全 文 ：第 13卷第 3期
2 0 0 5年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco-Agriculture
VoI．13 NO．3
July， 2005
粉煤灰理化性质与硅素释放规律的研究*
冯跃华 胡瑞芝 云惊奇 张杨珠 邹应斌
(湖南农业大学 长沙 410128)
摘 要 对粉 煤灰理化 性质与 si素释放 规律 的研 究结果 表 明，粉煤 灰颗粒 以物理 性砂粒 为主，占44．43％～
98．67％，容重较小，pH一般 >7．5，可用作土壤 改 良剂；粉煤灰水溶性硅和有效硅含量 与土壤差异不明显，但粉煤
灰中 si在 100h内释放量比土壤的高 3．0～25．0倍 ，可为水稻等禾本科作物提供相当数量 的 si营养。Elovich方程
和 Freundlich方程可较好地描述粉煤灰和土壤中 Si释放量随时间变化 的关系，Elovich方程 的 b值和 Freundlich方
程的 k值反映了 si释放能力，且 b、k值越大，si释放能力越 强。
关键词 粉煤灰 土壤改良剂 si释放量
Study on physical and chemical properties of flying coal ashes and the releasing patterns of silicon．FENG Yue-Hua，HU
Rui-Zhi，YUN Jing—Qi，ZHANG Yang—Zhu，ZOU Ying—Bin(Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China)，
CJEA，2005，13(3)：48～50
Abstract The physical and chemical properites of flying coal ashes and the releasing patterns of silicon were studied．The
results show that the flying coa l ashes can be used as soil modifier because the physical sand accounts for 44．43％ ～
98．67％ in the ashes and their volume weights are lower than those of soil and their pHs generaly excess 7．5．The differ—
ence in contents of water-soluble and available silicon between the ashes and soil is not obvious，but the amount of silicon
released from the ashes in 100 hours is 3．0～25．0 times as high as that in soil，so the ashes can supply the growth of rice
with Si．The releasing processes of Si in the ashes and soils can be wel described with Elovich equation and Freundlich
eq uation，in which the parameters，b value and k value，can express the releasing capacity of silicon in the ashes and soils．
The larger of b and k，the more silicon is released．
Key words Flying coa l ash，Soil modifier，The releasing amount of silicon
(Received May 1，2004；revised July 3，2004)
粉煤灰是火电厂排放的固体废渣，据统计全世界燃煤电厂每年粉煤灰排放量约为 5亿 t，1995年我 国粉
煤灰排放量达 1．17亿 tD J，既污染环境又占用大量土地。据报道德国粉煤灰利用率为 65％，法国为75％，英
国为 46．2％，日本为 100％，美国还用粉煤灰提取各种金属元素 J。而我国粉煤灰利用率仅为 47．9％，且主
要用于建筑工程 、道路工程 、回填、农业利用和资源 回收等，其 中前 3项 占总用量的 95％_3 J。粉煤灰的农业
利用是其开发的重要途径之一，其主要利用方式有填坑造地、贮灰厂纯灰种植和用作土壤改良剂、肥料等。
