由于利用和处置率低，目前我国已积存了58亿吨（1吨=1×103千克，下同）工业废渣，占地面积达593平方千米，污染农田167平方千米。厂矿企业征不到渣场用地的情况相当普遍。许多化工泥渣露天弃置。这些工业废渣如经利用，则不但有重要经济效益，更有环境效益。目前全国工业废渣利用得较好的是上海地区，其灰渣利用量占排放量的60％。仅20世纪80年代初，利用灰渣生产的建材制品建造住宅，其新建面积相当于解放后上海新建住宅面积的总和。粉煤灰的利用效果亦佳，处理200多万吨就节约排灰费600多万元，获利润约1600万元，安排就业职工4100多人，回收粉煤灰中的空心微珠可做塑料填料，填入1/4的聚氯乙烯制品中，即可代用130万立方米木材，产值达5亿多元，并可安排77万人就业。废物利用是就业的重要途径之一。据调查，如果充分利用现有技术和装备，每年还可利用4000多万吨工业废渣，相当于20多亿元的资源。此废渣若用于制砖，可增产500亿块，节约农田2000多万平方米，节煤500万吨。用于生产水泥或做混凝土搀和料，可以弥补现在一年近1000吨的水泥缺口，节约大量外汇。用于铺筑道路约可降低10％的工程造价。工业废渣就地就近利用，还可节约长途运输和弃置堆存费用等。我国每年排放的4亿吨废渣中蕴藏着巨大的资源潜力，有待好好开发，其中煤渣、粉煤灰及高炉渣的利用研究得较多。
一、煤渣
煤渣是火力发电厂、工业和民用锅炉及其他设备燃煤排出的废渣，又称炉渣。其化学成分为：SiO240％～50％、Al2O330％～35％、Fe2O34％～20％、CaO 1％～5％及少量镁、硫、碳等。其矿物组成主要有钙长石、石英、莫来石、磁铁矿、黄铁矿、大量的含硅玻璃体（Al2O3·2SiO2）和活性SiO2、活性Al2O3及少量的未燃煤等。人们18世纪就开始利用煤渣制造三合土作为建筑材料。20世纪以来，世界各国都在进行煤渣的综合利用，日本、丹麦等国这方面最为成功。近年来，我国在利用火力发电厂的液态渣方面取得不少成绩。采用增钙技术（即增加氧化钙的量），使渣中的氧化钙量增加到30％左右，可以大大提高煤渣的水硬胶凝活性，使之成为水泥和墙体材料的优质原料。
煤渣做建筑材料的主要途径有：①制造砌筑砂浆和墙体材料：将细煤渣粒搀入适量粉煤灰（按2∶1混合），再加10％的石灰、3％的石膏，或加5％～10％的水泥，拌和后制成砌筑砂浆；也可以再用成型机制成标准砖、空心砖、大中小各型实心或空心砌块、大型墙板等，它们经过蒸汽养护保温（100℃）10小时后，其抗压、抗折、抗冻等各项物理、力学性能均能达到工业和民用墙体的结构要求。②做水泥混合材料：煤渣为烧结火山灰质材料，磨细后仍具有水硬胶凝性能，可同石灰和石膏等配制成水泥，其强度很高；煤渣的搀量一般控制在30％左右。③做轻混凝土骨料：一般锅炉煤渣粉碎后即可配制轻混凝土（容重低于1800千克/米3）。此外，将煤渣和石灰按3∶1混合，可作为屋面保温材料或室内地基材料。从煤渣中可回收能源：煤渣含碳，可破碎成3毫米以下的颗粒，用于烧制黏土砖；含碳量高的，也可搀入煤炭中使用。
二、粉煤灰
粉煤灰是煤燃烧产生的烟气中的细灰，通常多指火力发电厂烟道气中收集的灰，又称飞灰或烟灰。我国此废弃物数量巨大。目前年排放量近8千万吨，利用率约32％，预计到2010年，年排放32亿吨以上。粉煤灰的化学成分和矿物组成同燃煤成分、煤粉粒度、锅炉型式、燃烧情况以及收集方式等有关。一般粉煤灰的化学成分为：SiO240％～60％、Al2O315％～40％、Fe2O34％～20％、CaO 2％～10％、MgO 05％～4％。其主要物质是玻璃体，占50％～80％。所含晶体矿物主要有莫来石、石英、方解石、钙长石、硅酸钙、赤铁矿和磁铁矿等，此外还有少量未燃炭。粉煤灰的排放量与燃煤灰分有直接关系，灰分越高，排放量越大。根据我国用煤情况，一般燃烧1吨煤约产生250～300千克粉煤灰，目前每年排放3000多万吨。
从20世纪20年代开始研究粉煤灰的处理和利用问题，已取得不少成果，大多将它作为一种新的资源加以利用。美国已将粉煤灰列为12种重要的固体原料之一。我国近30多年来，在粉煤灰的开发方面也取得不少进展。但由于粉煤灰数量大，且各个工厂的烟囱都能排放，比较分散，受技术和经济条件的限制，一般还不能全部及时消化，需要堆存一部分。
