粉煤灰中的含钙矿物及其影响
粉煤灰--PPT
六、粉煤灰的试验
❖ 2.3、试验步骤： ❖ A..将检测粉煤灰.样品在105-110℃烘箱烘至恒重，取出
放在干燥器中冷却至室温。 ❖ B.称取试样10 g准确至0.01 g到入45微米方孔筛上，将筛
子置于筛座上盖上筛盖。 ❖ C．接通电源定时3min开始筛析。 ❖ D．观察负压表负压稳定在4000-6000 若负压小于4000
水泥胶砂搅拌机。 ❖ ③流动度跳桌：符合GB/T 2419规定
六、粉煤灰的试验
❖ 1.5、试验步骤： ❖ ① 胶砂配比按下表所示：
水泥/g 粉煤灰/g 标准砂/g 加水量/mL
对比胶砂 250
750
l25
试验胶砂 l75 75
750
按流动度达到 130mm～140mm调整
❖ ② 试验胶砂按GB/T 17671规定进行搅拌。
六、粉煤灰的试验
❖ 2、粉煤灰细度试验方法 ❖ 2.1、原理： ❖ 利用气流作为筛分的动力和介质，通过旋转的喷
嘴喷出的气流作用使筛网的待测粉状物料呈流态 化，并在整个系统负压的作用下，将细颗粒通过 筛网抽走，从而达到筛分的目的. ❖ 2.2、仪器设备： ❖ ①.负压筛析仪：45μm方孔筛 筛座 真空源和吸尘 器组成. ❖ ②.天平;l量程不小于50g最小分度值不大于0.01g。
❖ 在液相粘度较大所形成的硅铝玻璃体表面极为粗糙， 具有大量微孔的近似圆形的海绵体的不规则微珠。
❖ 该微珠呈乳白色-灰色，粒径小。含硅量高，有少量的 莫来石等。
❖ 3．4 磁珠
❖ 也称高铁微珠，呈黑色，粒径为50μm左右，导电，并 显磁性，密度为3.8—4.2 g/cm3。
❖ 该珠体是由富铁组成的粉煤灰溶体从高温快速冷却， 通过表面张力收缩形成的，成珠后溶体极易析出磁铁 矿、赤铁矿和方铁矿等晶体。
我国粉煤灰化学成分与理化性能及其应用分析
【综 述】我国粉煤灰化学成分与理化性能及其应用分析刘 全1，白志民1，王 东2，汪溢汀2(1.中国地质大学(北京),北京 100083；2.黄石市鑫溢新材料科技有限公司，湖北 黄石 435109)【摘 要】本文收集了我国粉煤灰化学成分和理化性能有关的近600个样品的数千个数据，通过数据统计分析，给出了SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3等氧化物以及标准稠度需水量、强度活性指数、密度、体积密度等理化性能的变化范围及平均值；对粉煤灰主要氧化物和典型理化性能的变化特点和规律及其影响因素进行了讨论；对粉煤灰作为水泥、混凝土以及硅酸盐建筑制品原料的化学成分和理化性能特征进行了分析；对粉煤灰SiO2和Al2O3含量与物相组成关系以及高铝粉煤灰、循环流化床粉煤灰、钾和钠含量较高的粉煤灰的应用进行了归纳；还介绍了一种基于粉煤灰化学成分和物相组成并与应用相联系的分类方法。
【关键词】粉煤灰；化学成分；理化性能；应用分析【中图分类号】TQ536.4 【文献标识码】A 【文章编号】1007-9386(2021)01-0001-09 Chemical Composition and Physicochemical Properties of Fly Ash and Its ApplicationLIU Quan1, BAI Zhi-min1, WANG Dong2, WANG Yi-ding2(1.China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China;2. Huangshi Xinyi New Material Technology Co., Ltd., Huangshi 435109, China)Abstract:The research of chemical composition and physicochemical properties is the basis of industrial application of fly ash. In this paper, the chemical composition and physicochemical properties of nearly 600 samples