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粉煤灰粉的形成、組成、結構、性質(zhì)、存在形態(tài)及其比表面積和真密度的測試

時(shí)間:2023-09-18瀏覽數:243


我國是個(gè)產(chǎn)煤大國,以煤炭為電力生產(chǎn)基本燃料。近年來(lái),我國的能源工業(yè)穩步發(fā)展,發(fā)電能力年增長(cháng)率為7.3%,電力工業(yè)
的迅速發(fā)展,帶來(lái)了粉煤灰排放量的急劇增加,燃煤熱電廠(chǎng)每年所排放的粉煤灰總量逐年增加,1995年粉煤灰排放量達1.25億
噸,2000年約為1.5億噸,到2010年將達到2億噸,給我國的國民經(jīng)濟建設及生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。另一方面,我國又是一
個(gè)人均占有資源儲量有限的國家,粉煤灰的綜合利用,變廢為寶、變害為利,已成為我國經(jīng)濟建設中一項重要的技術(shù)經(jīng)濟政
策,是解決我國電力生產(chǎn)環(huán)境污染,資源缺乏之間矛盾的重要手段,也是電力生產(chǎn)所面臨解決的任務(wù)之一。經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā),粉煤灰
在建工、建材、水利等各部門(mén)得到廣泛的應用。
20世紀70年代,環(huán)境污染以及礦物資源的枯竭等強烈地激發(fā)了粉煤灰利用的研究和開(kāi)發(fā),多次召開(kāi)國際
性粉煤灰會(huì )議,研究工作日趨深入,應用方面也有了長(cháng)足的進(jìn)步。粉煤灰成為國際市場(chǎng)上引人注目的資源豐富、價(jià)格低廉,興
利除害的新興建材原料和化工產(chǎn)品的原料,受到人們的青睞。目前,對粉煤灰的研究工作大都由理論研究轉向應用研究,特別
是著(zhù)重要資源化研究和開(kāi)發(fā)利用。利用粉煤灰生產(chǎn)的產(chǎn)品在不斷增加,技術(shù)在不斷更新。國內外粉煤灰綜合利用工作與過(guò)去相
比較,發(fā)生了重大的變化,主要表現為:粉煤灰治理的指導思想已從過(guò)去的單純環(huán)境角度轉變?yōu)榫C合治理、資源化利用;粉煤
灰綜合利用的途徑以從過(guò)去的路基、填方、混凝土摻和料、土壤改造等方面的應用外,發(fā)展到目前的在水泥原料、水泥混合
材、大型水利樞紐工程、泵送混凝土、大體積混凝土制品、高級填料等高級化利用途徑。
粉煤灰的形成、組成、結構、性質(zhì)及存在形態(tài)
粉煤灰的活性主要來(lái)自活性SiO2(玻璃體SiO2)和活性A12O3 (玻璃體A12O3 )在一定堿性條件下的水化作用。因此,粉煤灰
中活性SiO2、活性A12O3和f-CaO(游離氧化鈣)都是活性的的有利成分,硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏(CaSO4)的形式存
在,它對粉煤灰早期強度的發(fā)揮有一定作用,因此粉煤灰中的硫對粉煤灰活性也是有利組成。粉煤灰中的鈣含量在3%左右,它
對膠凝體的形成是有利的。國外把CaO含量超過(guò)10%的粉煤灰稱(chēng)為C類(lèi)灰,而低與10%的粉煤灰稱(chēng)為F類(lèi)灰。C類(lèi)灰其本身具有
一定的水硬性,可作水泥混合材,F類(lèi)灰常作混凝土摻和料,它比C類(lèi)灰使用時(shí)的水化熱要低。
粉煤灰中少量的MgO、Na2O、K2O等生成較多玻璃體,在水化反應中會(huì )促進(jìn)堿硅反應。但MgO含量過(guò)高時(shí),對性帶
來(lái)不利影響。
粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔,是一種惰性物質(zhì)不僅對粉煤灰的活性有害,而且對粉煤灰的壓實(shí)也不利。過(guò)量的Fe2O3對
粉煤灰的活性也不利。
2、粉煤灰的礦物組成
由于煤粉各顆粒間的化學(xué)成分并不完全一致,因此燃燒過(guò)程中形成的粉煤灰在排出的冷卻過(guò)程中,形成了不同的物相。比
