粉煤灰的组成结构性质及其应用

•
生产工艺：原料加水搅拌注入模内→ 发气， 生产工艺：原料加水搅拌注入模内→ 发气， 净停→ 切割→ 蒸压→ 产品出釜，堆存。 净停→ 切割→ 蒸压→ 产品出釜，堆存。
粉煤灰在农业方面的应用
可改良土壤，减少粘土堆积密度， 可改良土壤，减少粘土堆积密度， 增加孔隙，增加硅、锌等元素含量， 增加孔隙，增加硅、锌等元素含量，部 分可调整土壤pH值 注意适量。 分可调整土壤pH值。注意适量。
粒径为25µm～300µm， 粒径为25µm～300µm，平均粒径为 40µm，孔隙率为60％～ 75％， 40µm，孔隙率为60％～ 75％，粉煤灰 ％，粉煤灰 具有多孔结构 比表面积一般为 具有多孔结构，比表面积一般为2500～ 多孔结构， 一般为2500～ 5000 cm2/g。 /g。
⑵ 粉煤灰的化学成分
32个电厂 种典型粉煤灰的矿物组成 个电厂68种典型粉煤灰的矿物组成 个电厂
粉煤灰中的晶体矿物 粉煤灰中的晶体矿物
①莫来石 3Al2O3·2SiO2 ②石英 SiO2 ③磁铁矿 Fe3O4，赤铁矿Fe2O3 赤铁矿Fe ④硬石膏 CaSO4 ⑤少量CaO 少量CaO ⑥C3A和黄长石 （高钙条件下） 高钙条件下） ⑦刚玉Al2O3（高铝硅比的条件下） 刚玉Al 高铝硅比的条件下）
表4
粉煤灰 M1 M2
粉煤灰的玻璃相含量
试验前重量 实验后重量 玻璃相含量 (mg) (mg) 500 500 335.1 205.1 32.98% 58.98%
结合表4可知，铝硅比较高的粉煤灰M1的 结合表4可知，铝硅比较高的粉煤灰M1的 玻璃相含量远低于铝硅比较低的粉煤灰M2 玻璃相含量远低于铝硅比较低的粉煤灰M2 的玻璃相含量。 的玻璃相含量。
粉煤灰的组成结构、性质 粉煤灰的组成结构、 及其综合利用
粉煤灰是现代燃煤电厂的副产品，它是一 粉煤灰是现代燃煤电厂的副产品， 种固体废弃物，如果不合理处理， 种固体废弃物，如果不合理处理，不仅占 用耕地，造成土壤、大气、水体等污染， 用耕地，造成土壤、大气、水体等污染， 而且危害人体的健康和生态环境。 而且危害人体的健康和生态环境。 据不完全统计，目前欧美发达国家粉煤灰 据不完全统计， 的利用率已高达70%～80%， 的利用率已高达70%～80%，而我国的利 用率大约在30%～40%。因此， 用率大约在30%～40%。因此，加大对粉 煤灰综合利用的研究和开发显得日益重要。 煤灰综合利用的研究和开发显得日益重要。
36种低钙粉煤灰的化学成分 种低钙粉煤灰的化学成分
⑵ 粉煤灰的化学成分
36种低钙粉煤灰的化学成分 种低钙粉煤灰的化学成分
⑵ 粉煤灰的化学成分
36种低钙粉煤灰的化学成分 种低钙粉煤灰的化学成分
⑶ 粉煤灰的矿物组成
32个电厂 种典型粉煤灰的矿物组成 个电厂68种典型粉煤灰的矿物组成 个电厂
⑶ 粉煤灰的矿物组成
燃煤锅炉细粉煤灰
燃煤锅炉粗粉煤灰
煤粉达熔融后由于表面张力作用， 煤粉达熔融后由于表面张力作用，煤粉的 表面张力作用 球状， 棱角收缩，使颗粒成为球状，球状颗粒在 棱角收缩，使颗粒成为球状 气流中漂浮，离开高温区进入温度较低的 气流中漂浮， 区域，淬火成为中空、厚壁的球状颗粒。 区域，淬火成为中空、厚壁的球状颗粒。
600 600
700
A— 刚刚 — M— 莫莫莫 — A
Intensity (CPS) Intensity (CPS)
600
500 500
SS
S— —莫 石 —莫 S— 石 M— —莫莫莫 —莫莫莫 M—
Intensity (CPS)
500
400 400
A
400
M A M M
A
300 300
MM MM MM MM SS MM SS SS
⑸ 粉煤灰的结构分析
①X射线衍射（XRD） 射线衍射（XRD） 判断矿物组成（晶体种类），判断玻璃相 判断矿物组成（晶体种类），判断玻璃相 ）， 与晶体比例高低。 与晶体比例高低。 ②扫描电子显微镜（SEM） 扫描电子显微镜（SEM） 研究形貌、尺寸。 研究形貌、尺寸。 微米尺度上粉煤灰是明显非均质。 微米尺度上粉煤灰是明显非均质。