of fly ash from China were collected. Through statistical analysis of the data, the variation range and average values of SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, SO3, ignition loss, water requirement of cement normal consistency, strength activity index, density and volume density were given. The variation characteristics and laws of the main oxides and typical physicochemical properties of Fly ash in China and their influencing factors were analyzed. The chemical composition and physicochemical properties of fly ash as raw materials of cement, concrete and Portland building products are discussed. The relationship between SiO2 and Al2O3 of fly ash and phase composition, as well as the applications of high-alumina fly ash, circulating fluidized bed combustion fly ash and high potassium and sodium fly ash are discussed. This paper also introduces a classification method based on chemical composition and phase composition of fly ash.Key words: fly ash; chemical composition; physical and chemical properties; application长期以来，煤炭一直是我国火电发电的主要燃料，2017年用于火力发电的煤炭总量约为19.0025×108t[1]，占国内煤炭总消耗量的49.26%，相应产生了6.86×108t粉煤灰。
粉煤灰区别
F类和C类粉煤灰的定义与区别F类：是指由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。
C类：是指由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰。
粉煤灰的分类是根据它含游离氧化钙的含量来分的,可分为F类(低钙灰)和C 类（高钙灰）和复合灰。
高钙粉煤灰通常是指火力发电厂采用褐煤、次烟煤作为燃料而排放出的一种氧化钙成分较高的粉煤灰，是一种既含有一定数量水硬性晶体矿物又含有潜在活性物质的材料。
与普通粉煤灰相比，高钙粉煤灰粒径更小，用作水泥混合材或混凝土掺合料具有减水效果好、早期强度发展快等优点，但它含有一定量的游离氧化钙，如果使用不当，用作水泥混合材及混凝土、砂浆掺合料可能会造成体积安定性不良等一系列后果。
2005年，国家首次将高钙粉煤灰的应用标准纳入2005版标准。
为使高钙粉煤灰得到充分利用，在2005版新标准中，规定了C类粉煤灰即氧化钙含量一般大于10%的高钙粉煤灰用于拌制砂浆混凝土以及水泥活性混合材料的技术要求，在新标准中，除对细度、烧失量、含水量都有了明确的指标外，还规定高钙粉煤灰的游离氧化钙的限量及沸煮安定性必须合格。
可参考的结论1、通过对粉煤灰中火山灰作用的试验研究表明，粉煤灰硅酸盐制品6个月后，大于7μm的颗粒未受到石灰的侵蚀，这说明大于7μm的颗粒大多是起填料作用，而小于该粒径的颗粒主要起火山灰作用。
