粉煤灰的组成结构性质及其应用

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1、粉煤灰的组成结构、性质及其综合利用n粉煤灰是现代燃煤电厂的副产品，它是一种固体废弃物，如果不合理处理，不仅占用耕地，造成土壤、大气、水体等污染，而且危害人体的健康和生态环境。n据不完全统计，目前欧美发达国家粉煤灰 的利用率已高达70%80%，而我国的利用率大约在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。粉煤灰的危害 粉煤灰的形成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，由烟道气带出并经收尘器收集的 粉尘。煤炭在锅炉中燃烧后有两种固态残留 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； 颗粒较大或呈块状的，从

2、炉膛底部收集出 来的称为炉底渣。 粉煤灰的形成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，由烟道气带出并经收尘器收集的 粉尘。煤炭在锅炉中燃烧后有两种固态残留 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； 颗粒较大或呈块状的，从炉膛底部收集出 来的称为炉底渣。 燃煤锅炉细粉煤灰燃煤锅炉粗粉煤灰n煤粉达熔融后由于表面张力作用，煤粉的棱角收缩，使颗粒成为球状，球状颗粒在气流中漂浮，离开高温区进入温度较低的区域，淬火成为中空、厚壁的球状颗粒。n用SEM 光学显微镜观察表明，粉煤灰由多种粒子组成，其中球形颗粒占总量的60%以上，球形颗粒中

3、空心微珠占3845%，不规则和多孔玻璃体占3840%，加上磁珠、漂珠总量可达90%以上。n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。n用SEM 光学显微镜观察表明，粉煤灰由多种粒子组成，其中球形颗粒占总量的60%以上，球形颗粒中空心微珠占3845%，不规则和多孔玻璃体占3840%，加上磁珠、漂珠总量可达90%以上。n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。n用SEM 光学显微镜观察表明，粉煤灰由多种粒子组成，其中球形颗粒占总量的60%以上，球形颗粒中空心微珠占3845%，不规则和多孔玻璃体占3840%，加上磁珠、漂珠总量可达90%以上。n这些玻璃体

4、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。n粒径为25m300m，平均粒径为40m，孔隙率为60 75，粉煤灰具有多孔结构，比表面积一般为25005000 cm2/g。 36种低钙钙粉煤灰的化学成分 粉煤灰的化学成分36种低钙钙粉煤灰的化学成分 粉煤灰的化学成分36种低钙钙粉煤灰的化学成分 粉煤灰的化学成分 粉煤灰的矿物组成32个电电厂68种典型粉煤灰的矿矿物组组成 粉煤灰的矿物组成32个电电厂68种典型粉煤灰的矿矿物组组成粉煤灰中的晶体矿物莫来石 3Al2O32SiO2石英 SiO2磁铁矿 Fe3O4，赤铁矿Fe2O3硬石膏 CaSO4少量CaOC3A和黄长石 （高钙条件下）刚玉

5、Al2O3（高铝硅比的条件下）粉煤灰中的玻璃体纯SiO2缓慢冷却，结晶成为方石英，稳定的晶态为硅氧四面体。每个硅原子与4个氧原子相连，长程有序。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，但发生扭曲从而长程无序。 粉煤灰的Al2O3 含量正常范围在2030%，一般高于40%以后，粉煤灰形成较多的莫来石。高铝粉煤灰常引起玻璃相的减少，使活性降低。SiO2 的含量是玻璃体的主要成分，SiO2 越多，活性越大。 粉煤灰的结构分析X射线衍射（XRD）判断矿物组成（晶体种类），判断玻璃相与晶体比例高低。扫描电子显微镜（SEM）研究形貌、尺寸。微米尺度上粉煤灰是明显非均质。粉煤灰的