如:氧化硅及氧化鋁含量較高的玻璃珠在鐵礦,另外,粉煤灰中晶體礦物的含量與粉煤灰冷卻速度有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),冷卻速度
較快時(shí),玻璃體含量較多:反之,玻璃體容易析晶??梢?jiàn),從物相上講,粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物。其礦物組
成的波動(dòng)范圍較大。一般晶體礦物為石英、莫來(lái)石、磁鐵礦、氧化鎂、生石灰及無(wú)水石膏等,非晶體礦物為玻璃體、無(wú)定形碳
和次生褐鐵礦,其中玻璃體含量占50%以上。
3、粉煤灰的結構
粉煤灰的結構是在煤粉燃燒和排出過(guò)程中形成的,比較復雜。在顯微鏡下觀(guān)察,粉煤灰是晶體、玻璃體及少量未燃炭組成
的一個(gè)復合結構的混合體?;旌象w中這三者的比例隨著(zhù)煤燃燒所選用的技術(shù)及操作手法不同而不同。其中結晶體包括石英、莫
來(lái)石、磁鐵礦等;玻璃體包括光滑的球體形玻璃體粒子、形狀不規則孔隙少的小顆粒、疏松多孔且形狀不規則的玻璃體球等;
未燃炭多呈疏松多孔形式。
4、粉煤灰的性質(zhì)
(1)物理性質(zhì)
粉煤灰的物理性質(zhì)包括密度、堆積密度、細度、比表面積、需水量等,這些性質(zhì)是化學(xué)成分及礦物組成的宏觀(guān)反映。由于
粉煤灰的組成波動(dòng)范圍很大,這就決定了其物理性質(zhì)的差異也很大。粉煤灰比表面積研究和相關(guān)數據報告中,只有采用BET方法
出來(lái)的才是真實(shí)可靠的,國內有很多儀器只能做直接對比法的檢測,現在國內已經(jīng)被淘汰了。目前國內外比表面積測
試統一采用多點(diǎn)BET法,國內外制定出來(lái)的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的,請參看我國國家標準(GB/T
19587-2004)-氣體吸附BET原理測定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。比表面積檢測其實(shí)是比較耗費時(shí)間的工作,由于樣品吸附能
力的不同,有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時(shí)間,如果測試過(guò)程沒(méi)有實(shí)現完全自動(dòng)化,那測試人員就時(shí)刻都不能離開(kāi),
并且要高度集中,觀(guān)察儀表盤(pán),操控旋鈕,稍不留神就會(huì )導致測試過(guò)程的失敗,這會(huì )浪費測試人員很多的寶貴時(shí)間。國內幾家
生產(chǎn)比表面積測定儀廠(chǎng)商中,只有北京金埃譜科技有限公司的F-Sorb 2400比表面積測試儀是真正能夠實(shí)現BET法檢測功能的儀
器(兼備直接對比法),更重要的北京金埃譜科技有限公司的F-Sorb 2400比表面積測試儀是迄今為止國內**完全自動(dòng)化智能
化的比表面積檢測設備,其測試結果與國際一致性很高,穩定性也很好,同時(shí)減少人為誤差,提高測試結果精確性
粉煤灰的基本物理性質(zhì)見(jiàn)表。
粉煤灰的基本物理特性
項 目 范 圍 均 值
密度/(g/cm3) 1.9~2.9 2.1
堆積密度/(g/cm3) 0.531~1.261 0.780
比表面積(cm2/g) 氮吸附法 800~19500 3400 (使用北京金埃譜科技公司生產(chǎn)的F-Sorb 2400全自動(dòng)比表面積測試儀
BET方法檢測)
透氣法 1180~6530 3300
原灰標準稠度/% 27.3~66.7 48.0
需水量/% 89~130 106
28d抗壓強度比/% 37~85 66
粉煤灰的物理性質(zhì)中,細度和粒度是比較重要的項目。它直接影響著(zhù)粉煤灰的其他性質(zhì),粉煤灰越細,細粉占的比重越
大,其活性也越大。粉煤灰的細度影響早期水化反應,而化學(xué)成分影響后期的反應。
(2)化學(xué)性質(zhì)
粉煤灰是一種人工火山灰質(zhì)混合材料,它本身略有或沒(méi)有水硬膠凝性能,但當以粉狀及水存在時(shí),能在常溫,特別是在水