（粉煤灰混凝土中粉煤灰的火山灰效应综述）试验方向一、普通粉煤灰缺点：水化速度慢，掺入混凝土后会引起早期强度明显降低。
1、密度：比重瓶法测定。
2、物质组成：主要以玻璃质结构为主，内含小部分晶体矿物，主要为：①莫来石(AI6Si2O13)----（由煤灰冷却过程中直接结晶形成，由煤中的高岭土、伊利石以及其他黏土矿物分解而成）②石英（SiO2）---（来源于未来得及与其它无机物化合的石英颗粒）③赤铁矿（α-Fe2O3）、磁铁矿(Fe3O4)-------（高温下煤炭中的FeS与熔融的硅酸盐反应而成）④微量石灰（CaO）等3、粒径组成：用粒度仪测定。
粉煤灰和脱硫石膏的特性
粉煤灰和脱硫石膏的特性1. 粉煤灰是燃煤锅炉排放的废渣,是煤燃烧后形成被烟气携带出炉膛的从烟气中收捕下来的细灰;粉煤灰也称飞灰,是燃煤电厂将煤磨细成100μ m 以下的细粉,用预热空气吹入炉膛悬浮燃烧,产生高温烟气,经由捕尘装置捕集得到的粉状残留物,是一种人工火山灰质材料;对于粉煤灰的综合利用,一般也包括炉底渣16-20;1颜色粉煤灰的颜色一般在乳白色到灰黑色之间变化;粉煤灰的颜色是一项重要的质量指标,可以反映含碳量的多少和差异;在一定程度上也可以反映粉煤灰的细度,颜色越深,粉煤灰的粒度越细,含碳量越高;粉煤灰有低钙粉煤灰和高钙粉煤灰之分,通常高钙粉煤灰的颜色偏黄,低钙粉煤灰的颜色偏灰;2粉煤灰的细度和比重粉煤灰颗粒细度与磨制的煤粉细度有关,一般在 0.4~320μm 之间,相对密度一般为 1.3~2.7g/cm3 ;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;3粉煤灰的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,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,因此其物理性质的差异也很大;表1 粉煤灰的物理性质性质单位数据范围平均值密度g/cm33~42堆积密度g/cm30.32~1.90.71密实度t/m322~4536.5比表面积cm2/g氮吸附法：700~170003330透气法：1340~69803230原灰标准稠度%26~6949需水量%77~18010028天抗压强度比%33~7860 3粉煤灰的化学成分粉煤灰的化学成分与煤所含有的各种物质成分有关,主要成分是二氧化硅SiO2、三氧化二铝Al2O3、三氧化二铁Fe2O3、氧化钙CaO、氧化镁MgO、未燃尽的炭烧失量,还有少量微量元素等;其中SiO2、Al2O3、Fe2O3三种成分占70%左右,CaO和MgO含量较小;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;一般晶体矿物为莫来石、磁铁矿、赤铁矿、石英、石墨及少量硅酸盐、方铝矿、金红石等,其中莫来石硬度大,粉磨较困难;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,主要由硅铝质等组成,这些玻璃体经过高温煅烧,储藏了较高的化学内能,是粉煤灰活性的主要来源;4粉煤灰的需水量比粉煤灰的需水量比在一定程度上反映粉煤灰的物理性质的优劣;最劣质的粉煤灰的需水量比往往高达120%,优质粉煤灰需水量比在90%以下;5粉煤灰中的微量元素粉煤灰中含有多种微量的金属、非金属元素;火电厂原煤经过磨细后吹入炉膛燃烧,收尘采取多级电场除尘器,从第一电场至末电场,粉煤灰的细度逐渐变细,细粒径的粉煤灰比表面积、表面活性和吸附功能均较大,从而导致绝大多数微量元素趋向在细粒径中富集,其富集程度是粗灰的数倍;2. 