一、形成过程

在煤炭高温（约1300~1500℃）燃烧中，大部分可燃物在锅炉内被充分燃烧，而不可燃物（以灰分为主）则与高温烟气混合。这些混合物在高温环境下部分熔融，并因表面张力作用而形成微小的球形颗粒。随后，这些熔融的细粒在锅炉尾部受到极冷，从而形成玻璃体状态。最终，经过除尘器的分离与收集，得到大小和形状不规则、呈分散状态的粉煤灰。

二、主要成分

粉煤灰的化学成分丰富，主要包括SiO2（二氧化硅）和Al2O3（三氧化二铝），还含有Fe2O3（三氧化二铁）、CaO（氧化钙）、MgO（氧化镁）、K2O（氧化钾）、Na2O（氧化钠）、SO3（三氧化硫）及未燃碳等成分。这些成分中蕴含着Si（硅）、Al（铝）、Fe（铁）、C（碳）、镓（Ga）、锗（Ge）等多种具有价值的元素。

三、产量与积存

近年来，全球粉煤灰产量整体上呈现出稳健增长态势。其中，亚太地区是第一大产区，2023年亚太地区粉煤灰产量占总产量比重超过80%。

中国产量：据估算，中国每燃烧1吨标准煤会产生约138公斤的粉煤灰，而每发1千瓦时电则需要消耗300克原煤，并产生约41克粉煤灰。2023年我国粉煤灰的产量已达到8亿多吨，且由于利用率不足，每年都在不断积存。目前，我国粉煤灰的积存总量已超过30亿吨，成为我国大型单一工业固体废物污染源之一。

产量趋势：随着国家对大气治理逐步标准化、制度化，火力发电厂除尘、脱硫、脱硝技术日益成熟，粉煤灰产量也随之增加。

四、危害与利用

危害：随着粉煤灰的大量堆积，不仅会占用大量土地，还可能污染土壤、水源和大气，对生态环境造成严重损害。更令人担忧的是，人体吸入粉煤灰可能导致呼吸道感染，危害人体健康。

利用：粉煤灰也具有一定的积极效应和广泛的应用价值。其火山灰效应源于玻璃相颗粒的含量及特性，使粉煤灰能够发生水化反应生成胶凝产物，从而提升水泥制品的性能。此外，粉煤灰的形态效应和微集料效应也有助于提升制品的匀质性、致密性和结构强度。

五、应用领域

粉煤灰在多个领域都有广泛的应用，主要包括但不限于以下几个方面：

建材领域：是粉煤灰最为重要的应用场景之一。由于粉煤灰含有活性的Al2O3和SiO2，展现出类似黏土的特性，因此能够作为水泥的替代品或砖材的添加剂。建材领域对粉煤灰的利用量占比最高，超过80%。

水泥生产：粉煤灰可以作为水泥生产的原料，能够降低成本并提高产品质量。当粉煤灰的含碳量较高时，常被用于制备水泥熟料。其工艺流程与传统烧制水泥的方法相比，采用粉煤灰配料的烧制工艺可降低80~100℃的烧成温度。

混凝土：粉煤灰可以用于生产各种混凝土，包括商品混凝土和道路混凝土。掺入水泥中的粉煤灰，不仅因其颗粒形态而具有匀质和润滑作用，还能与水泥水化时产生的Ca(OH)2反应，生成C-S-H凝胶和钙矾石。这些水化产物能有效地填充基体中的空隙，进而促进水泥基材料的强度增长，并提升其抗渗性能。当粉煤灰被掺入混凝土中时，其微小颗粒能够降低水化热，有效防止因内部温升导致的表面过热和裂缝产生。同时，这些颗粒还能强化混凝土的抗漏渗和耐侵蚀性能。此外，粉煤灰的微小颗粒可以替代孔隙中的水分，从而减少混凝土施工过程中的用水量。粉煤灰还可用于制备具有高强度、高韧性、低孔隙率和高耐久性的超高性能混凝土。

砖材：粉煤灰可以用来生产烧结砖或蒸压砖。以粉煤灰、沙子和水泥或石灰为原料制成的粉煤灰砖，兼具轻质、高抗压强度、优异耐久性以及制作简便等特性。

其他建材：粉煤灰还可以用来生产新型墙体材料，如加气混凝土砌块、人造轻骨料（如粉煤灰陶粒）、微晶玻璃（一种高档次的建筑装饰材料）等。

环保领域：粉煤灰可以作为废水废气处理中的吸附材料，有效地净化环境。还可以用于制造分子筛、絮凝剂等环保材料。

农业领域：粉煤灰中含有一些植物生长必需的元素，因此可以作为肥料使用。

六、价格因素

粉煤灰的价格因地区、市场需求、品质以及购买量等多种因素而异。例如，在某些地区，如河北石家庄等地，一级、二级粉煤灰的价格相对较高；而在内蒙古呼和浩特等地，超细混凝土用粉煤灰的价格则相对较低。对于四级粉煤灰来说，其价格通常会低于一级、二级粉煤灰，但具体价格还需根据当地市场情况来确定。

七、发展趋势

应继续聚焦于粉煤灰的高掺量利用和大规模工程应用。

加大高值化粉煤灰基建材制备技术的研究力度，开发新型的粉煤灰基绿色建材，如轻质耐火保温材料、智能建筑材料等。

探索新的利用方案，如尝试将粉煤灰与其他工业固废进行综合利用和协同处置，以提升建材的性能，从而拓宽粉煤灰衍生建材的应用领域。

政府部门应提供必要的政策支持，推动粉煤灰及附加产品的高值化利用研究。

综上所述，粉煤灰作为一种工业废弃物，其利用价值远超人们的想象。通过多样化的应用方式和不断的技术创新，粉煤灰正在逐步实现资源化利用和可持续发展。