近年来我国利用生物磁学理论研制成功多种磁化粉煤灰复混肥，其施入土壤后可产生明显的物理、化学和
生物效应_4 ；目前有关粉煤灰农业利用的基础研究，尤其是粉煤灰 Si素释放相关研究尚少见报道。本研究
探讨了粉煤灰理化性质与 Si素释放规律 ，为粉煤灰的农业利用和促进循环经济发展提供理论依据。
1 试 验材料与方法
供试粉煤灰样品采 自湖南省华能电厂、岳阳纸厂、洞庭氮肥厂、湘潭电厂、株洲电厂和长沙电厂(以下依
次以 F1～F6表示 )，供试土壤为发育于第四纪红土红壤的红黄泥和发育于石灰性湖积物的紫潮泥(以下分
别用 S1、S2表示)。粉煤灰物理性质的测定即用环刀法测定其容重 ，用比重瓶法测定其密度，用烘干法测定
其含水量 ，用比重计速测法测定其颗粒组成_5 J。粉煤灰化学性质的测定即用减量法测定其烧失量 ，用 DCB
法测定游离 Fe203含量，以 NaOH熔融 、火焰光度法测定全 K含量，用 H2504-HC10 法测定全 P含量，以
O|sen法测定有效磷含量 ，用 NaOH熔融、硅钼蓝比色法测定全 Si含量 ，以乙酸缓冲液一钼蓝比色法测定有效
*湖南省科技厅项 目(2001)
收稿日期 ：2004-05-01 改回日期：2004-07-03
第 3期 冯跃华等 ：粉煤灰理化性质与硅素释放规律的研究 49
硅含量_5 J。水溶性si测定即称取 5．00g风干样品过2mm筛置于 100mL离心管中，加入浓度为 0．02mol／L
CaC12溶液 25mL浸提 ，置 30℃振荡 2h后过滤 ，并用硅钼蓝 比色法测定滤液中的 si含量。无定形硅测定即
称取 2．50g风干样品过 20目筛于 150mL三角瓶中，加入浓度为 0．50mol／L NaOH溶液 25mL置电炉煮沸
2．5min后冷却过滤，用硅钼蓝比色法测定滤液中的 Si含量。粉煤灰和土壤 Si释放试验 即称取 5．00g风干
样品过 2mm筛于 100mL离心管中，加入 pH为 4．0的醋酸一醋酸钠(HOAc—NaOAc)缓冲溶液 50mL，摇匀后
置于 40℃培养箱中间隔一定时间后取出离心 ，取其上清液测定 Si含量，计算第 1次 Si释放量，并将装有湿
样的离心管称重 ，计算其湿样残留液中 Si残留量，再在离心管中加入 pH为 4．0的 HOAc-NaOAc缓冲溶液，
并使其水土比为 10：1，摇匀后置于 40℃培养箱中再间隔一定时间后取 出离心，取其上清液测定 si含量 ，再
减去上次 Si残留量 ，即为第 2次 Si释放量，反复上述过程 以测定粉煤灰和土壤 中 Si随时间变化的释放速
率。
2 结果与分析
2．1 粉煤灰物理与化学性质
由表 1可知粉煤灰颜色为灰 白
色至 黑色 ；容重 较 小 ，为 0．354～
0．824g／cm0，平均为 0．558g／cm。；密
度为 1．75-2．51g／cm0，平均为 1．99
g／cm0；除长沙电厂粉煤灰 因煤燃烧
不充分，含 c量高，在空气 中吸湿性
强，其含水量高达 3．396％外，其他
几 种 粉 煤 灰 样 品 含 水 量 仅 为
表 1 粉煤灰物理性质
Tab．1 Some physical properties of flying coal ashes
样 品 颜 色 容重／g·enl 密度／g·on一 含水量／％ 颗粒组成／g· 一‘Patide c0mposition
Samples Cdour 13ulk density Density Water content l 0～0．05 0 05～0 01 0 01～0．005 0．005 0 01 <0 001
0．170 96-0．399 96；粉煤灰颗粒组成 以物理性砂粒为主，0．01～1．00mm颗粒 占 44．43％～98．67％。供试 2
种土壤颜色分别为灰黄色和紫棕色(一般土壤容重为 1．10 96～1．60g／cm0，密度近于 2．65g／cm3【钊)，其含水
量分别为 5．49％和 6．20 96，土壤颗粒组成中物理性砂粒含量仅为 27．53％和 31．57％。故粉煤灰容重和密
度均低于土壤 ，且粉煤灰颗粒组成中物理性砂粒含量高于土壤 ，将粉煤灰施人粘质土壤后可改善土壤结构，
降低土壤容重，改善土壤物理环境。南昌火力发电厂粉煤灰改土试验结果表明 ，灰土比为 6．5 96(质量比)
可使土壤容重由 1．36g／cm0降至 1．26g／cm0。
表 2 粉煤灰化学性质
Tab．2 So me chemical properties of flying coa l ashes
由表 2可知粉煤灰 pH
均 >7．5，高者达 12．1，平均
为 10．68，高于红黄泥和紫
潮泥 ，粉煤灰酸碱性主要 与
母煤中 S含量有关，以偏碱
性为多 ，可 当作石灰施用于
土壤 。粉煤 灰烧失量 因 电
厂燃烧工艺不 同而有较大