1脱硫石膏的物理性质脱硫石膏颗粒特征和物理状态与天然石膏相比有较大的差异;脱硫石膏含有10%~25%附着水,呈湿粉状;正常脱硫石膏的外观颜色近乎白色,随杂质含量变化呈黄白色或灰褐色;脱硫石膏较天然石膏细,粒径一般不超过 92μm,且80%以上的粒径在30μm~60μm 之间,级配不如天然石膏磨细后的石膏粉;天然石膏经过磨细后粗颗粒多为杂质,细颗粒多为石膏,而脱硫石膏粗颗粒多为石膏,细颗粒多为杂质;基于以上原因,脱硫石膏虽细,但其比表面积却不如天然石膏21-24;2脱硫石膏的化学性质在化学成分上,脱硫石膏与天然石膏的主要成分均为二水硫酸钙;脱硫石膏中二水硫酸钙含量达90%以上,高于天然石膏中二水硫酸钙的含量;脱硫石膏游离水含量一般在10%~25%左右,还含有飞灰、有机碳、碳酸钙、亚硫酸钙以及钠、钾、镁的硫酸盐或氯化物组成的可溶性盐等杂质;脱硫石膏在使用过程中必须严格控制可溶性盐浓度,如钾、钠、氯离子及氧化镁等物质的含量;3脱硫石膏的特性1颗粒过细天然石膏经粉粹后,细度约140μm,而脱硫石膏颗粒直径小于60μm30~50μm,由于颗粒过细而带来流动性和触变性问题;2有一定的含水率脱硫石膏的含水率一般达到10%~25%;由于其含水率高、粘性强,在装载、提升、输送的生产过程中极易粘附在各种设备上,造成积料堵塞,影响生产过程的正常进行;3颜色偏深质地优良的脱硫石膏是纯白色的,但常见的呈深灰色或带黄色,作为粉刷石膏和装饰石膏将影响外观,主要原因是烟气除尘系统效率不高,致使脱硫石膏含有较多的粉煤灰,其次是由于石灰不纯,含有铁等杂质;4堆密度大脱硫石膏的堆密度达 1g/cm3左右;堆密度大对其贮存、生产和产品的性能有重要影响;脱硫石膏与天然石膏的最大不同,在于脱硫石膏含有某些杂质,而这些杂质对石膏制品的性能造成不同程度的危害;。
粉煤灰概念及用途
粉煤灰概念及用途粉煤灰是一种煤燃烧产物，由被驱动的微粒（燃烧燃料的细颗粒）组成与烟气一起排出燃煤锅炉。
落到锅炉燃烧室（通常称为火箱）底部的灰称为底灰。
在现代燃煤电厂中，飞灰通常由静电除尘器捕获在烟气到达烟囱之前或其他颗粒过滤设备。
连同从锅炉底部排出的底灰，称为煤灰。
根据燃烧煤的来源和成分，飞灰的成分差异很大，但所有飞灰都包含大量的二氧化硅(SiO2)（非晶态和结晶态）、氧化铝(Al2O3)和氧化钙（CaO）是含煤岩层中的主要矿物化合物。
飞灰的微量成分取决于具体的煤层成分，但可能包括以下一种或多种微量浓度（高达数百ppm）的元素或化合物：镓、砷、铍、硼、镉、铬、六价铬、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊、钒，以及极少量的二恶英和多环芳烃化合物。
它还含有未燃烧的碳。
过去，飞灰通常被排放到大气中，但现在空气污染控制标准要求在排放前通过安装污染控制设备将其捕获。
在美国，飞灰通常储存在燃煤电厂或填埋场。
大约43%被回收，通常用作火山灰来生产水硬性水泥或水硬性灰泥，并在混凝土生产中替代或部分替代波特兰水泥。
火山灰确保混凝土和灰泥的凝固，并为混凝土提供更多的保护，使其免受潮湿条件和化学侵蚀。
在飞灰（或底灰）不是由煤产生的情况下，例如当固体废物在废物发电设施中焚烧以发电时，飞灰可能含有比煤灰更高水平的污染物。
在这种情况下，产生的灰烬通常被归类为危险废物。
化学成分和分类飞灰材料在悬浮在废气中时凝固，并由静电除尘器或过滤袋收集。
由于颗粒悬浮在废气中时会迅速凝固，因此飞灰颗粒通常呈球形，尺寸范围为0.5µm至300µm。
快速冷却的主要后果是很少有矿物有时间结晶，主要是无定形的淬火玻璃残留。
然而，煤粉中的一些耐火相没有（完全）熔化，而是保持结晶。
因此，粉煤灰是一种异质材料。
SiO2、Al2O3、Fe2O3和偶尔的CaO是飞灰中存在的主要化学成分。
飞灰的矿物学非常多样化。
遇到的主要相是玻璃相，以及石英、莫来石和氧化铁赤铁矿、磁铁矿和/或磁赤铁矿。
粉 煤 灰 简 介
粉煤灰简介粉煤灰是一种火山灰质材料，本身并无胶凝性能，在常温下。
有水存在时，粉煤灰可以与混凝土中的进行二次反应，生成难溶的水化硅酸钙凝胶，不仅降低了溶出的可能，也填充了混凝土内部的孔隙，对混凝土强度和抗渗性都有提高作用。
粉煤灰对混凝土力学性能及耐久性的改善还有另外两个原因：第一，形貌效应。
粉煤灰的主要矿物组成是玻璃体，这些球形玻璃体表面光滑、粒度细、质地致密、内比表面积小、对水的吸附力小，因此，粉煤灰的加入使混凝土制备需水量减小，降低了混凝土早期干燥收缩，使混凝土密实性得到很大提高；第二，填充效应。
粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，不仅能填充水泥颗粒间的空隙，而且能改善胶凝材料的颗粒级配，并增加水泥胶体的密实度。
