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  粉煤灰綜合利用(一)

http://www.wgibu.tw   發布時間:2008.1.16  訪問6718次
 
 
  

粉煤灰現狀
    我國是個產煤大國,以煤炭為電力生產基本燃料。近年來,我國的能源工業穩步發展,發電能力年增長率為7.3%,電力工業的迅速發展,帶來了粉煤灰排放量的急劇增加,燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加,1995年粉煤灰排放量達1.25億噸,2000年約為1.5億噸,到2010年將達到2億噸,給我國的國民經濟建設及生態環境造成巨大的壓力。另一方面,我國又是一個人均占有資源儲量有限的國家,粉煤灰的綜合利用,變廢為寶、變害為利,已成為我國經濟建設中一項重要的技術經濟政策,是解決我國電力生產環境污染,資源缺乏之間矛盾的重要手段,也是電力生產所面臨解決的任務之一。經過開發,粉煤灰在建工、建材、水利等各部門得到廣泛的應用。 20世紀70年代,世界性能源危機,環境污染以及礦物資源的枯竭等強烈地激發了粉煤灰利用的研究和開發,多次召開國際性粉煤灰會議,研究工作日趨深入,應用方面也有了長足的進步。粉煤灰成為國際市場上引人注目的資源豐富、價格低廉,興利除害的新興建材原料和化工產品的原料,受到人們的青睞。目前,對粉煤灰的研究工作大都由理論研究轉向應用研究,特別是著重要資源化研究和開發利用。利用粉煤灰生產的產品在不斷增加,技術在不斷更新。國內外粉煤灰綜合利用工作與過去相比較,發生了重大的變化,主要表現為:粉煤灰治理的指導思想已從過去的單純環境角度轉變為綜合治理、資源化利用;粉煤灰綜合利用的途徑以從過去的路基、填方、混凝土摻和料、土壤改造等方面的應用外,發展到目前的在水泥原料、水泥混合材、大型水利樞紐工程、泵送混凝土、大體積混凝土制品、高級填料等高級化利用途徑。

 

二、粉煤灰的組成

1、粉煤灰的化學組成  我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為:SiO2AL2O3FeOFe2O3CaOTiO2 MgO K2O Na2OSO3MnO等,此外還有P2O5等。其中氧化硅、氧化鈦來自黏土,巖頁;氧化鐵主要來自黃鐵礦;氧化鎂和氧化鈣來自與其相應的碳酸鹽和硫酸鹽。

粉煤灰的元素組成(質量分數)為: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%

由于煤的灰量變化范圍很廣,而且這一變化不僅發生在來自世界各地或同一地區不同煤層的煤中,甚至也發生在同一煤礦不同的部分的煤中。因此,構成粉煤灰的具體化學成分含量,也就因煤的產地、煤的燃燒方式和程度等不同而有所不同。其主要化學組成見下表。

                        我國電廠粉煤灰化學組成                         %

成分

SiO2

A12O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

Na2O

K2O

燒失量

范圍

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

 

粉煤灰的活性主要來自活性SiO2(玻璃體SiO2)和活性A12O3 (玻璃體A12O3 )在一定堿性條件下的水化作用。因此,粉煤灰中活性SiO2、活性A12O3f-CaO(游離氧化鈣)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,它對粉煤灰早期強度的發揮有一定作用,因此粉煤灰中的硫對粉煤灰活性也是有利組成。粉煤灰中的鈣含量在3%左右,它對膠凝體的形成是有利的。國外把CaO含量超過10%的粉煤灰稱為C類灰,而低與10%的粉煤灰稱為F類灰。C類灰其本身具有一定的水硬性,可作水泥混合材,F類灰常作混凝土摻和料,它比C類灰使用時的水化熱要低。

粉煤灰中少量的MgONa2OK2O等生成較多玻璃體,在水化反應中會促進堿硅反應。但MgO含量過高時,對安定性帶來不利影響。

粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔,是一種惰性物質不僅對粉煤灰的活性有害,而且對粉煤灰的壓實也不利。過量的Fe2O3對粉煤灰的活性也不利。

2、粉煤灰的礦物組成

由于煤粉各顆粒間的化學成分并不完全一致,因此燃燒過程中形成的粉煤灰在排出的冷卻過程中,形成了不同的物相。比如:氧化硅及氧化鋁含量較高的玻璃珠在鐵礦,另外,粉煤灰中晶體礦物的含量與粉煤灰冷卻速度有關。一般來說,冷卻速度較快時,玻璃體含量較多:反之,玻璃體容易析晶。可見,從物相上講,粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物。其礦物組成的波動范圍較大。一般晶體礦物為石英、莫來石、磁鐵礦、氧化鎂、生石灰及無水石膏等,非晶體礦物為玻璃體、無定形碳和次生褐鐵礦,其中玻璃體含量占50%以上。

