马志斌，张学里，郭彦霞，程芳琴

（山西大学资源与环境工程研究所，国家环境保护煤炭废弃物资源化高效利用技术重点实验室，山西低附加值煤基资源高值利用协同创新中心，山西太原030006）

煤炭在我国能源消耗中占据主体地位，以煤炭为主的能源结构在未来较长时期内难以改变[1]。2019年，我国原煤产量达37.5亿吨，山西、内蒙古、陕西、新疆等产煤大省的原煤产量占全国的76.8%[2]。煤矸石为煤炭开采和洗选过程中产生的固体废弃物，是我国排放量最大的工业固废之一[3]。2014年我国颁布《煤矸石综合利用管理办法（2014年修订版）》，倡导内蒙古、山西、陕西和河南等主要产煤省份根据煤矸石资源量合理配备循环流化床锅炉发电机组，利用煤矸石进行燃烧发电[4]。

循环流化床（CFB）锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高和结构简单易于操作等诸多优势，近几年来在我国得到了广泛应用[5]。循环流化床锅炉燃烧温度通常在800～900℃，远低于煤粉炉运行温度（≥1200℃），由于其采用炉内固硫技术，导致CFB灰中钙和硫含量较高[6]。因此，与传统煤粉炉（PC）粉煤灰相比，CFB灰有其独特的理化性质，颗粒平均粒径较大且呈不规则块状；化学组成中CaO和SO3含量较高；物相组成主要为石英、硬石膏和非晶相铝硅酸盐，还可能含有少量的石灰、赤铁矿、未燃尽炭和游离CaO[5]。随着我国产煤地区CFB发电机组的增加，CFB灰的排放量也随之增加，但其利用率相对较低，未利用的CFB灰大量堆积，严重地威胁生态环境[7]。

传统PC灰的利用途径大多为建材化利用，但由于CFB灰特有的理化性质，使其在建材化利用中存在诸多问题。CFB灰中含有CaCO3、CaSO4和游离CaO，使得制备的建筑材料具有膨胀性，导致建筑材料后期强度和施工性能降低[5]，极大地限制了其在建材方面的大规模利用。因此，拓宽CFB灰的利用途径意义重大。CFB灰化学利用（如有价元素提取、合成净水剂、合成地质聚合物材料等）具有广阔的利用潜力。由于CFB灰中铝硅酸盐大多以非晶相形式存在，在酸性体系中铝、铁、钙等有价元素的溶出活性高，使得CFB灰有价元素更易被提取[8]，在碱性体系中活性铝、硅在水化过程中更容易溶解，可用于凝胶材料和地质聚合物的合成，此外CFB灰中含钙组分在碱激发过程中可生成水化铝酸钙（C-A-H）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶，有利于提高材料的抗压强度[9]。在有价元素提取和地质聚合物合成过程中，活性组分溶出行为对工艺设计优化和产品质量控制有重要的影响。因此，本文在全面阐述CFB灰理化特性的基础上，总结了目前CFB灰中主要元素在酸、碱溶液中的溶出行为及主要影响因素，以期深化对CFB灰化学反应活性的认识，为CFB灰元素提取和材料化利用提供借鉴。

1 CFB粉煤灰理化特性

1.1 物理性质

粉煤灰颗粒的粒径分布对其组分的化学反应活性和溶出特性有重要的影响。图1为PC灰与CFB灰的粒径分布曲线，从图中可以看出，PC灰颗粒粒径为2.78～58.1μm，粒度分布较为集中，主要分布在30μm左右；CFB灰颗粒粒径分布曲线范围较宽，表明其颗粒的粒度分布较为分散[10]。从图1和表1可以看出，CFB灰颗粒平均粒径大于PC灰，这主要与其燃料粒度和燃烧工况相关，PC锅炉燃料粒度一般在75μm以下，CFB锅炉燃料粒度为8～10mm，远大于PC锅炉煤粉粒度。PC锅炉温度较高，一般在1200℃以上，且燃烧过程中燃料燃烧剧烈，颗粒更易发生爆裂或破碎，形成粒径更小的飞灰，而CFB锅炉温度通常在800～900℃，燃料多为煤矸石、煤泥等劣质煤，燃烧剧烈程度不如PC锅炉，更易形成大粒径飞灰[6]。