因此，形貌效应、填充效应和火山灰效应并称为粉煤灰改善混凝土性能的三大效应。
一、粉煤灰的“形态效应”在显微镜下显示，粉煤灰中含有70%以上的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑，质地致密。
这种形态对混凝土而言，无疑能起到减水作用、致密作用和匀质作用，促进初期水泥水化的解絮作用，改变拌和物的流变性质、初始结构以及硬化后的多种功能，尤其对泵送混凝土，能起到良好的润滑作用。
二、粉煤灰的“活性效应”粉煤灰的“活性效应”因粉煤灰系人工火山灰质材料，所以又称之为“火山灰效应”。
因粉煤灰中的化学成份含有大量活性SiO2及Al2O3，在潮湿的环境中与Ca（OH）2等碱性物质发生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，对粉煤灰制品及混凝土能起到增强作用和堵塞混凝土中的毛细组织，提高混凝土的抗腐蚀能力。
三、粉煤灰的微集料效应粉煤灰中粒径很小的微珠和碎屑，在水泥石中可以相当于未水化的水泥颗粒，极细小的微珠相当于活泼的纳米材料，能明显的改善和增强混凝土及制品的结构强度，提高匀质性和致密性。
混凝土添加粉煤灰可以使混凝土拌和料和易性得到改善：（1）掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失。
粉煤灰和硅灰的化学组分
粉煤灰和硅灰的化学组分
粉煤灰的化学成分与矿物组成
粉煤灰是一种火山灰质材料，来源于煤中无机组分，而煤中无机组分以粘土矿物为主，另外有少量黄铁矿、方解石、石英等矿物。
因此粉煤灰化学成份以二氧化硅和三氧化二铝为主(氧化硅含量在48%左右，氧化铝含量在27%左右)，其它成分为三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质(烧失量)。
不同来源的煤和不同燃烧条件下产生的粉煤灰，其化学成分差别很大。
粉煤灰以玻璃质微珠为主，其次为结晶相，主要结晶相为莫来石、磁铁矿、赤铁矿、石英、方解石等。
玻璃相是粉煤灰的主要结晶相，粉煤灰玻璃质微珠及多孔体均以玻璃体为主，玻璃体含量为50%～80%，玻璃体在高温缎烧中储存了较高的化学内能，是粉煤灰活性的来源。
莫来石是粉煤灰中存在的二氧化硅和三氧化二铝在电厂锅炉燃烧过程中形成的。
SEM下偶尔可以见到莫来石的针状形集合晶体，莫来石含量在1.3%～3.6%之间，其变化与煤粉中三氧化二铝含量及煤粉燃烧时的炉膛温度等诸多因素有关。
磁铁矿和赤铁矿是粉煤灰中铁的主要赋存状态，一般磁铁矿含量较高。
石英为粉煤灰中的原生矿物，常呈棱角状，不规则粒径，含量不高。
火力发电厂粉煤灰综合利用
火力发电厂粉煤灰综合利用 粉煤灰作为火力发电厂的排弃物，已占用大量耕地和资金。
据资料统计，目前我国发电装机容量已达3.16亿千瓦，其中75%属燃煤，供电煤耗381克/度。
煤的灰份含量约为30%，粉煤灰年排放量高达1.6亿多吨，已对我国生态环境及经济可持续发展构成严重威胁。
粉煤灰综合利用势在必行且前景广阔。
资料显示，目前全国平均粉煤灰综合利用率约27%，年综合利用灰量约0.4亿吨，还有1.1亿吨需由灰坝贮存。
如按存放一吨灰需用资金20元人民币计算，每年耗资将达22亿元。
全国各地土地价格不等，有高有低，这还不算每年维护灰坝的各种费用以及可能造成的环境污染治理费用。
由此可见，加大力度开发利用粉煤灰，是利在当代功在千秋的大事。
1 粉煤灰开发利用现状目前，我国粉煤灰利用技术装备比较落后，技术配套水平不高，缺乏深层次开发后续技术，利用属粗放型的。
已知的利用途径主要有以下一些。
粉煤灰已广泛用作生产水泥的原料、制造烧结砖、蒸压粉煤灰砖、蒸压加气混凝土、泡沫混凝土、烧结陶粒；铺筑道路；浇筑大坝；港口工程；农田坑洼低地、煤矿塌陷及矿井等的回填；农业土壤改良；也可以从中分选漂珠、微珠、铁精粉、碳、铝等有用物质。
其中，漂珠、微珠可分别用作保温材料、橡胶填料等，利用途径日益拓宽，利用领域不断扩大。
2 煤粉灰的特性2.1粉煤灰的物理性质煤中灰分在高温熔融，随烟气排走，骤然冷却呈玻璃体状，具有较高的潜在活性。
