粉煤灰.

粉煤灰
一.粉煤灰简介
从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称为粉煤灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。

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。

1.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。

这些不燃物因受到高温作用而部分熔融，同时由于其表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒。

在锅炉尾部引风机的抽气作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾。

随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷呈玻璃体状态，从而具有较高的潜在活性。

在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器，被分离、收集，即为粉煤灰。

2.粉煤灰的外观特性
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。

3.粉煤灰的组成
粉煤灰的化学组成
我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO 2、Al 2O 3、FeO、Fe 2O 3、CaO、TiO 2、MgO、K 2O、Na 2O、SO 3、MnO 2等，此外还有P 2O 5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%，A16.40%～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%，C10.00%～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。

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。

粉煤灰的活性主要来自活性SiO 2(玻璃体SiO 2)和活性Al 2O 3(玻璃体Al 2O 3)在一定碱性条件
下的水化作用。

因此，粉煤灰中活性SiO 2、活性Al 2O 3和f-CaO(游离氧化钙)都是活性的有
利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏(CaSO 4)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、Na 2O、K 2O 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Fe 2O 3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，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。

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。

4.粉煤灰的性质
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
粉煤灰的基本物理特性项目范围均值
密度/（g/cm） 1.9～2.9
堆积密度/（g/cm）0.531～1.261
比表面积（cm/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。

二.粉煤灰的用途
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。

粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。

它是燃烧煤的发电厂将煤磨成100微米以下的煤粉，用预热空气喷入炉膛成悬浮状态燃烧，产生混杂有大量不燃物的高温烟气，经集尘装置捕集就得到了粉煤灰。

粉煤灰的化学组成与粘土质相似，主要用来生产粉煤灰水泥、粉煤灰砖、粉煤灰硅酸盐砌块、粉煤灰加气混凝土及其他建筑材料，还可用作农业肥料和土壤改良剂，回收工业原料和作环境材料。

粉煤灰在水泥工业和混凝土工程中的应用：粉煤灰代替粘土原料生产水泥，水泥工业采用粉煤灰配料可利用其中的未燃尽炭；粉煤灰作水泥混合材；粉煤灰生产低温合成水泥，生产原理是将配合料先蒸汽养护生成水化物，然后经脱水和低温固相反应形成水泥矿物；粉煤灰制作无熟料水泥，包括石灰粉煤灰水泥和纯粉煤灰水泥，石灰粉煤灰水泥是将干燥的粉煤灰掺入10%—30%的生石灰或消石灰和少量石膏混合粉磨，或分别磨细后再混合均匀制成的水硬性胶凝材料；粉煤灰作砂浆或混凝土的掺和料，在混凝土中掺加粉煤灰代替部分水泥或细骨料，不仅能降低成本，而且能提高混凝土的和易性、提高不透水、气性、抗硫酸盐性能和耐化学侵蚀性能、降低水化热、改善混凝土的耐高温性能、减轻颗粒分离和析水现象、减少混凝土的收缩和开裂以及抑制杂散电流对混凝土中钢筋的腐蚀。

粉煤灰在建筑制品中的应用：蒸制粉煤灰砖，以电厂粉煤灰和生石灰或其他碱性激发剂为主要原料，也可掺入适量的石膏，并加入一定量的煤渣或水淬矿渣等骨料，经过加工、搅拌、消化、轮碾、压制成型、常压或高压蒸汽养护后而形成的一种墙体材料；烧结粉煤灰砖，以粉煤灰、粘土及其他工业废料为原料，经原料加工、搅拌、成型、干燥、培烧制成砖；蒸压生产泡沫粉煤灰保温砖，以粉煤灰为主要原料，加入一定量的石灰和泡沫剂，经过配料、搅拌、烧注成型和蒸压而成的一种新型保温砖；粉煤灰硅酸盐砌块，以粉煤灰、石灰、石膏为胶凝材料，煤渣、高炉矿渣等为骨料，加水搅拌、振动成型、蒸汽养护而成的墙体材料；粉煤灰加气混凝土，以粉煤灰为原料，适量加入生石灰、水泥、石膏及铝粉，加水搅拌呈浆，注入模具蒸养而成的一种多孔轻质建筑材料；粉煤灰陶粒，以粉煤灰为主要原料，掺入少量粘结剂和固体燃料，经混合、成球、高温培烧而制的一种人造轻质骨料；粉煤灰轻质耐热保温砖，是用粉煤灰、烧石、软质土及木屑进行配料而成，具有保温效率高，耐火度搞，热导率小，能减轻炉墙厚度、缩短烧成时间、降低燃料消耗、提高热效率、降低成本。

粉煤灰作农业肥料和土壤改良剂：粉煤灰具有良好的物理化学性质，能广泛应用于改造重粘土、生土、酸性土和盐碱土，弥补其酸瘦板粘的缺陷，粉煤灰中含有大量水溶性硅钙镁磷等农作物所必需的营养元素，故可作农业肥料用。

从粉煤灰中回收工业原料：回收煤炭资源，利用浮选法在含煤炭粉煤灰的灰浆水中加入浮选药剂，然后采用气浮技术，使煤粒粘附于气泡上浮与灰渣分离；回收金属物质粉煤灰中
含有Fe2O3、Al2O3、和大量稀有金属；分选空心微珠，空心微珠具有质量小、高强度、耐高温和绝缘性好，可以用于塑料的理想填料，用于轻质耐火材料和高效保温材料，用于石油化学工业，用于军工领域，坦克刹车。