用SEM 光学显微镜观察表明，粉煤灰由多种 光学显微镜观察表明， 粒子组成，其中球形颗粒占总量的60%以上 以上， 粒子组成，其中球形颗粒占总量的60%以上， 球形颗粒中空心微珠占38～45%， 球形颗粒中空心微珠占38～45%，不规则和 多孔玻璃体占38～40%，加上磁珠、 多孔玻璃体占38～40%，加上磁珠、漂珠总 量可达90%以上。 量可达90%以上。 以上 这些玻璃体经过高温煅烧储藏了较高的化学 内能，是粉煤灰活性的来源。 内能，是粉煤灰活性的来源。
300
200 200
200
M A M
A M M
A A
100 100
SS MM
SS SS MM M M SS
100
0 0
0 0 10 20 30 40 50 60 70
②活性效应 硅酸盐化学反应。 硅酸盐化学反应。 低钙粉煤灰的玻璃体中活性SiO 低钙粉煤灰的玻璃体中活性SiO2及Al2O3 与CaO的反应。 CaO的反应 的反应。
③微集料效应
研究发现水泥水化后，未水化的粒芯的强度比水化 研究发现水泥水化后， 产物的强度还高，且与凝胶的结合甚好。 产物的强度还高，且与凝胶的结合甚好。此称为微 集料效应。但用过多水泥，代价太高。 集料效应。但用过多水泥，代价太高。 具玻璃微珠形态的粉煤灰有较高的强度，粉煤灰与 具玻璃微珠形态的粉煤灰有较高的强度， 水泥浆界面处的强度高于水泥凝胶。 水泥浆界面处的强度高于水泥凝胶。且具有减水作 用，宜用作微集料，可提高水泥浆体强度。 宜用作微集料，可提高水泥浆体强度。 且掺粉煤灰的水泥浆体，毛细孔隙细化、致密，提 且掺粉煤灰的水泥浆体，毛细孔隙细化、致密， 高耐久性。 高耐久性。
用SEM 光学显微镜观察表明，粉煤灰由多种 光学显微镜观察表明， 粒子组成，其中球形颗粒占总量的60%以上 以上， 粒子组成，其中球形颗粒占总量的60%以上， 球形颗粒中空心微珠占38～45%， 球形颗粒中空心微珠占38～45%，不规则和 多孔玻璃体占38～40%，加上磁珠、 多孔玻璃体占38～40%，加上磁珠、漂珠总 量可达90%以上。 量可达90%以上。 以上 这些玻璃体经过高温煅烧储藏了较高的化学 内能，是粉煤灰活性的来源。 内能，是粉煤灰活性的来源。
作水泥混合材或混凝土掺合料
作水泥混合材或混凝土掺合料
粉煤灰在混凝土中功能的三个基本效应： 粉煤灰在混凝土中功能的三个基本效应： 基本效应 ①形态效应 属物理效应。指粉煤灰颗粒形貌、粗 属物理效应。指粉煤灰颗粒形貌、 表面粗糙度、 细、表面粗糙度、级配等在混凝土中产 生的效应。 生的效应。主要影响混凝土拌合物的需 水量和流变性质。 水量和流变性质。
粉煤灰中的玻璃体 粉煤灰中的玻璃体
纯SiO2缓慢冷却，结晶成为方石英，稳定的晶 缓慢冷却，结晶成为方石英， 态为硅氧四面体。每个硅原子与4个氧原子相连， 态为硅氧四面体。每个硅原子与4个氧原子相连， 长程有序。 长程有序。 熔融SiO 淬冷会形成玻璃态。 熔融SiO2淬冷会形成玻璃态。 短程有序，仍为硅氧四面体。与晶体相似， 短程有序，仍为硅氧四面体。与晶体相似，但 发生扭曲从而长程无序。 发生扭曲从而长程无序。
粉煤灰的危害
⑴ 粉煤灰的形成
粉煤灰是在燃煤供热、发电过程中， 粉煤灰是在燃煤供热、发电过程中， 磨成一定细度的煤粉在煤粉炉中经过高温 燃烧后， 燃烧后，由烟道气带出并经收尘器收集的 粉尘。 粉尘。 煤炭在锅炉中燃烧后有两种固态残留 灰和渣。随烟气从锅炉尾部排出， 物—灰和渣。随烟气从锅炉尾部排出，经 除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰； 除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰； 颗粒较大或呈块状的， 颗粒较大或呈块状的，从炉膛底部收集出 来的称为炉底渣。 来的称为炉底渣。
