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  粉煤灰综合利用(一)

http://www.fajc.com.cn   发布时间:2008.1.16  访问6756次
 
 
  

粉煤灰现状
    我国是个产煤大国,以煤炭为电力生产基本燃料。近年来,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2亿吨,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。目前,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,发展到目前的在水泥原料、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。

 

二、粉煤灰的组成

1、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:SiO2AL2O3FeOFe2O3CaOTiO2 MgO K2O Na2OSO3MnO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%A1  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%C1  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                         %

成分

SiO2

A12O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

Na2O

K2O

烧失量

范围

34.3065.76

14.5940.12

1.50

16.22

0.44

16.80

0.20

3.72

0.00

6.00

0.10

4.23

0.02

2.14

0.63

29.97

均值

50.8

28.1

6.2

3.7

1.2

0.8

1.2

0.6

7.9

 

粉煤灰的活性主要来自活性SiO2(玻璃体SiO2)和活性A12O3 (玻璃体A12O3 )在一定碱性条件下的水化作用。因此,粉煤灰中活性SiO2、活性A12O3f-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MgONa2OK2O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。

2、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、磁铁矿、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。

3、粉煤灰的结构

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。

4、粉煤灰的性质

1)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

    

     

  

密度/g/cm3

1.92.9

2.1

堆积密度/g/cm3

0.5311.261

0.780

比表面积(cm2/g

氧吸附法

80019500

3400

透气法

11806530

3300

原灰标准稠度/%

27.366.7

48.0

需水量/%

89130

106

28d抗压强度比/%

3785

66

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。

2)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。

5、粉煤灰的存在形态

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。

 

 

 

参考文献:

1、  《生态水泥与废弃物资源化利用技术》  施惠生主编  化学工业出版社

2、  《蒸制粉煤灰砖》   中国建筑工业出版社  1975年出版

3、  粉煤灰免烧免蒸砖生产技术  吕梁 《粉煤灰综合利用》杂志95年第2

4、  《粉煤灰陶粒》   中国建筑工业出版社   1974年出版

5、  《新型砖生产与应用》    何劲波等主编    金盾出版社

6、  《灰砂砖》 建筑工程部水泥研究院编  19588月出版

7、  《工业废渣生产建筑材料实用技术》  闫振甲等编著  化学工业出版社 

 

相关资料:

 

        粉煤灰综合利用(一)

 

        粉煤灰综合利用(二)

 

        粉煤灰的活性

 

        什么叫粉煤灰?

 

        粉煤灰新型建材耐久性能的研究历程和实践成果(一)

 

        我对新建新型系列建材厂的几点建议

 
 
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