表1 PC灰与CFB灰的粒径分布数据对比

图1 PC灰与CFB灰的粒径分布曲线

PC灰与CFB灰的微观形貌和表面元素分布分别如图2和图3所示，PC灰大多为光滑的球形颗粒，含有少量不规则颗粒。PC灰中的球形颗粒是燃料在熔融状态下受表面张力的作用使得表面能达到最小而形成的，这种球形玻璃体颗粒具有光滑而致密的外壳，外壳表面的光滑程度取决于煤燃烧过程中温度的高低，空腔则是由煤燃烧过程中产生的挥发物或某些矿物分解产生的[13]。从图3扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDX）图中可以看出，PC灰中铝硅元素重叠存在，且铁、钙和钛等杂质随机分布在颗粒中[14]。CFB灰颗粒则主要呈不规则块状，不存在球形颗粒，一方面是由于CFB锅炉燃烧温度不足以实现大多数矿物的熔融，矿物保持原来的形貌；另一方面则是由于CFB灰中非晶体矿物结构蓬松，粒度分布不均一，且大部分粘连在一起。从CFB灰的SEM-EDX图中可以看出铝、硅和氧分布较为相似，说明三者之间关系较为密切；钙和硫分布在颗粒表面，表明部分硬石膏附着在CFB灰颗粒表面[15]。

图2 PC灰与CFB灰的SEM图

1.2 化学组成

燃料中无机矿物的化学组成决定了粉煤灰的化学组成，因此受燃料无机组成的影响，粉煤灰的化学组成波动较大[28]。表2比较了几种PC灰与CFB灰的化学组成。从表中可以看出，总体来说，PC灰与CFB灰均以Al2O3和SiO2为主，两者总含量达80%左右。以山西北部或内蒙古中东部矿区高铝煤为燃料时，所获得的粉煤灰中Al2O3含量较高，有些粉煤灰中Al2O3含量高达50%以上，适合用于有价元素提取。CFB锅炉通常采用炉内喷石灰石粉的方法进行炉内固硫，因此CFB灰中CaO和SO3含量通常高于PC灰。为提高固硫效率，通常钙与硫的摩尔比为2～2.5，过量石灰石未参与反应，在高温下分解会产生游离CaO[12]，导致CFB灰中CaO含量普遍比PC灰高。此外，受锅炉燃料种类和燃烧工况的影响，不同CFB灰的烧失量差异较大，总体来说CFB灰的烧失量略高于PC灰[29]。

表2 PC灰与CFB灰的化学组成及质量分数 单位：%

1.3 物相组成

PC灰与CFB灰的X射线衍射（XRD）图如图4所示。PC灰的物相组成相对简单，晶体矿物质主要有莫来石（3Al2O3·2SiO2）、石英（SiO2）和刚玉（Al2O3）等，利用Rietveld全谱图拟合定量分析方法对矿物质进行定量分析发现，晶体矿物质含量之和为30%～45%，其余均为矿物质熔融固化后形成的非晶相玻璃体[30]。煤中高岭土等黏土矿物在1000℃以上转化为莫来石，莫来石在高温下比较稳定，高温下矿物质熔融生成的非晶态玻璃体通常将莫来石、石英和刚玉等晶体相包裹[14]。由于燃烧温度相差较大，CFB灰与PC灰的物相组成有较大差异，CFB灰中的晶体矿物质主要有石英（SiO2）、硬石膏（CaSO4）、赤铁矿（Fe2O3）和锐钛矿（TiO2）等，质量分数之和为20%～30%，其余的组分则主要由无定形态硅铝酸盐组成[15]。由于CFB锅炉燃烧温度通常在950℃以下，达不到矿物质的熔融温度，因此与PC灰中非晶相玻璃体不同，CFB灰中的无定形态硅铝酸盐不是来自于矿物质的高温熔融固化，而是主要来自于煤中矿物质的分解和转化。硬石膏主要来自石灰石固硫反应，赤铁矿主要来自煤中黄铁矿的氧化，锐钛矿主要来自煤中原有的矿物质。CFB灰中一部分硅以石英晶体相存在，另一部分硅和全部的铝则以无定形态硅铝酸盐存在[15]。