所以粉煤灰外状呈灰白色，具有较大内表面的多孔结构，多半呈玻璃状。
（1）密度——绝对密实状态下 3kg m 我国1800~24003kgm （2）堆积容量（表观密度）——自然松散状态下，一般550~8003kg m 。
（3）空隙率——空隙体积 / 总体积 60%~75%（4）细度——分子筛赛筛余量，反映灰粒大小，一般用4900孔/2cm ，10%~20%。
（5）比表面积——1g 重的粉煤灰所含颗粒的外表总面积。
一般1000~50002cm /g2.2粉煤灰的矿物组成其矿物组成主要是莫来石、石英、赤铁矿、磁铁矿及少量未燃烧碳粒。
粉煤灰的成分
粉煤灰的成分
粉煤灰是一种工业废弃物，其主要成分是煤燃烧后产生的灰烬。
它在煤炭的燃烧过程中，随着煤炭中的杂质和矿物质一同被释放出来，经过燃烧后残留下来的灰烬。
根据其来源和性质不同，粉煤灰可以分为多种类型。
1. 烟煤粉煤灰
烟煤粉煤灰是烟煤在高温下燃烧后产生的灰烬，其主要成分是氧化铁、氧化钙、氧化硅等。
烟煤粉煤灰的颜色较深，具有较高的粘附性和活性，可用于制造水泥、混凝土、砖等建材产品。
2. 烟煤燃烧后的灰渣
烟煤燃烧后的灰渣是指烟煤在锅炉中燃烧后产生的灰烬，其成分主要是氧化铝、氧化钙、氧化硅等。
烟煤燃烧后的灰渣可以用于道路铺设、填埋场覆盖等。
3. 烟煤气化后的灰烬
烟煤气化后的灰烬是指烟煤在气化过程中生成的灰烬，其主要成分是氧化铝、氧化钙、氧化硅等。
烟煤气化后的灰烬可以用于制造水泥、砖等建材产品，也可以用于铺路、填埋场覆盖等。
4. 褐煤粉煤灰
褐煤粉煤灰是褐煤在高温下燃烧后产生的灰烬，其主要成分是氧化铝、氧化钙、氧化硅等。
褐煤粉煤灰的颜色较浅，具有较低的粘附性和活性，主要用于路基填充、覆盖材料等。
5. 煤泥粉煤灰
煤泥粉煤灰是指煤泥在高温下燃烧后产生的灰烬，其主要成分是氧化铁、氧化钙、氧化硅等。
煤泥粉煤灰具有较高的活性和粘附性，可用于制造水泥、混凝土、砖等建材产品。
粉煤灰的成分和特性决定了它在不同领域的应用。
粉煤灰不仅可以减轻环境污染，还可以为建材、道路、填埋场等领域提供便利。
但同时，粉煤灰中也含有一定量的重金属等有害物质，因此在应用过程中需要采取措施进行有效处理和管理。
粉煤灰陶粒的主要原料-粉煤灰
固体燃料，仍然超过配合比要求，焙烧时会产生
过烧。因而扮煤灰含炭鼍一般不宜高Tio%，井希
望含发量稳定。(3)粉堞废不应混有有害杂质，如 块状煤渣、杂草等。(4)
高温性能，高温变形温度应为120013000，软化温
粉煤灰占粉煤灰陶粒原材料总量的80%左右。它是
攥粉在火电厂锅炉中燃烧后的产物，一般有干排
灰和温排灰两种。千扮煤灰为榆末状灰色，其颗
粒是一种微小的、粒径不同的、形状不规则的粒 状体，颗粒表面粗糙，并带有棱
棱角。其化学成分因所烧蝶种的不同有所差异。
但一般与粘土的化学成分相似，其中=氧化硅
(8{0，)的含量最多，为50%左右，三氧化二铝(Al，
0．)的含量为20～40%（烟煤和无烟煤舍Al，o.较 高），其
余为少量的三氧化二铁(Fe，Ot)、氧化钙(aaO)，
氧化镁(Mg0)、氧化钠(NB，0)、氧化钾(K，o)，
三氧化硫(SO$)等。粉煤灰都含有少量的残余炭分。
其含量各火电厂差别很。同一电厂排出的粉堞
灰，含炭量也随着灰的细度和排灰时的流向而波
度为1500C左右。(5)化学成分，一般不受严格限制。
但三氧化二铁(Fet0。)含量不宜大干10%，并希望
含有较多的氧化钠(Na，o)、氧化钾(K。
o)和鞍少的三氧化硫(so。)。这是因为兰氧化二铁
被还原时产生氧化亚铁(FoO)，有显著助熔作用，
但氧化亚铁过多，叉会使焙烧温度范围减小，不
利于焙饶控制。氧化钠和氧化钾不但有助熔作用， 使焙饶温度降低，
动。经岩相分析，粉燥灰的矿物成分主要是奠来
石、钙长石、石英和玻璃质。其中玻璃质含量最
多。玻璃质内部呈蜂窝状结构，含有细微气孔。 这种玻璃质处于高温时会产生爆炸现