6、SEM照片炉渣的SEM照片 粉煤灰综合利用其综合利用主要包括如下几个方面：n作水泥混合材或混凝土掺合料；n作烧结制品的原料；n作免烧硅酸盐制品的原料；n作保温隔热材料；n改良土壤，作农业方面的应用；n利用粉煤灰处理废水。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n粉煤灰在混凝土中功能的三个基本效应 ：n形态效应属物理效应。指粉煤灰颗粒形貌、粗 细、表面粗糙度、级配等在混凝土中产 生的效应。主要影响混凝土拌合物的需 水量和流变性质。 活性效应硅酸盐化学反应。低钙粉煤灰的玻璃体中活性SiO2及Al2O3与CaO的反应。微集料效应n研究发现水泥水化后，未水化的粒芯的强度比水化产物的强度还高

7、，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。n具玻璃微珠形态的粉煤灰有较高的强度，粉煤灰与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。n且掺粉煤灰的水泥浆体，毛细孔隙细化、致密，提高耐久性。利用粉煤灰作烧结制品n为何烧失量高的粉煤灰适合于作烧结制品的原料？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SiO2、Al2O3；石灰：提供CaO；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。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。粉煤灰在农业方面的应用可改良土壤，减少粘

8、土堆积密度，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。利用粉煤灰处理废水粉煤灰中含有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，有一段时间工艺流程、配方没改变，但蒸压制品强度明显下降。经分析，强度低时所用的粉煤灰M1的铝高硅低，请分析原因。 表 粉煤灰的化学组成（） 粉煤灰 烧烧失量SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOR2OSO3M14.540.6240.534.555.810.890.540.68M24.7552.7323.896.774.940.710.560.68表 粉煤灰的

9、化学组成（） 粉煤灰 烧烧失量SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOR2OSO3M14.540.6240.534.555.810.890.540.68M24.7552.7323.896.774.940.710.560.68表4 粉煤灰的玻璃相含量粉煤灰试验试验 前重量 (mg)实验实验 后重量 (mg)玻璃相含量M1500335.132.98%M2500205.158.98%表4 粉煤灰的玻璃相含量粉煤灰试验试验 前重量 (mg)实验实验 后重量 (mg)玻璃相含量M1500335.132.98%M2500205.158.98%n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

10、低的粉煤灰M2的玻璃相含量。粉煤灰M1的XRD分析 粉煤灰M2的XRD分析nXRD分析显示，粉煤灰M1的主要矿物组成是刚玉（-Al2O3）、莫来石和玻璃相等，这表明粉煤灰M1中有部分Al2O3是以刚玉的形式存在；粉煤灰M2的主要矿物组成则是石英（SiO2）、莫来石和玻璃相等。nXRD分析显示，粉煤灰M1的主要矿物组成是刚玉（-Al2O3）、莫来石和玻璃相等，这表明粉煤灰M1中有部分Al2O3是以刚玉的形式存在；粉煤灰M2的主要矿物组成则是石英（SiO2）、莫来石和玻璃相等。n粉煤灰的活性来源，从物相结构上看，主要来自玻璃体，玻璃体含量越高，活性也越高。根据表4可知，粉煤灰M1的玻璃相含量明显要

11、低于粉煤灰M2的玻璃相含量，其玻璃相含量低，能参与反应的组分少，这是导致其蒸压制品强度较低的一个因素。n粉煤灰的活性来源，从物相结构上看，主要来自玻璃体，玻璃体含量越高，活性也越高。根据表4可知，粉煤灰M1的玻璃相含量明显要低于粉煤灰M2的玻璃相含量，其玻璃相含量低，能参与反应的组分少，这是导致其蒸压制品强度较低的一个因素。n对蒸压试样SS1和SS2做XRD分析和扫描电镜分析。XRD分析显示掺粉煤灰M1的试样SS1除了有托贝莫来石和硬硅钙石等水化产物外，还有刚玉；而掺粉煤灰M2的试样SS2的水化产物主要是托贝莫来石和硬硅钙石。这表明刚玉在蒸压过程中可能难以参加反应。 n对蒸压试样SS1和SS2