图4 PC灰与CFB灰的XRD图[15,30]

1.4 化学结构

27Al和29Si固相核磁共振（NMR）是分析粉煤灰中铝硅原子化学环境的有力工具。图5为PC灰与CFB灰的27Al核磁共振图谱。PC灰的27AlNMR图谱在δ=61.5、δ=0.5两个位置出峰，分别为Al（Ⅳ）、Al（Ⅵ）的共振峰，说明PC灰中的铝氧多面体结构以四配位Al（Ⅳ）和六配位Al（Ⅳ）存在[30]，宽峰表示这两种配位形式的铝以分子不对称网络形式存在，该网络结构使得分子在磁场中难以振动，从而使得PC灰中铝氧结构难以破坏[13]。CFB灰的27AlNMR图谱在化学位移δ=14.7、δ=75.5两个位置出现明显的共振信号峰，表明CFB灰中的铝氧多面体结构也是由四配位Al（Ⅳ）和六配位Al（Ⅵ）构成[16]。

图5 PC灰与CFB灰的27AlNMR图[15,30]

PC灰与CFB灰的29Si NMR图谱如图6所示。PC灰的29SiNMR图谱在-87处的峰与灰中莫来石相关，稳定性较好[31]，-79、-93和-96处的峰与玻璃相组分相关，分别属于Q2(1Al)、Q4(3Al)和Q4(2Al)等结构的硅氧铝结合体[14]，-108[Q4(0Al)]处的峰对应二氧化硅的不同晶相[14,16,31-32]。CFB灰的29SiNMR图谱在-70和-100处表现出广泛的共振，-71.5处的峰属于Q0位点，表明CFB灰中存在单独的无定形态硅氧结构[16,33]。-77、-84、-86.3、-90.3、-94.1和-97.4处分别属于Q1、Q2(0-2Al)、Q2(1-2Al)、Q3(1Al)、Q3(2Al)、Q4(3Al)等结构的硅铝结合体[15]，说明CFB灰中的硅铝存在多种结构的结合方式，不同结构组分的硅铝聚合度存在明显差异。与PC灰相比，CFB灰硅铝配位结构的出峰位置向低化学位移移动，说明CFB灰中无定形硅铝的聚合度较低。

图6 PC灰与CFB灰的29SiNMR图[14-15]

2 CFB粉煤灰主要元素溶出行为

2.1 在酸性体系的溶出行为

CFB灰中含有丰富的铝、硅等元素，尤其在山西北部、内蒙古等地区，煤炭中富含铝、锂、镓和稀土等有价元素，经CFB锅炉燃烧发电后，有价元素在CFB灰中得到富集，且大多数或几乎全部的铝以无定形态硅铝酸盐存在，在酸性体系中溶出活性较高。因此，CFB灰有望替代低品位铝土矿作为铝产品的原料之一[15]。

由于酸浸条件的不同，CFB灰中铝、钙和铁等主要元素在酸性体系中的溶出情况差异较大。常压盐酸酸浸时，通常有40%～70%的铝能够溶出，铁和钙在盐酸溶液中活性较高，一次溶出率可达90%左右。硅基本不溶于盐酸溶液[30]，陈朝轶等[34]研究了用硫酸直接从CFB灰中溶出氧化铝，在溶出温度180℃、溶出时间5h、液固比5mL/g和硫酸初始浓度3.7mol/L条件下，铝溶出率达94.2%，铁溶出率达95.1%。CFB灰中含有部分铁元素，结合其良好的物理化学吸附性能，可在酸性体系中制备净水剂[35]。王金龙等[36]以CFB灰为原料，采用酸浸、水解、聚合和熟化等工艺过程，制备出聚合氯化铝铁（PAFC）絮凝剂产品，絮凝效果优于聚合氯化铝（PAC）。李彩霞等[37]以CFB灰为原料制备了聚合双酸铝铁（PAFCS）絮凝剂，絮凝效果亦优于聚合氯化铝。