用SEM 光学显微镜观察表明，粉煤灰由多种 光学显微镜观察表明， 粒子组成，其中球形颗粒占总量的60%以上 以上， 粒子组成，其中球形颗粒占总量的60%以上， 球形颗粒中空心微珠 38～45%， 球形颗粒中空心微珠占38～45%，不规则和 空心微珠占 玻璃体占 磁珠、 多孔玻璃体 38～40%，加上磁珠 漂珠总 多孔玻璃体占38～40%，加上磁珠、漂珠总 量可达90%以上。 量可达90%以上。 以上 这些玻璃体经过高温煅烧储藏了较高的化学 这些玻璃体经过高温煅烧储藏了较高的化学 活性的来源 内能，是粉煤灰活性的来源。 内能，是粉煤灰活性的来源。
利用粉煤灰处理废水
粉煤灰中含有CaO、 粉煤灰中含有CaO、MgO 等碱性物 质，对酸性废水具有中和能力，其比表 对酸性废水具有中和能力， 面积较大，具有良好的吸附性能。 面积较大，具有良好的吸附性能。
例1：东莞摩天加气混凝土砌块公司原生产正常， 东莞摩天加气混凝土砌块公司原生产正常， 有一段时间工艺流程、配方没改变，但蒸压 有一段时间工艺流程、配方没改变， 制品强度明显下降。 制品强度明显下降。 经分析，强度低时所用的粉煤灰M1的铝 经分析，强度低时所用的粉煤灰M1的铝 高硅低，请分析原因。 高硅低，请分析原因。
粉煤灰的SEM照片 粉煤灰的SEM照片
炉渣的SEM照片 炉渣的SEM照片
⑹ 粉煤灰综合利用
其综合利用主要包括如下几个方面： 其综合利用主要包括如下几个方面： 作水泥混合材或混凝土掺合料； 作水泥混合材或混凝土掺合料； 作烧结制品的原料； 作烧结制品的原料； 作免烧硅酸盐制品的原料； 作免烧硅酸盐制品的原料； 作保温隔热材料； 作保温隔热材料； 改良土壤，作农业方面的应用； 改良土壤，作农业方面的应用； 利用粉煤灰处理废水。 利用粉煤灰处理废水。
粉煤灰的Al 粉煤灰的Al2O3 含量正常范围在20～ 含量正常范围在20～ 30%，一般高于40%以后 30%，一般高于40%以后，粉煤灰形成较多 以后， 的莫来石。高铝粉煤灰常引起玻璃相的减少， 的莫来石。高铝粉煤灰常引起玻璃相的减少， 使活性降低。 使活性降低。 SiO2 的含量是玻璃体的主要成分，SiO2 的含量是玻璃体的主要成分， 越多，活性越大。 越多，活性越大。
粉煤灰的化学组成（％） 表３ 粉煤灰的化学组成（％）
粉煤灰 烧失量
SiO2 40.62 52.73
Al2O3 40.53 23.89
CaO 4.55 6.77
Fe2O3 5.81 4.94
MgO 0.89 0.71
R2O 0.54 0.56
SO3 0.68 0.68
M1 M2
4.5 4.75
粉煤灰的化学组成（％） 表３ 粉煤灰的化学组成（％）
粉煤灰 烧失量
SiO2 40.62 52.73
Al2O3 40.53 23.89
CaO 4.55 6.77
Fe2O3 5.81 4.94
MgO 0.89 0.71
R2O 0.54 0.56
SO3 0.68 0.68
M1 M2
4.5 4.75
表4
粉煤灰 M1 M2

粉煤灰的玻璃相含量
试验前重量 实验后重量 玻璃相含量 (mg) (mg) 500 500 335.1 205.1 32.98% 58.98%
利用粉煤灰作烧结制品
为何烧失量高的粉煤灰适合于作烧结制品 的原料？ 的原料？
利用粉煤灰作免烧硅酸盐制品
蒸压加气混凝土砌块
• • • •
粉煤灰：主要提供SiO 粉煤灰：主要提供SiO2、Al2O3； 石灰：提供CaO； 石灰：提供CaO； 石膏：少量，激发活性，并调节稠化时间； 石膏：少量，激发活性，并调节稠化时间； 水泥：少量，主要保证坯体早期强度。 水泥：少量，主要保证坯体早期强度。
⑴ 粉煤灰的形成
粉煤灰是在燃煤供热、发电过程中， 粉煤灰是在燃煤供热、发电过程中， 磨成一定细度的煤粉在煤粉炉中经过高温 燃烧后， 燃烧后，由烟道气带出并经收尘器收集的 粉尘。 粉尘。 煤炭在锅炉中燃烧后有两种固态残留 灰和渣。随烟气从锅炉尾部排出， 物—灰和渣。随烟气从锅炉尾部排出，经 除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰； 除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰； 颗粒较大或呈块状的， 颗粒较大或呈块状的，从炉膛底部收集出 来的称为炉底渣。 来的称为炉底渣。