸的支撐劑來產生一系列的支撐裂縫，這些裂縫的滲透率很小，可以產生大量的油氣，也可以形成更大的“礫石充填”通道。這種方法減少了對高壓泵送設備的需求，并消除了粘度調節(jié)劑?？稍诰畧鍪褂帽銛y式設備對粉煤灰進行處理。

　　從水力壓裂和粉煤灰行業(yè)的角度來看，該技術的潛在意義是巨大的。對于鉆床而言，多重壓裂技術防止微裂縫過早閉合的能力可以阻止目前壓裂井相對于傳統(tǒng)井產量的快速下降。因此，粉煤灰支撐劑的生產可以在降低壓裂成本的情況下，回收大量的石油和天然氣，并有可能產生更大的利潤率。

　　環(huán)境效益也很可觀，其中包括減小井場面積、減少表面干擾對環(huán)境的影響、降低能源消耗并相應提高回收能源效率、通過使用更少的化學藥品來獲得更清潔的水。高密度灰漿可以通過油管泵送，這對于舊油氣田的再壓裂、恢復生產和節(jié)約資源以及減少新開發(fā)的需求是非常理想的。此外，粉煤灰已從地表清除，永久儲存在數千英尺的地下，減少了垃圾填埋場的規(guī)模和需求。

　　這項研究將使該技術從試點/示范階段進入商業(yè)可行性，擴大粉煤灰的綜合利用范圍。項目參與者認為，根據石油/天然氣市場情況，粉煤灰壓裂支撐劑的產量最終有可能達到或超過目前用于水泥和混凝土生產的粉煤灰的數量和價值。

　　從燃煤副產物(CCPs)中提取礦物和關鍵元素

　　自然界中的所有物質都是由周期表中92種自然存在的元素中的一種或多種組成的。煤及其固體燃燒產物可能含有這92種元素中的76種。從CCP中提取礦物、金屬和稀土元素的研究和評估已經進行了多年。由于對戰(zhàn)略性礦物的需求不斷增加，并且由于監(jiān)管規(guī)定的要求，預計從儲灰池中回收大量的燃煤材料，人們對這些概念越來越感興趣。

　　例如，Elixsys工藝可以同時容納煙氣脫硫(FGD)和粉煤灰副產品，它使用濕法冶金方法來消化材料并回收各種金屬，如氧化物、氫氧化物和碳酸鹽。該工藝由兩個模塊組成。模塊1是將FGD原料加工成硫酸銨肥料和沉淀碳酸鈣。模塊2是對粉煤灰進行加工，將其主要元素組成分離成各種硅、氧化鋁、鐵、鈣、鎂產品。剩下的成分可以進一步加工以分離微量礦物和稀土元素(REEs)。

　　可再生能源、消費電子產品以及許多國防和國家安全應用領域對稀土的需求增加，推動了人們對從豐富的CCP資源中提取稀土金屬的興趣，這些資源比通過傳統(tǒng)礦業(yè)開采相對容易獲得。開發(fā)技術經濟可行的技術，從這些低品位來源中回收稀土是至關重要的。例如，加州大學洛杉磯分校(UCLA)已經開發(fā)了一種低能耗、環(huán)境友好的工藝，從各種煤灰來源中提取稀土元素和關鍵材料(CMs)，包括從燃煤和城市固體廢物焚燒中提取的。該工藝采用聲波刺激，快速選擇性地將灰分溶解到水溶劑中。產生的廢水被輸入到基于膜的過程中，首先從多價離子中分離出單價REE/CM物種(如Fe+3、Al+3)，然后電解沉淀REE羥基。

　　埃爾派自主研制的大型固廢粉煤灰超音速蒸汽粉碎、多固廢協(xié)同互補高值利用技術產業(yè)化成套裝備等，獲批山東省重點研發(fā)計劃及重大科技創(chuàng)新工程。氣流粉碎機在線清洗系統(tǒng)取得國家發(fā)明專利，經山東省新產品鑒定，專家評定其“填補國內空白”。該項目榮獲科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金，山東省首臺(套)技術裝備和關鍵核心零部件及生產企業(yè)、濰坊市科學技術進步獎三等獎等獎項。

　　由埃爾派自主研制的粉碎機、分級機，以及顆粒整形、包覆、修飾等關鍵技術的突破，打破了國外技術壁壘，填補了國內行業(yè)空白，大大推進了醫(yī)藥、食品、化工、礦物、新材料、固廢處理等領域的技術進步和產業(yè)升級。先后榮獲科技部“科技型中小企業(yè)技術創(chuàng)新基金”、“山東省首批瞪羚企業(yè)”、“山東省隱形冠軍企業(yè)”、“高新技術企業(yè)”、“中國專利山東明星企業(yè)”等榮譽稱號。

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