酸浸过程中常用的溶剂为盐酸、硫酸和氢氟酸。虽然氢氟酸可以有效对粉煤灰中的含硅矿物进行分解，但其对环境危害较大，限制了其应用[38]。Seidel等[39]研究了粉煤灰中铝和铁在硫酸体系中的溶出机理，发现硫酸钙的形成会抑制铝的溶出，由于CFB灰中钙含量相对较高，以硫酸作为溶剂不利于铝离子的溶出。因此，本文仅针对盐酸作为溶剂进行论述。

2.1.1 盐酸浓度

通常情况下，随着盐酸浓度的升高，在单位时间内元素的溶出率也会提高。初始盐酸浓度对元素溶出效率的影响较大，但随着浓度的不断升高，元素溶出效果差异将逐渐减小[38]。盐酸浓度主要影响反应体系中氢离子（H+）在单位体积溶液的含量。盐酸浓度越高，H+含量越高，其与CFB灰中元素发生有效碰撞的概率越大，宏观表现为溶出速率加快[38,40]。当盐酸浓度超过一定值时，在反应体系中离子浓度达到饱和，溶解与沉淀、结晶等实现动态平衡，此时溶解会出现停滞，从而抑制离子的溶出[41]。

随着盐酸浓度的不断提高，离子的溶出率均呈现上升趋势，但不同离子之间也存在一定的差异。Ma等[40]在反应温度90℃和反应时间120min条件下，研究了不同盐酸浓度对铝溶出率的影响。结果显示，当盐酸浓度从15%增加到20%时，铝离子的溶出率略有提高，当盐酸浓度继续增加到25%时，由于AlCl3的溶解度在高盐酸浓度下降低，使得铝的溶出率略有下降[41]。王小芳[42]在反应温度30℃和反应时间180min的条件下，研究了盐酸浓度对铁和钙溶出率的影响，如图7所示，随着盐酸浓度从2mol/L增加到10mol/L时，铁的溶出率明显升高，这主要是由于CFB灰中铁主要以Fe2O3的形式存在，易溶于酸，并且随着盐酸浓度的不断升高，FeCl3·6H2O的溶解度不会降低。钙在盐酸中的溶出速率极快，10min基本达到平衡，随着盐酸浓度的升高，钙溶出率呈现先升高后降低的趋势，这是由于高盐酸浓度下CFB灰中CaSO4形成正负离子发生离子缔合，正负离子间距变短，增强了离子间的静电相互作用，从而降低钙离子溶解度。

图7 盐酸浓度对铁和钙溶出率的影响[42]

2.1.2 液固比

液固比反映了单位体积溶液中固体颗粒的数量，亦是固体颗粒在溶液中的浓度。液固比对于CFB灰中各元素溶出情况的影响可以分为两方面：①随着液固比增大，浆体黏度下降，有效增加了盐酸的扩散速率，从而增加单位时间内元素的溶出率[43]；②液固比较高时，可以保证酸性体系中H+浓度的充足，保证CFB灰中铝、铁和钙等元素的正常溶出[44]。然而，较高的液固比会导致酸溶液的大量浪费。

Ma等[40]在反应温度90℃和反应时间120min条件下，研究了不同盐酸浓度下液固比对铝溶出率的影响。结果发现在15%盐酸浓度下，随着液固比从3增加到5，铝的溶出率从47%增加到60%；在20%盐酸浓度下，随着液固比从3增加到5，铝的溶出率从57%增加到63%。说明当盐酸浓度较高时，溶液中H+离子浓度过量，改变液固比对铝溶出率影响较小，而盐酸浓度较低时，液固比的不同直接影响参与反应的H+浓度，因此低浓度下液固比对铝溶出率影响较大。王金龙等[43]在盐酸浓度6mol/L、反应温度110℃和溶出时间180min的条件下，研究了液固比对铝溶出率的影响，结果如图8(a)所示。当液固比＜4∶1时，铝溶出率随着液固比的增加显著升高，当液固比＞4∶1时，溶出率基本不变。

