粉煤灰

粉煤灰简述粉煤灰，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氧化物组成为： SiO2、 Al2O3 及少量的 FeO、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2 等。

其中 SiO2 和 Al2O3 含量可占总含量的 60%以上。

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。

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 0.5~300 μ m。

并且珠壁具有多孔结构，孔隙率高达 50%—80%，有很强的吸水 性。

粉煤灰的主要来源是以煤粉为燃料的火电厂和城市集中供热锅炉， 其 中 90%以上为湿排灰，活性较干灰低，且费水费电，污染环境，也不 利于综合利用。

为了更好地保护环境并有利于粉煤灰的综合利用，考虑到除尘和干灰输送技术的成熟， 干灰收集已成为今后粉煤灰收集的 发展趋势。

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 我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为： SiO2、 Al2O3、 FeO、 Fe2O3、 CaO、TiO2、 MgO 、K2O、 Na2O、SO3、MnO2 等，此外还有 P2O5 等。

其中氧化硅、氧化钛来自黏土，岩页；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化 镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。

粉煤灰的元素组成(质量分数)为：O 47.83%，Si 11.48%～31.14%， Al 6.40%～22.91%， Fe 1.90%～18.51%， Ca 0.30%～25.10%， K 0.22%～ 3.10%，Mg 0.05%～1.92%，Ti 0.40%～1.80%，S 0.03%～4.75%，Na 0.05%～1.40%，P 0.00%～0.90%，Cl 0.00%～0.12%，其他 0.50%～ 29.12%。

由于煤的灰量变化范围很广，而且这一变化不仅发生在来自世界 各地或同一地区不同煤层的煤中， 甚至也发生在同一煤矿不同的部分 的煤中。

因此，构成粉煤灰的具体化学成分含量，也就因煤的产地、 煤的燃烧方式和程度等不同而有所不同。

其主要化学组成见下表。

我国电厂粉煤灰化学组成 %相关信息成 分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2O烧失量范 1.30～ 围 65.76 均 值1.59～ 40.121.50～ 6.221.44～ 16.801.20～ 3.721.00～ 6.001.10～ 4.231.02～ 2.141.63～ 29.971.81.11.21.71.21.81.21.61.9粉煤灰的活性主要来自活性 SiO2(玻璃体 SiO2)和活性 Al2O3 (玻 璃体 Al2O3 )在一定碱性条件下的水化作用。

因此，粉煤灰中活性 SiO2、活性 Al2O3 和 f-CaO(游离氧化钙)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，它对粉煤灰早 期强度的发挥有一定作用， 因此粉煤灰中的硫对粉煤灰活性也是有利 组成。

粉煤灰中的钙含量在 3%左右，它对胶凝体的形成是有利的。

国外把 CaO 含量超过 10%的粉煤灰称为 C 类灰，而低与 10%的粉煤灰 称为 F 类灰。

C 类灰其本身具有一定的水硬性，可作水泥混合材，F 类灰常作混凝土掺和料，它比 C 类灰使用时的水化热要低。

粉煤灰中少量的 MgO、Na2O、K2O 等生成较多玻璃体，在水化反应 中会促进碱硅反应。

但 MgO 含量过高时，对安定性带来不利影响。

粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔，是一种惰性物质不仅对粉煤灰的 活性有害，而且对粉煤灰的压实也不利。

过量的 Fe2O3 对粉煤灰的活 性也不利。

粉煤灰的矿物组成 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 粉煤灰的结构是在煤粉燃烧和排出过程中形成的，比较复杂。

在 显微镜下观察，粉煤灰是晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的一个复合 结构的混合体。

混合体中这三者的比例随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 粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶 凝性能，但当以粉状及水存在时，能在常温，特别是在水热处理(蒸 汽养护)条件下， 与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应， 生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材 料。

存在形态 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，熔 点比其他微珠偏低，其颜色由乳白至灰色不等。

在扫描式电子显微镜 下可以比较容易地观察到不规则玻璃体的存在。

渣状颗粒包括海绵状 玻璃渣粒、炭粒、钝角颗粒、碎屑和粘聚颗粒等五大品种。

正是由于 这些颗粒各自组成上的变化，组合上的比例不同，才直接影响到粉煤 灰质量的优劣。

用途 由于粉煤灰用途广泛，加工成本较低，利润可观，被广泛应用于混凝 土搅拌站，水泥行业，农业改良剂，粉煤灰加气砖设备，粉煤灰免烧 砖，粉煤灰水泥砌块砖等建筑建材行业。

在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水 量；改善了混凝土拌和物的和易性；增强混凝土的可泵性；减少了混 凝土的徐变；减少水化热、热能膨胀性；提高混凝土抗渗能力；增加 混凝土的修饰性。

国标一级：采用优质粉煤灰和高效减水剂复合技术生产高标号混 凝土的现代混凝土新技术正在全国迅速发展。

国标二级：优质粉煤灰特别适用于配制泵送混凝土、大体积混凝 土、抗渗结构混凝土、抗硫酸盐混凝土和抗软水侵蚀混凝土及地下、 水下工程混凝土、压浆混凝土和碾压混凝土。

国标三级：粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性强、终饰性改善、 抗冲击能力提高、抗冻性增强等优点。

利用现状目前，国内外粉煤灰综合利用途径归纳起来主要有以下 7 种： 1.粉煤灰加气混凝土。

粉煤灰加气混凝土是新型、轻质保温节能的墙体材料。

主要原料 为粉煤灰，占 70%左右，其它为石灰、水泥、石膏、发气剂等，将这些原料经过加工配料、 搅拌、浇注、发气稠化、切割、蒸压养护等工序制成。

可用作屋面保温、维护墙、隔断墙， 亦可做最高楼层为五层的承重墙， 特别适用于高层建筑填充墙、 寒冷地区的外墙和地震区使 用，可减轻墙重，增加使用面积。

2.粉煤灰混凝土空心砌块。

近年来，粉煤灰混凝土空心砌块发展较快，其主要原料为粉 煤灰、集料、水泥等，原料经计量配料、搅拌、成型、养护等工序制成。

在普通混凝土砌块 和轻集料混凝土砌块中，也可掺入粉煤灰，但作为掺合料加入。

而在粉煤灰混凝土砌块中， 粉煤灰既是掺合料又是细集料，掺量较高。

3.水泥粉煤灰膨胀珍珠岩混凝土保温砌块。

其工艺流程基本上与粉煤灰混凝土空心砌块 相似。