一、物理分离技术

通过物理性质差异（如密度、磁性、表面亲水性）实现组分分离，降低有害物质含量或提取高附加值成分。

浮选分离

原理：利用粉煤灰中未燃碳（疏水性）与矿物颗粒（亲水性）的表面性质差异，通过添加浮选剂（如柴油、松醇油）使未燃碳附着在气泡上浮出，实现碳-灰分离。

效果：未燃碳回收率可达80%-90%，粉煤灰中碳含量从10%-15%降至2%以下，同时减少硫等杂质（硫常与未燃碳共存）。

应用：回收的碳可作燃料或制备活性炭；脱碳后的粉煤灰活性提高，适用于混凝土掺合料。

磁选分离

原理：粉煤灰中含铁磁性颗粒（如磁铁矿、赤铁矿）可通过磁选机分离，减少重金属（如Cr、Ni）载体。

效果：磁选后粉煤灰中铁含量降低50%-70%，重金属浸出毒性下降30%-50%。

应用：适用于高铁粉煤灰处理，分离出的磁性颗粒可回用于炼铁原料。

筛分与气流分级

原理：通过振动筛或气流分级机按粒径分离粉煤灰，去除粗颗粒（含未燃碳、硫等杂质）或细颗粒（高活性玻璃体）。

效果：分级后粉煤灰细度模数可控制在2.5-3.5，满足不同建材需求；粗颗粒可进一步处理（如浮选或燃烧）回收资源。

二、化学改性技术

通过化学反应改变粉煤灰表面性质或矿物组成，降低有害物质活性或提高资源化利用性能。

酸浸改性

原理：用稀硫酸（H₂SO₄）、盐酸（HCl）或有机酸（如柠檬酸）浸出粉煤灰中的可溶性硫、重金属（如Pb、Zn）及碱性氧化物（如CaO）。

效果：酸浸可去除60%-80%的硫和重金属，同时降低粉煤灰pH值（从12-13降至8-9），减少对混凝土的碱骨料反应风险。

优化：控制酸浓度（<5%）、温度（<60℃）和时间（1-2小时），避免过度腐蚀导致活性下降。

碱激发改性

原理：用NaOH、KOH或水玻璃（Na₂SiO₃）激发粉煤灰中的玻璃体，生成地聚合物（geopolymer），提高早期强度和耐久性。

效果：碱激发后粉煤灰28天抗压强度可达40-60 MPa，适用于制备免烧砖、道路基层材料。

案例：某研究用8% NaOH溶液激发粉煤灰，制备的地聚合物混凝土抗渗性比普通混凝土提高30%。

化学稳定化

原理：添加硫化物（如Na₂S）、磷酸盐（如Na₃PO₄）或水泥基材料，与粉煤灰中的重金属（如Cd、Cr）形成稳定化合物（如硫化物沉淀、磷酸盐固化体）。

效果：稳定化后重金属浸出毒性可降低至《危险废物鉴别标准》（GB 5085.3-2007）限值以下，满足安全填埋或资源化要求。

三、热处理技术

通过高温煅烧、微波加热或蒸汽活化改变粉煤灰矿物结构，提高活性或分解有害物质。

高温煅烧

原理：在800-1000℃下煅烧粉煤灰，使玻璃体结晶化（生成α-石英、莫来石），同时分解硫酸盐（CaSO₄→CaO+SO₂↑）和有机硫。

效果：煅烧后粉煤灰活性指数（28天抗压强度比）从60%提升至80%-90%，硫含量降低50%-70%。

优化：控制煅烧时间（1-2小时）和气氛（氧化性或还原性），避免粉煤灰烧结导致活性下降。

微波辅助活化

原理：利用微波（2.45 GHz）选择性加热粉煤灰中的极性分子（如水、羟基），促进玻璃体断裂和活性点暴露。

效果：微波处理30分钟可使粉煤灰活性提高20%-30%，能耗仅为传统煅烧的30%-50%。

应用：适用于小批量粉煤灰快速活化，如制备高性能混凝土掺合料。

蒸汽养护

原理：将粉煤灰与水泥、石灰等混合后，在高温高压蒸汽（180-200℃，1-2 MPa）中养护，加速火山灰反应生成C-S-H凝胶。

效果：蒸汽养护后粉煤灰混凝土7天强度可达28天强度的80%以上，适用于预制构件快速生产。

四、生物处理技术

利用微生物或植物修复粉煤灰中的重金属和有机污染物，实现环境友好型处理。

微生物浸出

原理：嗜酸硫杆菌（如氧化亚铁硫杆菌）氧化粉煤灰中的黄铁矿（FeS₂）和重金属硫化物，生成硫酸和金属离子，再通过水洗去除。

效果：微生物浸出可去除70%-90%的重金属（如Cu、Zn），但处理周期较长（7-14天）。

优化：添加营养剂（如Fe²⁺、S⁰）和调节pH值（1.5-2.5）可提高浸出效率。

植物修复

原理：种植超积累植物（如蜈蚣草、芥菜型油菜）吸收粉煤灰中的重金属（如As、Cd），通过收割植物实现重金属去除。

效果：植物修复需3-5个生长周期，可降低粉煤灰中重金属含量30%-50%，但受气候和土壤条件限制。

应用：适用于低污染粉煤灰堆场的生态恢复。

五、综合利用技术

将处理后的粉煤灰直接应用于建材、环保、农业等领域，实现资源化闭环。

建材领域

混凝土掺合料：处理后粉煤灰可替代30%-50%的水泥，降低混凝土成本10%-20%，同时提高耐久性。

免烧砖：以粉煤灰、水泥和骨料为原料，经压制成型和自然养护，生产抗压强度≥15 MPa的免烧砖，符合GB/T 21144-2007标准。

路基材料：粉煤灰与石灰、碎石混合后，可用于道路基层和底基层，强度满足CBR≥80%的要求。

环保领域

废水处理：粉煤灰经酸浸改性后，可吸附废水中的重金属（如Pb²⁺、Cd²⁺）和染料，吸附容量达50-100 mg/g。

烟气脱硫：粉煤灰中的CaO和MgO可与SO₂反应生成硫酸盐，用于循环流化床锅炉的炉内脱硫，脱硫效率达80%-90%。

农业领域

土壤改良剂：粉煤灰含Si、Ca、Mg等植物必需元素，可改善酸性土壤pH值（从4.5提升至6.0），提高作物产量10%-15%。

微量元素肥料：通过化学提取从粉煤灰中回收Se、Ge等稀有元素，制备高附加值肥料。

六、典型案例：某电厂粉煤灰综合处理流程

问题：原煤硫分1.5%，粉煤灰中硫含量2.8%，重金属（如Pb、Zn）超标，无法直接利用。

处理流程：

浮选分离：回收未燃碳（碳含量从12%降至1.5%），减少硫共存；

酸浸改性：用3% H₂SO₄浸出2小时，硫含量降至0.8%，Pb浸出毒性从5.2 mg/L降至0.3 mg/L；

碱激发活化：添加8% NaOH溶液，制备地聚合物混凝土，28天强度达55 MPa；

资源化利用：活化粉煤灰用于道路基层（占比60%）和免烧砖（占比30%），剩余10%安全填埋。

效果：年处理粉煤灰50万吨，减排硫1400吨，创造经济效益2000万元，实现“零排放”。

通过物理、化学、热处理及生物技术的协同应用，粉煤灰可从“废弃物”转化为高附加值资源，推动循环经济发展。具体技术选择需结合粉煤灰成分、处理规模及目标用途综合决策。