粉煤灰作环保材料：利用粉煤灰可制造分子筛、絮凝剂和吸附材料等环保材料；粉煤灰还可用于处理含氟废水、电镀废水与含重金属例子废水和含油废水，粉煤灰中含有的Al2O3、CaO等活性组分，能与氟生产配合物或生产对氟有絮凝作用的胶体离子，还含有沸石、莫来石、炭粒和硅胶等，具有无机离子交换特性和吸附脱色作用。

粉煤灰可用作生产原料：粉煤灰是无机防火保温板保温板生产原料的一种，绿能无机防火保温板的原料为70%的普通水泥,30%的粉煤灰。

粉煤灰可做造纸原料：在国外，一些研究将粉煤灰作为一种新的造纸原料，并通过电子显微镜分析粉煤灰提高纸张抗拉强度和内部粘结强度的原理。

三.粉煤灰的检测
1.检测项目及允许变化范围
指标级别1级别2级别3
序
号
1细度（0.045mm方孔筛筛余）%
122045
不大于
2需水量比，%不大于95105115
3烧失量，%不大于5815
4三氧化硫，%不大于333
5含水量，%不大于111
2.检验前的检查
（1）检查仪器设备的电路连接是否正确，是否出现线路破损、漏电现象。

（2）接通电源，空载运转各仪器设备，确定其是否运转正常。

（3）检查各溶液浓度数量是否符合规范要求。

（4）检查检测用水是否清澈、可透明，是否符合检测要求。

3.实验步骤及数据处理
细度的测定
(1)称取试样50g，精确至0.1g。

倒入0.045mm的方孔筛筛网上，将筛子置于筛座上，盖上筛盖。

(2)接通电源，将定时开关开到3min，开始筛析。

(3)开始工作后，观察负压表，负压大于2000Pa时，表示工作正常，若负压小于2000Pa 时，则应停机，清理收尘器中的积灰后再进行筛析。

(4)在筛析过程中，可用轻质木棒或硬橡胶棒轻轻敲打筛盖，以防吸附。

(5)3min后筛析结束自动停止，停机后将筛网内的筛余物收集并称量，准确至0.1g。

(6)结果计算
筛余百分数X（%）按下式计算：
X=G*2
G------筛余物重量
需水量比的测定
(1)试验样品：90g粉煤灰，210g硅酸盐水泥和750g标准砂
(2)对比试样：300g硅酸盐水泥，750g标准砂。

(3)按《水泥胶砂流动度试验方法》GB2419分别测定试验样品的流动度达到125~135mm 时的需水量W1（mL）和对比试样达到同一流动度时的需水量W2（mL）。

(4)粉煤灰需水量比（B1）按下式计算：
B1=W1/W2*100计算结果保留取整数。

烧失量的测定
(1)方法提要：试样在950~1000℃的马弗炉中灼烧，驱除水分和二氧化碳，同时将存在的易氧化元素氧化。

由硫化物的氧化引起的烧失量误差必须进行校正、而其他元素存在引起的误差一般可忽略不计。

(2)试验步骤：称取约1g试样(m1),精确至0.001g，置于已灼烧恒量的瓷坩锅中，将盖斜置于坩埚上，放在马弗炉内从低温开始逐渐升高温度，在950~1000℃灼烧15~20min，取出坩埚置于干燥器中，冷却至室温，称重。

反复灼烧，直至恒重。

(3)烧失量的质量百分数XLO1按下式计算：
XLO1=（m1-m2）/m1*100
m1--------试料的质量（g）
m2--------灼烧后试料的质量（g）
XLO1--------烧失量的质量百分数，%
(4)允许差同一个试验室允许差0.15%
三氧化硫含量的测定
(1)称取约0.5g试样(m1),精确至0.0001g，置于300mL烧杯中，加入30~40mL水使其分散。

加10mL盐酸（1+1），用平头玻璃棒压碎块状物，慢慢地加热溶液，直至水泥分解完全。

将溶液加热微沸5min。

用中速滤纸过滤，用热水洗涤10~12次。

调整滤液体积致200mL，煮沸，在搅拌下滴加10mL热的氯化钡溶液，继续煮沸数分钟，然后移至温热处静置4h或过夜（此时溶液的体积应保持在200mL）。

用慢速滤纸过滤，用温水洗涤，直至无氯离子为止。

(2)将沉淀及滤纸一并移入已灼烧恒量的瓷坩埚中，灰化后在800℃的马弗炉内灼烧30min，取出坩埚置于干燥器中冷却至室温，称量。

反复灼烧，直至恒量。

按下式计算：
(3)三氧化硫的质量百分数XSO
3
XSO
=m2*0.343/m1*100
3
m1------试料的质量，g
m2------灼烧后沉淀的质量，g
0.343---硫酸钡对三氧化硫的换算系数
-----三氧化硫的质量百分数，%
XSO
3
(4)允许差同一试验室的允许差为0.15%；不同试验室的允许差为0.20%。

含水率的测定
（1）由样品中取2份各重10g的粉煤灰，分摊在干燥的浅口容器中，称准至0.001g；将盛装试样的浅口容器置于烘箱内，在105±5℃温度下烘60±5min；将烘毕的试样连同容器置于干燥器内冷却至室温称重。

（2）每个样品的含水率按下式计算：
含水率=(m-d)/d*100%
式中：m-----样品干燥前重量（g）；
d------样品干燥后重量（g）。

含水率以两个样品的百分率平均值为结果
4试验后的处理
（1）试验结束后要清理各种溶液溶剂，需保存的溶液溶剂要妥善保存好。

（2）切断电源，各仪器设备回复原位，同时做好场地的清洁工作。