粉煤灰的堆存研究有重要意义。粉煤灰、煤粉、细沙在堆放时需要适当固结，这种固结对沙漠的固结很有启发意义，后者是一个大的技术问题甚至是全球技术难题。从粉煤灰的颗粒组成和粒径级配分析，它与细沙土非常接近，其保水性能极差，表层水分很易蒸发。这样，以粉煤灰为研究对象进行其固结技术探讨，对沙漠的治理也有推动作用。因此，这个有巨大意义的课题吸引着许多科学工作者。20世纪90年代以来我国在这方面取得很多成果，日本、美欧等发达国家都很重视这项技术的研究和应用。
过去解决贮灰场扬尘污染问题的传统方法是水封（即灌水或洒水）和覆土造田，或直接种植植被。现在港口码头的煤堆仍多用水封。但这种方法工作量大，抑尘效果并不理想。新提出的固结技术就是将适当的固结剂和相应的配套操作结合起来，在灰场表面人工或机械喷洒或浇注，此时，固结剂与灰堆表层的粉煤灰发生反应，生成黏性物质，并具有一定的抗压强度（风吹不动），从而达到抑尘或某种预期的目的。新研制的固结剂已形成系列产品。其中，有适用于运行灰场、中转灰场以及碾压灰场的短效品；有针对贮满灰，作为资源封存、日后待用的长效品；还有针对灰场和地基加固用的加固固结剂和防渗用的防渗固结剂等。它们对环境保护、废物利用，乃至地球资源开发都有重要意义。
固结剂本身是一种混合物，主要成分是无机黏合剂、活性激发剂和添加剂等。其固结原理是利用固结剂中的主要成分（钙基物质和硅材料）与粉煤灰中无机极性活性基团产生化学反应，并通过少量添加剂使该作用强化而致固结剂固结，达到抗压、抗水、抗冻及整体性优良的要求。固结效果首先取决于固结剂的性质、粉煤灰的理化特征以及处理方式诸多因素。目前研究的重点放在改善固结性能上，并力求减少固结剂的用量。其配方处于保密阶段。
粉煤灰在农业生产上有多方面的应用。将它施于土壤，可改善其物理结构，提高地温和保水能力。粉煤灰富含磷、钾、镁、硼、钼、锰、钙、铁、硅等植物营养元素，适当施用能促进作物生长，增产增收。粉煤灰能明显提高农作物对麦锈病、稻瘟病、大白菜烂心病和果树黄叶病等的抗病能力，也能改善豆科作物的固氮能力。粉煤灰还主要用于改良轻重黏土、生土、酸性土、盐碱土等的土质，也用于覆盖小麦、水稻育秧，以及用于城市垃圾堆肥或生产复合肥料。
粉煤灰的工业应用取决于它的化学成分及高科技开发方式。它含有较多的氧化硅和氧化铝，它们在常温下能与氢氧化钙起化学反应，生成较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，这使粉煤灰具有水硬活性，可作为生产水泥的原料，也可用于制造各种砖，制备粉煤灰硅酸盐砌板、粉煤灰石膏板等。粉煤灰中大部分颗粒为表面光滑的玻璃体，能增进水泥拌和物的易和性，使拌和物易于运输和操作，可用做水泥砂浆和混凝土的搀和料，也作为道路路基工程材料和稳定地基材料。
在高科技的推动下，粉煤灰的利用近年来又有新发展，主要用于制备优质活性炭，表面改性后制作各种特殊材料等。粉煤灰中含有10％～22％的炭粒，这种经高温燃烧过的灰中的炭挥发分低，粒径细，而且从电镜上观察无燃烧迹象，类似煤炱，是多个碳原子的聚合体。因而是提取足球烯（C60等）的好原料，目前则可用于生产优质活性炭。粉煤灰炭易于被水蒸气活化，这是由于炭粒在燃烧过程中表面形成残缺的微晶，它们的化合价未被相邻的碳原子所饱和，因而比较活泼。这些碳原子首先与水蒸气反应：C＋H2OC（H2O，C（H2O）H2＋ C（O，C（O）CO。
在活化温度（一般为950℃）下，反应生成一氧化碳逸出。暴露出的炭又成为活泼的反应中心，如此不断反应，其结果是造成孔隙扩大，新孔产生，闭基孔开放，得到微孔活性炭。
此外，粉煤灰中的空心玻璃体构成空心微珠，是其一大结构特点，但其无机极性表面使它与有机组分不相容，限制了它的使用。用偶联剂和表面活性剂对其进行表面改性处理，改性剂用量不大，却能显著改善粉煤灰的表面性能。例如，粉煤灰与一端含亲水的极性基团、一端含亲油的有机基团的表面活性剂相互作用时，根据极性相亲原则，粉煤灰颗粒表面的极性基团或极性键（如Si—O—、Al—O—）与表面活性剂分子的极性端作用，而暴露其有机基团，从而使之具有亲油性。这样，经改性后的粉煤灰颗粒就能与有机组分充分均匀混合，从而可用做拒水粉（一种防止水渗过的材料），也可用做炸药、塑料、橡胶、沥青、喷涂漆料、玻璃钢及绝缘、防火材料中的填料。这些都应归功于将粉煤灰在分子水平上进行化学修饰。