差 异 ，如 株 州 电 厂 仅 为
3．15％，而 长 沙 电 厂 则 达
53．63 96；土壤烧失量因有机质含量和含水量不同而异，紫潮泥有机质含量高达 46．1g／kg，故其烧失量较大。
粉煤灰全 K含量一般低于土壤全 K含量(2种土壤平均全 K含量为 16．27g／kg)，除长沙电厂粉煤灰全 K含
量较低外 ，其余为 10．19～17．69g／kg，平均为 13．78g／kg。粉煤灰全 P和有效磷含量一般高于土壤平均值 ，
粉煤灰全 P含量为 0．545～4．540g／kg，平均为 1．904g／kg，而 2种土壤平均全 P含量为 0．927g／kg；粉煤灰
有效磷含量为 16．25～163．0mg／kg，平均为 63．41mg／kg，而 2种土壤平均有效磷含量为 11．58mg／kg。粉煤
灰中游离铁含量 为 1111．7～2912．6mg／kg，平 均为 1720．18mg／kg，而 2种 土壤 平均游 离铁含 量高达
7134．45mg／kg。粉煤灰全 si含量除株州电厂外 ，其余均小于土壤全 si含量。粉煤灰有效硅含量为 1504～
5140mg／kg，平均为 3017mg／kg，高于 2种土壤 平均有效硅含量 ；粉煤灰水溶性硅含量为 16．50～50．40
mg／kg，而 2种土壤平均水溶性硅含量为 25．24mg／kg，且差异较小；粉煤灰无定形硅含量除长沙电厂较高
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外，一般为 282 2916mg／kg(平均为 1244mg／kg)，2种土壤平均无定形硅含量为 1777mg／kg，高于粉煤灰平
均值 ，这说明粉煤灰中 si是以集合态存在，粉煤灰与土壤的有效硅、水溶性硅含量同在一个数量级，故不能
把粉煤灰直接作为 si肥施用。
0 lO 20 30 40 50 60 70 80 9o 1oo
时间／Il
图 1 粉煤灰 si释放等温曲线
2．2 粉煤灰中 sj的释放及其动力学模型
粉煤灰中 Si的释放主要包括水解、溶解、螯合和离子交
换等系列化学过程，使 si从矿物 固定态转化为溶液或交换
态 J。用 pH4．0的乙酸缓 冲液模拟植物吸收营养 的环境 ，
测定粉煤灰和土壤中 Si释放过程(见 图 1)表明，lOOh内粉
煤灰 si释放量为土壤的 3．0～25．0倍，粉煤灰 Si释放速率
在测定时间内有较大变化 ，前 lOh内粉煤灰 中 si释放量 占
粉煤灰 lOOh内Si释放总量的50％以上，而土壤 Si释放速率
变化 较小 ；且前 10h内粉煤 灰 中 平 均 Si释放 速 率 均 >
Fig·1 The isothermal line of silicon releasing in flying coal ashes 100mg／kg·h，而土壤 Si仅有 7～25mg／kg·h。粉煤灰 中 Si
很快释放出来的原因，可能一是因粉煤灰经过高温煅烧 ，吸水能力强，大量吸水使粉煤灰颗粒迅速膨胀 ，使
si迅速释放出来 ；二是粉煤灰中有机质含量低，减少了有机质的螯合和包膜作用 ，有利于 si释放 ；三是由于
弱酸的作用，使粉煤灰中金属硅铝酸盐溶解，促进了si的释放所致。粉煤灰在弱酸环境中释放量大，因此酸
性土壤中施用粉煤灰既可中和土壤酸，又能提 表3 粉煤灰与土壤si释放的动力学模型
放规律，其参数 b值可相对反映 Si释放能力的 r0．01=0．765,r0．05_0．632,n=10o Q为s释放量(s ’~g／kg)， 为时间( )。
大小，且 b值越大，则 si释放能力越强。由表 3可知粉煤灰的 b值为 555．5～1602．4，平均值为 1170．9，而土
壤的 b值平均值为 148．5，粉煤灰的b值为土壤的7．88倍，表明粉煤灰中si释放能力高于土壤。对 Elovich
方程的 b值与 Freundlich方程的 是值进行相关分析，其相关系数为0．9083，达极显著水平(r0．0。=0．834，
=8)，说明 Freundlich方程的 是值也能反映粉煤灰和土壤的 si释放能力。
3 小 结
粉煤灰颗粒一般以物理性砂粒为主，而红黄泥和紫潮泥以物理性粘粒为主，粉煤灰容重较小 ，pH一般
>7．5，故可用作土壤改良剂。粉煤灰全 P和有效磷含量高于土壤，水溶性硅和有效硅含量与土壤相差较
小，但粉煤灰中 si释放速率为土壤的 3．0～25．0倍，可为作物提供一定数量的 si素营养。Elovich方程和
Freundlich方程均较好地反映粉煤灰和土壤 si释放规律，其参数 b和是值反映了 si释放能力大小 ，且 b、
值越大，则 si释放能力越强。
参 考 文 献
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