12、做XRD分析和扫描电镜分析。XRD分析显示掺粉煤灰M1的试样SS1除了有托贝莫来石和硬硅钙石等水化产物外，还有刚玉；而掺粉煤灰M2的试样SS2的水化产物主要是托贝莫来石和硬硅钙石。这表明刚玉在蒸压过程中可能难以参加反应。 粉煤灰及炉渣的性能特点与合理利用 研究 粉煤灰及炉渣的化学组成 由表可知，炉渣中的SiO2 及Al2O3含量低于粉煤灰，而炉渣的烧失量及Fe2O3含量高于粉煤灰。 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O SO3 Loss 粉煤灰 51.219.811.36.6 0.7 0.8 0.82.9炉 渣 47.115.3 14.74.6 0.9 0.7 3.410.

13、1粉煤灰 煤粉炉渣 表5 粉煤灰和炉渣的玻璃相含量 从表5可知，粉煤灰的玻璃相含量低于炉渣的玻璃相含量。试验试验 前重(mg) 实验实验 后重量 (mg) 玻璃相含量 粉煤灰 500 314 37.2% 炉 渣 500 265 47.0% 粉煤灰的SEM照片炉渣的SEM照片 从图可以看出：粉煤灰的颗粒以球 状为主，表面较为圆滑；相比之下，炉渣 的颗粒大部分形极不规则的块状，表面粗 糙。粉煤灰和炉渣用作水泥混合材或混 凝土掺合料时，形态效应对水泥砂浆的 3d、28d强度起主要作用。而炉渣的形态效应不如粉煤灰，使得炉渣在常温常压下 用作混合材或掺合料时的性能差于粉煤灰 。从图可以看出：粉煤灰的颗粒

14、以球 状为主，表面较为圆滑；相比之下，炉渣 的颗粒大部分形极不规则的块状，表面粗 糙。粉煤灰和炉渣用作水泥混合材或混 凝土掺合料时，形态效应对水泥砂浆的 3d、28d强度起主要作用。而炉渣的形态效应不如粉煤灰，使得炉渣在常温常压下 用作混合材或掺合料时的性能差于粉煤灰 。粉煤灰与炉渣在水热条件下的反应活性 炉渣及粉煤灰对硅酸盐蒸压制品强度的影响由表可知，随炉渣取代粉煤灰的量增加，蒸压制 品抗压压强度随之提高。即炉渣在水热条件下的反应活 性要优于粉煤灰。编编 号 水泥 % 砂粉% 石灰% 粉煤灰 % 炉渣% 石膏 % 抗压压强度 MPa A0 82218520222.7 A1 822183517

15、223.9 A2 822181735228.5 A3 82218052229.1 试样A3 SEM分析结果试样A0 SEM分析结果从图可见，粉煤灰试样与炉渣、粉煤灰复合试样相比，后者水化产物数量及形貌较 多、搭接更紧密。粉煤灰和炉渣中的活性SiO2、Al2O3的含量活性SiO2 活性Al2O3 粉煤灰 3.1 4.3 炉 渣 4.4 5.8 从表可知，粉煤灰的活性SiO2、Al2O3含量低于炉渣的活性SiO2、Al2O3含量。 水热条件下，粉煤灰、炉渣对蒸压制品强度的贡献主要由粉煤灰和炉渣中的活性SiO2、Al2O3含量决定。 炉渣的玻璃相含量和活性SiO2、Al2O3含量都高于粉煤灰，故炉渣在水热条件下性能优于粉煤灰。从表可知，粉煤灰的活性SiO2、Al2O3含量低于炉渣的活性SiO2、Al2O3含量。 水热条件下，粉煤灰、炉渣对蒸压制品强度的贡献主要由粉煤灰和炉渣中的活性SiO2、Al2O3含量决定。 炉渣的玻璃相含量和活性SiO2、Al2O3含量都高于粉煤灰，故炉渣在水热条件下性能优于粉煤灰。Thank you !