图8 液固比和时间对铝溶出率的影响[43]

Luo等[45]在盐酸浓度3mol/L和反应温度60℃条件下研究了液固比对铝、铁和钙溶出率的影响，结果如图9所示，当液固比高于10时，液固比的提高对3种元素的溶出率基本没有影响，这是由于液固比太高时，溶液中H+数量远远高于反应所需H+数量。

图9 液固比对钙和铁溶出率的影响[45]

2.1.3 反应温度

温度是影响化学反应速率的主要因素之一，反应温度对CFB灰中铝、铁和钙溶出率的影响非常大，提高反应温度可以有效增加三者的溶出率。一方面，随着反应温度的升高，活化分子数量增多，反应物活化分子间发生碰撞的概率增大，溶液中H+对灰中Si—O—Al的破坏能力增强，有利于铝的溶出；另一方面，反应温度的升高可以促进盐酸从CFB灰颗粒表面向内部的扩散，增大传质速率，从而提高元素的溶出率[43]。

王小芳[42]在盐酸浓度6mol/L条件下考察了温度对铝、铁和钙溶出率的影响，结果如图10(a)～(c)所示。随着反应温度的提高，铝和铁的溶出速率和溶出率均有大幅度提高，在100℃时，铝的直接溶出率达65%；当温度高于80℃时，铁的溶出率达90%以上，且在10min左右即可达到反应平衡。与铝和铁溶出率变化不同，反应温度对钙溶出率的影响不大，这是由于CFB灰中钙主要以硫酸钙和游离CaO为主，两者极易溶于酸，因此在30℃下5min即可实现钙离子90%以上的溶出，利用这一特点可实现盐酸溶液低温下对CFB灰中钙的去除。Luo等[45]在反应温度60℃、盐酸浓度6mol/L和液固比4mL/g的条件下研究了CFB灰中铝、铁和钙等元素溶出率随时间的变化，结果显示3种元素在30min内溶出速率较快，随后溶出率缓慢增加[如图10(d)]。Ma等[40]也得到了类似的结果，这是由于反应初期灰表面元素含量和溶液中H+浓度较高，使得元素的溶出速率较高，该阶段元素的溶出主要由表面化学反应控制[如图11(a)所示]，随着灰表面各元素的溶出，少部分硅生成硅酸并缩合胶凝成为硅胶附着在灰颗粒表面，再加上不溶于酸的硅在灰颗粒表面逐渐累积[46]（如图12所示），灰颗粒表面的硅层阻碍了H+进一步与铝的接触，该阶段元素的溶出主要由H+扩散控制[如图11(b)所示][15]，因此H+的扩散能力在一定程度上影响元素溶出率的提高。加压酸浸可提高溶液中H+的扩散能力，从而提高铝的溶出率。李文清等[47]研究发现在液固比3.85mL/g、盐酸浓度9.81mol/L和160℃下溶出180min，CFB灰中氧化铝一次溶出率可达85.84%。

图10 CFB灰中铝、铁和钙元素溶出率随时间变化[42,45]

图11 不同温度下CFB灰中铝溶出动力学拟合结果[40]（采用缩合芯模型计算）

图12 CFB灰酸浸渣SEM图及表面元素分布[15]

综上所述，CFB灰中铝在盐酸常压酸浸时的一次溶出率为40%～70%，与PC灰相比，CFB灰中铝在盐酸常压酸浸时的溶出活性较高。CFB灰中铝主要以具有不同Si—O—Al聚合单元的非晶态硅铝酸盐形式存在，在酸性条件下，位于灰颗粒表面且聚合程度较低的铝优先在盐酸溶液中溶出。随着铝的溶出，H+向颗粒内部的扩散能力影响着铝溶出率的进一步提高。CFB灰中硬石膏、游离氧化钙和赤铁矿等矿物质易溶于盐酸溶液，使得钙和铁的溶出活性高于铝，而灰中的石英、金红石、无定形SiO2和TiO2等组分不溶于盐酸溶液，因此与原灰相比，酸浸渣中的SiO2含量大幅提高，TiO2含量明显提高[15]。