熱處理(蒸汽養護)條件下,與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學(xué)反應,生成具有水硬膠凝性能的化合物,成為一種增加
強度和耐久性的材料。
強度和耐久性的材料。
5、粉煤灰的存在形態(tài)
粉煤灰是以顆粒形態(tài)存在的,且這些顆粒的礦物組成、粒徑大小、形態(tài)各不相同。人們通常將其形狀分為珠狀顆粒和渣狀
顆粒兩大類(lèi)。根據北京科技大學(xué)宋存義等用掃描式電子顯微鏡的觀(guān)察表明,粉煤灰由多種粒子構成,其中珠狀顆粒包括空心玻
珠(漂珠)、厚壁及實(shí)心微珠(沉珠)、鐵珠(磁珠)、炭粒、不規則玻璃體和多孔玻璃體等五大品種。其中不規則玻璃體是粉煤灰中
較多的顆粒之一,大多是由似球和非球形的各種渾圓度不同的粘連體顆粒組成。有的粘連體斷開(kāi)后,其外觀(guān)和性質(zhì)與各種玻璃
球形體相同,其化學(xué)成分則略有不同。多孔玻璃體形似蜂窩,具有較大的表面積,易黏附其他碎屑,密度較小,熔點(diǎn)比其他微
珠偏低,其顏色由乳白至灰色不等。在掃描式電子顯微鏡下可以比較容易地觀(guān)察到不規則玻璃體的存在。渣狀顆粒包括海綿狀
玻璃渣粒、炭粒、鈍角顆粒、碎屑和粘聚顆粒等五大品種。正是由于這些顆粒各自組成上的變化,組合上的比例不同,才直接
影響到粉煤灰質(zhì)量的優(yōu)劣。
從煤燃燒后的氣中收捕下來(lái)的細灰稱(chēng)為粉煤灰,粉煤灰是燃煤電廠(chǎng)排出的主要固體廢物。
粉煤灰的燃燒過(guò)程:煤粉在爐膛中呈懸浮狀態(tài)燃燒,燃煤中的絕大部分可燃物都能在爐內燒盡,而煤粉中的不燃物(主要為
灰分)大量混雜在高溫煙氣中。這些不燃物因受到高溫作用而部分熔融,同時(shí)由于其表面張力的作用,形成大量細小的球形顆
粒。在鍋爐尾部引風(fēng)機的抽氣作用下,含有大量灰分的煙氣流向爐尾。隨著(zhù)煙氣溫度的降低,一部分熔融的細粒因受到一定程
度的急冷呈玻璃體狀態(tài),從而具有較高的潛在活性。在引風(fēng)機將煙入大氣之前,上述這些細小的球形顆粒,經(jīng)過(guò)除塵器,
被分離、收集,即為粉煤灰。
粉煤灰是我國當量較大的工業(yè)廢渣之一,現階段我國年排渣量已達3000萬(wàn)t。隨著(zhù)電力工業(yè)的發(fā)展,燃煤電廠(chǎng)的粉煤灰
排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理,就會(huì )產(chǎn)生揚塵,污染大氣;若排入水系會(huì )造成河流淤塞,而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還
會(huì )對人體和生物造成危害。因此,粉煤灰的處理和利用問(wèn)題引起人們廣泛的注意。
粉煤灰使用的優(yōu)點(diǎn)
在混凝土中摻煤灰節約了大量的水泥和細骨料;減少了用水量;改善了混凝土拌和物的和易性;增強混凝土的可泵
性;減少了混凝土的徐變;減少水化熱、熱能膨脹性;提高混凝土抗滲能力;增加混凝土地修飾性。
粉煤灰的用途
國標一級:采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和減水劑復合技術(shù)生產(chǎn)高標號混凝土的現代混凝土新技術(shù)正在全國迅速發(fā)展。
國標二級:優(yōu)質(zhì)粉煤灰特別適用于配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗滲結構混凝土、抗鹽混凝土和抗軟水侵蝕混凝
土及地下、水下工程混凝土、壓漿混凝土和碾壓混凝土。
國標三級:粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性強、終飾性改善、抗沖擊能力提高、抗凍性增強等優(yōu)點(diǎn)。
粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山灰質(zhì)混合材料。它是燃燒煤的發(fā)電廠(chǎng)將煤磨成100微米以下的煤粉,用預熱
