引言

煤炭发电长期主导中国能源结构，每年产生粉煤灰逾6亿吨，堆存带来土地占用、渗滤与扬尘风险。尽管自20世纪80年代起我国已建立《固体废物污染环境防治法》等法规和技术标准，粉煤灰综合利用率及高值化水平仍落后于发达经济体。“双碳”战略与循环经济政策迫切要求突破资源化技术瓶颈、完善产业链并强化环境管理。本文梳理政策演变、技术路径与产业格局，评估环境—经济效益与关键障碍，并结合先进装备与示范案例，提出高性能建材、功能化产品及跨行业协同的发展方向，为政策制定和工程实践提供参考，助推减污降碳与资源效率提升。

2资源化利用现状与挑战

2.1政策与管理体系概况

中国已形成“法律—规划—标准”三级框架。《固体废物污染环境防治法》（2020）把资源化利用义务、全过程信息化监管和差异化许可写入硬约束；《“十四五”循环经济发展规划》和大宗固废专项方案将粉煤灰综合利用率80%作为2025年硬指标，并布局示范基地与碳减排核算方法。2024年国家发改委启动“国家资源循环集团”试点，整合跨区域调运、金融支持和交易平台，进一步夯实制度与市场支撑。

2.2主要技术路径

粉煤灰资源化正在“量大面广”与“高值精细”双线并行。①低碳胶凝材料：与脱硫石膏协同制备石膏基砂浆、水泥熟料替代物和矿山回填胶结料，2019年综合利用率已超78%。②高附加值材料：经分级、脱碳、活化制得地聚合物、分子筛、微珠填料和氧化铝，实现从替代品到功能材料的跃升。③协同耦合：在煤电—建材—矿山链条中构建“飞灰-石膏-尾矿”复配体系，通过智能调凝、高压成型等装备输出定制化产品，兼顾力学及环保性能[1]。

2.3行业瓶颈与痛点

整体利用率虽提升，却陷入“四低两缺一高”困局：低品质（游离碳波动大）、低集中度（产消时空错配）、低标准化（高端应用缺统一评价）、低盈利性（碳减排与金融激励尚未兑现）；缺先进分选/脱碳装备与环境全生命周期评估；高技术门槛亦抬高成本，致近两年综合利用率由61%回落至57.7%。未来需在原料分级、产品标准、数字化溯源及政策激励上形成系统突破。

3.先进工艺装备及案例分析

3.1技术原理与工艺流程

针对脱硫石膏-粉煤灰等高钙-高硅固废协同利用，新一代固废处置装备采用“高温相变活化+高压成型/泵送+智能参数闭环调控”三位一体工艺。首先，经带式低温烘干与旋转煅烧炉将脱硫石膏脱水至半水相或无水相，并使粉煤灰表面产生脱羟基缺陷，显著提高其潜在活性；随后在连续式强剪切混合器内按预设比例掺入碱激发剂、矿物外加剂与循环工艺水，形成可泵送浆料。装备内置光纤-电化学复合传感器，实时监测浆体温度‐电导率-黏度，通过模型预测控制（MPC）算法动态修正含水率与激发剂掺量，将初凝时间精准锁定在5–30 min区间，既满足井下回填的流动性要求，也可直接浇筑成自流平或抹灰石膏砂浆。末端模块可在两种工作模式间切换：①高压柱塞泵—管路系统，用于远距离矿山采空区充填；②真空脱泡-螺旋挤压系统，用于制备预制石膏基建材制品。整线采用模块化设计，年处理固废量30–150万t，可在矿区、电厂或建材园区快速部署[2]。

3.2资源化产品性能与效益评估

矿山回填料（固废掺量≥90%）28 d无侧限抗压强度稳定在3–8 MPa，渗透系数低于1×10⁻⁷cm·s⁻¹，能够长期支护顶板并抑制酸性渗滤；其浸出毒性（Cr⁶⁺、As等）均低于《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）Ⅲ类限值，实现安全闭环。石膏基自流平砂浆初凝25 min、3 h抗压>10 MPa，28 d抗压达35 MPa，干缩率低于0.05%，可直接替代C30-C35等级水泥砂浆。生命周期评估显示：与传统水泥基材料相比，每生产1 t石膏砂浆可减少CO₂排放21–28%及一次能源消耗17–23%，并避免约0.8 t固废填埋。经济测算（以山西大地控股示范线为例）表明：回填+建材双轮驱动下，单位固废处置净收益约40–65元·t⁻¹，投资回收期＜3年，显著优于仅依赖填埋或熟料烧制的路线^[3]。

3.3推广模式与合作机制

面向重污染产业集群，推荐“电-矿-材”协同的区域化推广模式：以坑口电厂或冶炼中心为固废收集节点，依托EPC总包企业提供成套装备与运营托管服务，辐射20–50 km矿区和装配式建筑基地；政府通过绿色信贷贴息、排污权交易返还及碳减排激励降低初期资本成本。技术扩散由“三层网络”驱动：①装备商-科研院所共建联合研发平台，迭代关键单元技术；②头部企业牵头建立固废协同利用产业联盟，输出工艺标准和产品认证体系；③地方生态环境、自然资源与住建部门协同出台差别化电价、矿山回采率考核和绿色建材优先采购政策，形成经济与制度双重拉动。山西、内蒙等资源型省份的示范工程已经显示，该合作机制能够在3–5年内实现区域固废减量>70%、GDP与碳排放脱钩增长，为全国大规模复制提供了可行范式。

4结论

当前我国粉煤灰及其他工业固废资源化利用已从“试点示范”迈向“规模推广”阶段，但整体仍受政策衔接、标准缺失与技术差异等瓶颈制约；以智能化高压成型与凝结时间精准调控为核心的先进处置装备，验证了脱硫石膏、尾矿与粉煤灰协同利用的技术可行性和经济-生态双重收益，为矿山回填、绿色建材替代及碳减排提供了切实路径；实践表明，构建从源头减量、过程控制到末端价值化的全链条管理体系，并在政策激励、标准完善、产学研用协同和区域示范推广等层面形成合力，是推动工业固废由“末端处置”向“循环再生”转型的关键；因此，持续深化关键工艺装备创新、强化环境与经济效益量化评价、完善法规及市场机制，将为我国乃至全球粉煤灰资源化利用的高质量发展奠定坚实基础。

参考文献

[1] 王丽萍,李超.粉煤灰中铝硅资源化利用研究进展[J].矿产综合利用,2024,45(3):1-5.

[2] 于秋鸽,尹希文,樊振丽,等.基于矿化反应过程三阶段划分的粉煤灰高效矿化方法研究[J].煤炭科学技术,2024,52(6):253-260.

[3]Xu Y,Zhang J,Ali M K A,et al.Accelerated CO₂mineralization technology using fly ash as raw material:a comprehensive review[J].Chemical Engineering Journal,2024,475:147078.