粉煤灰的性质跟其资源化利用.pdf

西安科技大学材料学院科技报告 西安科技大学材料学院科技报告 西西安安科科技技大大学学材材料料学学院院科科技技报报告告 粉煤灰的概况 粉煤灰是燃煤电厂将煤粉用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧，产生高温烟气，经 由捕尘装置捕集而得的一种具有潜火山灰活性的类矿物物质。粉煤灰自身不具有 胶凝性，但加入适当的激发剂，与水混合，经一段时间的水化过程后，便显示出 一定的力学强度。我国每年要排放大量的粉煤灰。2007年我国的粉煤灰排放量 已达3.2亿t。大量粉煤灰的排放，严重影响了燃煤电厂周围居民的日常生活。 同时，它对周边的自然环境也有一定的影响。要解决粉煤灰给环境和社会带来的 负面影响，“化害为利，变废为宝”，亟需对粉煤灰进行资源化利用。目前利用粉 煤灰的途径很多，但针对粉煤灰排放的特点，首先要解决“量”的问题，即如何将 多年来积存的粉煤灰进行充分的利用，建筑建材领域是重要的突破口。但粉煤灰 作为建材的应用还不是很成熟。要合理有效的将其应用在建材上，研究“粉煤灰 —CaO—H O”体系的水热反应机理则显得尤为重要。 2 粉煤灰的产生 粉煤灰的形成大致可分成三个阶段。 第一阶段，煤粉在开始燃烧时，其中气化温度低的挥发分，首先自矿物质与 固定碳连接的缝隙间不断逸出，使粉煤灰变成多孔的碳粒。此时的煤灰颗粒状态 基本保持原煤粉的不规则碎屑状，但因多孔性，使其比表面积极大。 第二阶段，伴随着多孔碳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，此时的煤灰颗粒变为多孔玻璃体，尽 管其形态大体上仍维持与多孔碳粒相同，但比表面积明显地小于多孔碳粒。 第三阶段，随着燃烧的进行，多孔玻璃体逐步熔融收缩而形成颗粒，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。 粉煤灰的组成 1 1 11矿物组成 粉煤灰的性质及其资源化利用 粉煤灰的性质及其资源化利用 粉粉煤煤灰灰的的性性质质及及其其资资源源化化利利用用 1.1 1.1 11..11粉煤灰的矿物来源 粉煤灰中的矿物来源于母煤。母煤中含有铝硅酸盐类粘土矿和氧化硅、黄铁 矿、赤铁矿、磁铁矿、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氯化物等矿物，而以铝硅酸盐 类粘土矿和氧化硅为主。其中，铝硅酸盐类矿物主要是高岭土矿和页岩矿。这两 种矿物在煅烧中先形成偏高岭土(Al O ·2SiO )矿物，后期由于受热温度高，偏高 2 3 2 岭土会逐渐消失。 1.2 1.2 11..22粉煤灰的主要矿物组分 粉煤灰的矿物组分十分复杂，主要可分成无定形相和结晶相两大类。无定形 相主要为玻璃体，约占粉煤灰总量的50—80%，是粉煤灰的主要矿物成分，蕴含 有较高的化学内能，具有良好的化学活性。此外，含有的未燃尽碳粒也属于无定 形相。 粉煤灰的结晶相主要有莫来石、石英、云母、长石、磁铁矿、赤铁相和少量 钙长石、方镁石、硫酸盐矿物、石膏、游离石灰、金红石、方解石等。这些结晶 相大都是在燃烧区形成，又往往被玻璃相包裹。但有些粉煤灰的颗粒表面又粘附 有细小的晶体。因此，在粉煤灰中，单独存在的结晶体极为少见，而单独从粉煤 灰中提纯结晶矿物相也十分困难。 2 2 22化学组成 粉煤灰的化学组成类似于粘土的化学组成，主要包括SiO 、Al O 、CaO燃 2 2 3 尽的炭。由于煤的品种和燃烧条件的不同，各地粉煤灰的化学成分波动范围比较 大，这方面的统计资料，只能供研究工作者参考，无多大实际意义。所以，有些 国家，提出所谓“典型粉煤灰”的化学成分。下表列出我国粉煤灰化学成分的一般 变化范围和美国粉