空氣噴入爐膛成懸浮狀態(tài)燃燒,產(chǎn)生混雜有大量不燃物的高溫煙氣,經(jīng)集塵裝置捕集就得到了粉煤灰。粉煤灰的化學(xué)組成與粘
土質(zhì)相似,主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣和未燃盡碳。目前,粉煤灰主要用來(lái)生產(chǎn)粉煤灰水泥、粉
煤灰磚、粉煤灰硅酸鹽砌塊、粉煤灰加氣混凝土及其他建筑材料,還可用作農業(yè)肥料和土壤改良劑,回收工業(yè)原料和作環(huán)境材
料。粉煤灰在水泥工業(yè)和混凝土工程中的應用:粉煤灰代替粘土原料生產(chǎn)水泥,由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰加入適量石膏磨細
制成的水硬膠凝材料,水泥工業(yè)采用粉煤灰配料可利用其中的未燃盡炭;粉煤灰作水泥混合材;粉煤灰生產(chǎn)低溫合成水泥,生
產(chǎn)原理是將配合料先蒸汽養護生成水化物,然后經(jīng)脫水和低溫固相反應形成水泥礦物;粉煤灰制作無(wú)熟料水泥,包括石灰粉煤
灰水泥和純粉煤灰水泥,石灰粉煤灰水泥是將干燥的粉煤灰摻入10%—30%的生石灰或消石灰和少量石膏混合粉磨,或分別磨
細后再混合均勻制成的水硬性膠凝材料;粉煤灰作砂漿或混凝土的摻和料,在混凝土中摻煤灰代替部分水泥或細骨料,不
僅能降,而且能提高混凝土的和易性、提高不透水、氣性、抗鹽性能和耐化學(xué)侵蝕性能、降低水化熱、改善混凝土
的耐高溫性能、減輕顆粒分離和析水現象、減少混凝土的收縮和開(kāi)裂以及抑制雜散電流對混凝土中鋼筋的腐蝕。粉煤灰在建筑
制品中的應用:蒸制粉煤灰磚,以電廠(chǎng)粉煤灰和生石灰或其他堿性激發(fā)劑為主要原料,也可摻入適量的石膏,并加入一定量的
煤渣或水淬礦渣等骨料,經(jīng)過(guò)加工、攪拌、消化、輪碾、壓制成型、常壓或高壓蒸汽養護后而形成的一種墻體材料;燒結粉煤
灰磚,以粉煤灰、粘土及其他工業(yè)廢料為原料,經(jīng)原料加工、攪拌、成型、干燥、培燒制成磚;蒸壓生產(chǎn)泡沫粉煤灰保溫磚,
以粉煤灰為主要原料,加入一定量的石灰和泡沫劑,經(jīng)過(guò)配料、攪拌、燒注成型和蒸壓而成的一種新型保溫磚;粉煤灰硅酸鹽
砌塊,以粉煤灰、石灰、石膏為膠凝材料,煤渣、高爐礦渣等為骨料,加水攪拌、振動(dòng)成型、蒸汽養護而成的墻體材料;粉煤
灰加氣混凝土,以粉煤灰為原料,適量加入生石灰、水泥、石膏及,加水攪拌呈漿,注入模具蒸養而成的一種多孔輕質(zhì)建
筑材料;粉煤灰陶粒,以粉煤灰為主要原料,摻入少量粘結劑和固體燃料,經(jīng)混合、成球、高溫培燒而制的一種人造輕質(zhì)骨
料;粉煤灰輕質(zhì)耐熱保溫磚,是用粉煤灰、燒石、軟質(zhì)土及木屑進(jìn)行配料而成,具有保溫效,耐火度搞,熱導率小,能減
輕爐墻厚度、縮短燒成時(shí)間、降低燃料消耗、提高熱效率、降。粉煤灰作農業(yè)肥料和土壤改良劑:粉煤灰具有良好的物
理化學(xué)性質(zhì),能廣泛應用于改造重粘土、生土、酸性土和鹽堿土,其酸瘦板粘的缺陷,粉煤灰中含有大量枸溶性硅鈣鎂磷
等農作物所必需的營(yíng)養元素,故可作農業(yè)肥料用?;厥展I(yè)原料:回收煤炭資源,利用浮選法在含煤炭粉煤灰的灰漿水中加入
浮選劑,然后采用氣浮技術(shù),使煤粒粘附于氣泡上浮與灰渣分離;回收金屬物質(zhì)粉煤灰中含有Fe2O3、Al2O3、和大量稀有
金屬;分選空心微珠,空心微珠具有質(zhì)量小、高強度、耐高溫和絕緣性好,可以用于塑料的理想填料,用于輕質(zhì)耐火材料和高
效保溫材料,用于石油化學(xué)工業(yè),用于領(lǐng)域,坦克剎車(chē)。作環(huán)保材料:利用粉煤灰可制造分子篩、絮凝劑和吸附材料等環(huán)
保材料;粉煤灰還可用于處理含氟廢水、電鍍廢水與含重金屬例子廢水和含油廢水,粉煤灰中含有的Al2O3、CaO等活性組
分,能與氟生產(chǎn)配合物或生產(chǎn)對氟有絮凝作用的膠體離子,還含有沸石、莫來(lái)石、炭粒和硅膠等,具有無(wú)機離子交換特性和吸
附脫色作用。



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