3、粉煤灰的結構

粉煤灰的結構是在煤粉燃燒和排出過程中形成的,比較復雜。在顯微鏡下觀察,粉煤灰是晶體、玻璃體及少量未燃炭組成的一個復合結構的混合體。混合體中這三者的比例隨著煤燃燒所選用的技術及操作手法不同而不同。其中結晶體包括石英、莫來石、磁鐵礦等;玻璃體包括光滑的球體形玻璃體粒子、形狀不規則孔隙少的小顆粒、疏松多孔且形狀不規則的玻璃體球等;未燃炭多呈疏松多孔形式。

4、粉煤灰的性質

1)物理性質  

粉煤灰的物理性質包括密度、堆積密度、細度、比表面積、需水量等,這些性質是化學成分及礦物組成的宏觀反映。由于粉煤灰的組成波動范圍很大,這就決定了其物理性質的差異也很大。粉煤灰的基本物理性質見表。

 

粉煤灰的基本物理特性

    

     

  

密度/g/cm3

1.92.9

2.1

堆積密度/g/cm3

0.5311.261

0.780

比表面積(cm2/g

氧吸附法

80019500

3400

透氣法

11806530

3300

原灰標準稠度/%

27.366.7

48.0

需水量/%

89130

106

28d抗壓強度比/%

3785

66

粉煤灰的物理性質中,細度和粒度是比較重要的項目。它直接影響著粉煤灰的其他性質,粉煤灰越細,細粉占的比重越大,其活性也越大。粉煤灰的細度影響早期水化反應,而化學成分影響后期的反應。

2)化學性質 

粉煤灰是一種人工火山灰質混合材料,它本身略有或沒有水硬膠凝性能,但當以粉狀及水存在時,能在常溫,特別是在水熱處理(蒸汽養護)條件下,與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發生化學反應,生成具有水硬膠凝性能的化合物,成為一種增加強度和耐久性的材料。

5、粉煤灰的存在形態

粉煤灰是以顆粒形態存在的,且這些顆粒的礦物組成、粒徑大小、形態各不相同。人們通常將其形狀分為珠狀顆粒和渣狀顆粒兩大類。根據北京科技大學宋存義等用掃描式電子顯微鏡的觀察表明,粉煤灰由多種粒子構成,其中珠狀顆粒包括空心玻珠(漂珠)、厚壁及實心微珠(沉珠)、鐵珠(磁珠)、炭粒、不規則玻璃體和多孔玻璃體等五大品種。其中不規則玻璃體是粉煤灰中較多的顆粒之一,大多是由似球和非球形的各種渾圓度不同的粘連體顆粒組成。有的粘連體斷開后,其外觀和性質與各種玻璃球形體相同,其化學成分則略有不同。多孔玻璃體形似蜂窩,具有較大的表面積,易黏附其他碎屑,密度較小,熔點比其他微珠偏低,其顏色由乳白至灰色不等。在掃描式電子顯微鏡下可以比較容易地觀察到不規則玻璃體的存在。渣狀顆粒包括海綿狀玻璃渣粒、炭粒、鈍角顆粒、碎屑和粘聚顆粒等五大品種。正是由于這些顆粒各自組成上的變化,組合上的比例不同,才直接影響到粉煤灰質量的優劣。

 

 

 

參考文獻:

1、  《生態水泥與廢棄物資源化利用技術》  施惠生主編  化學工業出版社

2、  《蒸制粉煤灰磚》   中國建筑工業出版社  1975年出版

3、  粉煤灰免燒免蒸磚生產技術  呂梁 《粉煤灰綜合利用》雜志95年第2

4、  《粉煤灰陶粒》   中國建筑工業出版社   1974年出版

5、  《新型磚生產與應用》    何勁波等主編    金盾出版社

6、  《灰砂磚》 建筑工程部水泥研究院編  19588月出版

7、  《工業廢渣生產建筑材料實用技術》  閆振甲等編著  化學工業出版社 

 

相關資料:

 

        粉煤灰綜合利用(一)

 

        粉煤灰綜合利用(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歷程和實踐成果(一)

 

        我對新建新型系列建材廠的幾點建議

 
 
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