粉煤灰

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉

煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放

量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流

淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。另外粉煤灰可作为混凝土的掺

合料。

外观特性：

粉煤灰外观类似水泥，颜色在乳白色到灰黑色之间变化。粉煤灰的颜色是一项重要的

质量指标，可以反映含碳量的多少和差异。在一定程度上也可以反映粉煤灰的细度，颜色

越深粉煤灰粒度越细，含碳量越高。粉煤灰就有低钙粉煤灰和高钙粉煤灰之分。通常高钙

粉煤灰的颜色偏黄,低钙粉煤灰的颜色偏灰。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5~300μm。并且珠壁具有多孔结构，孔隙

率高达50%-80%，有很强的吸水性。

现状：

我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能

力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5

亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另

一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变

害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。经过开发，粉煤灰

在建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用。

20世纪70年代，世界性能源危机，环境污染以及矿物资源的枯竭等强烈地激发了粉

煤灰利用的研究和开发，多次召开国际性粉煤灰会议，研究工作日趋深入，应用方面也有

了长足的进步。粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉，兴利除害的新兴

建材原料和化工产品的原料，受到人们的青睐。对粉煤灰的研究工作大都由理论研究转向

应用研究，特别是着重要资源化研究和开发利用。利用粉煤灰生产的产品在不断增加，技

术在不断更新。国内外粉煤灰综合利用工作与过去相比较，发生了重大的变化，主要表现为：粉煤灰治理的指导思想已从过去的单纯环境角度转变为综合治理、资源化利用；粉煤

灰综合利用的途径以从过去的路基、填方、混凝土掺和料、土壤改造等方面的应用外，发

展到在水泥原料、水泥混合材、大型水利枢纽工程、泵送混凝土、大体积混凝土制品、高

级填料等高级化利用途径。

成份与性质：

粉煤灰、沙子、水泥构成了生产彩瓦的主要成分

粉煤灰的燃烧过程：煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，燃煤中的绝大部分可燃物都能在

炉内烧尽，而煤粉中的不燃物（主要为灰分）大量混杂在高温烟气中随着烟气温度的降低。

粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，现阶段我国年排渣量已达3000万t。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产

生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生

物造成危害。因此，粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的注意。粉煤灰使用的优点在

混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；增加混凝土地修饰性。

组织结构：

形成

第一阶段

粉煤在开始燃烧时，其中气化温度低的会挥发，首先自矿物质与固体碳连接的缝隙间

不断逸出，使粉煤灰变成多孔型炭粒。此时的煤灰，颗粒状态基本保持原煤粉的不规则碎

屑状，但因多孔型性，使其表面积更大。

第二阶段

伴随着多孔性炭粒中的有机质完全燃烧和温度的升高，其中的矿物质也将脱水、分解、氧化变成无机氧化物，此时的煤灰颗粒变成多孔玻璃体，尽管其形态大体上仍维持与多孔

炭粒相同，但比表面积明显地小于多孔炭粒。

第三阶段

随着燃烧的进行，多孔玻璃体逐渐融收缩而形成颗粒，其孔隙率不断降低，圆度不断

提高，粒径不断变小，最终由多孔玻璃转变为一密度较高、粒径较小的密实球体，颗粒比

表面积下降为最小。不同粒度和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差别，小

颗粒一般比大颗粒更具玻璃性和化学活性。

最后形成的粉煤灰（其中80%~90%为飞灰，10%~20%为炉底灰）是外观相似，颗

粒较细而不均匀的复杂多变的多相物质。飞灰是进入烟道气灰尘中最细的部分，炉底灰是

分离出来的比较粗的颗粒，或是炉渣。这些东西有足够的重量，燃烧带跑到炉子的底部。

组成

化学组成

由于煤粉各颗粒间的化学成分并不完全一致，因此燃烧过程中形成的粉煤灰在排出的

冷却过程中，形成了不同的物相。比如：氧化硅及氧化铝含量较高的玻璃珠在铁矿，另外，粉煤灰中晶体矿物的含量与粉煤灰冷却速度有关。一般来说，冷却速度较快时，玻璃体含

量较多：反之，玻璃体容易析晶。可见，从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的

混合物。其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、氧化铁、氧化镁、

生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50%以上。

化学分析：

GQ-3B粉煤灰分析仪主要检测粉煤灰中二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化铁、二氧化钛等元素.

结构：

着煤燃烧所选用的技术及操作手法不同而不同。其中结晶体包括石英、莫来石、磁铁矿等；玻璃体包括光滑的球体形玻璃体粒子、形状不规则孔隙少的小颗粒、疏松多孔且形状不规

则的玻璃体球等；未燃炭多呈疏松多孔形式。

性质

物理性质：

粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度、比表面积、需水量等，这些性质是化

学成分及矿物组成的宏观反映。由于粉煤灰的组成波动范围很大，这就决定了其物理性质

的差异也很大。

粉煤灰的基本物理性质见表。

粉煤灰的基本物理特性

项目范围均值

密度/（g/cm3） 1.9~2.9

堆积密度/（g/cm3） 0.531~1.261

比表面积（cm2/g）氮吸附法 800~19500

透气法 1180~6530

原灰标准稠度/% 27.3~66.7

吸水量/% 89~130

28d抗压强度比/% 37~85

粉煤灰的物理性质中，细度和粒度是比较重要的项目。它直接影响着粉煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的细度影响早期水化反应，

而化学成分影响后期的反应。

化学性质：

粉煤灰是以颗粒形态存在的，且这些颗粒的矿物组成、粒径大小、形态各不相同。人

们通常将其形状分为珠状颗粒和渣状颗粒两大类。根据北京科技大学宋存义等用扫描式电

子显微镜的观察表明，粉煤灰由多种粒子构成，其中珠状颗粒包括空心玻珠（漂珠）、厚

壁及实心微珠（沉珠）、铁珠（磁珠）、炭粒、不规则玻璃体和多孔玻璃体等五大品种。

其中不规则玻璃体是粉煤灰中较多的颗粒之一，大多是由似球和非球形的各种浑圆度不同

的粘连体颗粒组成。有的粘连体断开后，其外观和性质与各种玻璃球形体相同，其化学成

分则略有不同。多孔玻璃体形似蜂窝，具有较大的表面积，易黏附其他碎屑，密度较小，