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
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Na2O
K2O
烧失量
范 1.30～ 围 65.76 均 值
1.59～ 40.12
1.50～ 6.22
1.44～ 16.80
1.20～ 3.72
1.00～ 6.00
1.10～ 4.23
1.02～ 2.14
1.63～ 29.97
1.8
1.1
1.2
1.7
1.2
1.8
1.2
1.6
1.9
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