2.2 在碱性体系的溶出行为

CFB灰碱激发合成地质聚合物等胶凝材料是具有发展潜力的利用途径之一。地质聚合物（简称地聚物）是由AlO4和SiO4四面体结构单元组成三维网状结构的无机聚合物，是一种可以替代传统水泥的绿色材料。Duan等[25]将CFB灰与偏高岭土按一定比例混合制备出抗压强度达72MPa的地聚物，并具有较好的抗酸腐蚀和抗高温性能。Xu等[8]通过碱熔法活化CFB灰制备出抗压强度为44.8MPa的地聚物材料。在碱激发剂的作用下，灰中硅、铝和钙等活性组分溶出并转化为无定形凝胶，包括水化硅铝酸钠（N—A—S—H）、水化硅酸钠（N—S—H）、水化硅铝酸钙（C—A—S—H）或水化硅酸钙（C—S—H）等[49]，这些凝胶填充到颗粒孔隙中起到很强的交联作用，脱水硬化后形成具有三维网络结构和力学强度的地聚物。因此，灰中活性组分的溶出行为对无定形凝胶的生成和地聚物力学强度的形成有重要影响。NaOH溶液是地聚物合成过程中常用的激发剂，本文主要针对CFB灰中硅铝在NaOH溶液中的溶出行为进行论述。

2.2.1 碱溶液浓度

NaOH浓度对灰中硅和铝的溶出有较大的影响。薄春丽等[50]研究了95℃时不同NaOH浓度对CFB灰中铝、硅溶出率的影响，结果如图13所示。CFB灰中硅在碱性体系的溶出率基本呈现先升高后降低的趋势，随着NaOH浓度的升高，硅溶出速率提高，这是由于高碱浓度下，OH-扩散能力较强，灰中活性硅、铝溶出速率高于聚合速率，导致整体溶出率呈上升趋势，随着溶出的进行，灰中活性硅铝含量下降，聚合速率高于溶出速率，因此溶出率开始下降。在低碱浓度下，OH-扩散能力弱，灰中活性硅铝溶出时间相对较长，溶出率开始下降的时间也相对滞后[51]。铝元素溶出率呈现下降趋势亦是如此，铝元素溶解生成的NaAlO2会与Na2SiO3反应生成羟基方钠石，涉及的化学反应如式(1)～式(3)[41,50,52-53]。

图13 不同NaOH浓度下CFB灰中Al2O3和SiO2溶出率随时间的变化[50]

因此，为避免羟基方钠石的生成，需严格控制NaOH浓度。Wilińska等[54]发现在0.1mol/LNaOH溶液中钙主要以钙钒石的形式存在，而随着NaOH浓度升高至4mol/L，钙钒石消失。

2.2.2 液固比

液固比的升高实际是增加了单位体积溶液中OH-的含量。张香兰等[51]研究发现，随着液固比的升高，扩散阻力降低，CFB灰中硅、铝的溶出率显著增加，当液固比小于2时，浆体黏度较大不利于OH-的扩散，同时也不利于溶液中溶出硅铝的聚合反应，此时溶液中的硅单体之间相互结合形成含硅胶体。因此，适当的液固比对于CFB灰在碱性体系中的应用较为重要。

2.2.3 反应温度

反应温度直接影响反应速率以及铝硅聚合反应。温度对CFB灰中硅铝在NaOH溶液中溶出率的影响如图14所示。温度升高可以加剧溶液中离子的布朗运动，使离子间碰撞频率升高，从而提高反应速率[55]。60℃时，随着反应时间的延长，硅、铝元素的溶出率逐渐升高；75℃时，硅、铝元素的溶出速率明显提高，在16min时达到峰值；90℃时，硅、铝元素溶出率均呈现先升高后降低的趋势，这是由于90℃时，溶出的NaAlO2和Na2SiO3发生反应生成羟基方钠石，覆盖在CFB灰表面阻碍进一步反应[51]。

图14 不同反应温度下CFB灰Al2O3和SiO2在NaOH溶液中溶出率随时间的变化[51]

在反应温度60℃、液固比40mL/g和NaOH浓度6mol/L的条件下，随着反应时间的增加，铝硅元素的溶出率不断升高，60min后溶出率基本保持不变（如图15所示），这是由于CFB灰中的硅铝元素与溶液中OH-反应，导致溶液中OH-被消耗，从而降低了溶出速率[40]。最终硅的溶出率为73%左右，铝基本全部溶出[51]，原因一方面是CFB灰中铝全部以非晶相形式存在，而一部分硅以稳定的石英晶体存在，难以溶出；另一方面是由于铝氧键结合能低于硅氧键，更易断裂造成的[54]。

图15 CFB灰中Al2O3和SiO2在NaOH溶液中溶出率随时间的变化[51]

3 结语与展望

随着我国CFB锅炉的推广应用，每年约有1.2亿吨CFB灰排出，拓宽其利用途径，对CFB灰的资源化利用和生态环境保护意义重大。本文从CFB灰元素梯级利用的角度出发，以有价元素提取和合成胶凝材料为背景，阐明了CFB灰的理化特性及其与PC灰性质的差异，通过对文献数据归纳对比，总结了CFB灰中主要元素在酸碱两种体系的溶出特性及关键因素对其的影响规律，期望为CFB灰资源化利用技术开发提供借鉴和理论指导。得到的主要结论如下。

（1）CFB灰的微观形貌、粒径分布、物相、化学组成和结构与PC灰有较大的差异。受脱硫方式、燃料类型和燃烧温度等因素的影响，CFB灰平均粒径较大，粒度分布范围较广，大多数颗粒呈不规则块状。与PC灰相比，CFB灰中钙、硫含量相对较高。CFB灰中晶体矿物质主要为石英、硬石膏和赤铁矿，三者含量占20%～40%，其余均以无定形硅铝酸盐形式存在。CFB灰中的铝均存在于无定形硅铝酸盐中，硅铝的聚合程度相对较低。

（2）CFB灰中铝、铁和钙等元素易溶于酸性体系，盐酸常压酸浸时，铝的溶出率最高可达60%～70%，铁和钙的溶出率可达80%～95%。适当提高盐酸浓度和升高反应温度可提高铝和铁的溶出速率和溶出率，含钙组分可在盐酸溶液中低温下去除。随着元素的溶出，硅逐渐累积并覆盖在灰颗粒表面，阻碍H+向颗粒内部的扩散，从而限制了有价元素溶出率的进一步提高。因此，在CFB灰中有价元素提取时，可在温和条件下将易溶出的铝提取利用，酸浸渣进一步利用，以实现CFB灰有价元素梯级利用，降低酸碱消耗和提高技术经济性。

（3）在碱性体系中，CFB灰中能够溶出的元素主要为硅和铝，碱浓度和反应温度对硅铝的溶出行为具有重要的影响。此外，溶出的硅、铝易与溶液中的钠、钙等反应生成羟基方钠石、沸石和无定形凝胶等产物，反应产物附着在颗粒表面，不利于灰中硅铝的进一步溶出。目前对CFB灰无定形铝硅酸盐中硅铝在碱性体系的溶出行为缺乏深入的认识，加强该方面研究可提高对CFB灰碱激发过程胶凝机理的认识，从而促进CFB灰制备胶凝材料方面的发展。

（4）CFB灰颗粒表面疏松、硅铝聚合度低与无定形组分含量高等特点使得主要元素硅和铝化学反应活性较高。与PC灰相比，同等条件下硅和铝的溶出率较高，使得CFB灰在有价元素提取和胶凝材料制备方面更具优势。然而，CFB灰中硬石膏及含钙组分含量高，成为阻碍其资源化利用的关键因素。因此，探索研发CFB灰中硬石膏及含钙组分分离技术，有助于CFB灰的大规模资源化利用。