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第30卷 第5期重庆建筑大学学报V ol.30 No.52008年10月Journal of Chongqing Jianzhu Univer sity Oct.2008粉煤灰中的含钙矿物及其影响钱觉时, 纪宪坤, 范英儒, 王 智(重庆大学材料科学与工程学院,重庆 400045)摘要:含钙矿物是粉煤灰中重要的矿物成分,其含量变化会使粉煤灰性质与使用性能发生比较大的变化。
总结分析了粉煤灰中含钙矿物的形成过程与存在形态,重点分析了含钙矿物对粉煤灰性能及其应用的影响。
结果显示粉煤灰中SO 3与CaO 含量存在一定线性关系,含钙矿物增加会引起粉煤灰颗粒形貌、硅酸盐离子聚合度等发生变化,提高粉煤灰火山灰活性,但也会引起粉煤灰使用过程中体积稳定性不良,对粉煤灰在水泥混凝土中应用产生不利影响,若合理利用将会使得含钙矿物成为粉煤灰利用的有利因素。
关键词:粉煤灰;氧化钙;矿物;石膏中国分类号:T U528 文献标志码:A 文章编号:1006-7329(2008)05-0148-05The Formation and Effect of Calcic Minerals in Fly AshQIAN Jue -shi,JI Xian -kun,FAN Ying -ru,WA NG Zhi(Colleg e of M ater ials Science and Eng ineering ,Chongqing U niver sity ,Cho ngqing 400045,P.R.China)Abstract:The content of calcic minerals in fly ash is an im po rtant factor affecting the properties and applicatio n of fly ash.We review ed inform ation about and analy zed the fo rmatio n of calcic minerals in fly ash and the negative effects of calcic miner als on fly ash properties.We found that the content of SO 3versus CaO is a linear relationship.Fly ash mor pholog y and degr ee o f silicate po lymerization vary as the calcic m inerals content in fly ash increases.H igher levels of calcic minerals in fly ash may cause po or soundness of cem ent and concrete added w ith fly ash;hig h content calcic minerals in fly ash may become an adv antag e,ho w ever,w hen the v olum e o f fly ash used in concrete is limited and the fly ash is pre -treated.Key words:fly ash;calcium ox ide;m ineral;gypsum 2006年我国原煤产量已接近24亿t [1],按火电用煤50%计算,我国粉煤灰的年排放量已超过3亿t,这些废渣不仅占用了大量土地,而且污染环境,利用燃煤灰渣的特性将其作为矿物掺合料用在建筑材料中是最普遍的利用方式。
由于更多的具有高挥发分的褐煤、次烟煤等劣质煤被用作动力燃料,因此含钙量高的粉煤灰排放量明显提高。
粉煤灰的主要成分以氧化物形式表示为SiO 2、Al 2O 3、Fe 2O 3、CaO 和SO 3等,其中CaO 含量的高低与灰渣的矿物组成和活性有很大关系。
煤燃烧过程中钙质材料分解产生的CaO 不仅具有固硫作用,而且会与原煤中的粘土矿物成分在高温下发生固相反应,生成一些较为复杂的矿物相,对粉煤灰活性产生很大的影响。
1 粉煤灰中含钙矿物来源与形态原煤中的矿物质是燃煤灰渣的矿物来源,矿物质的主要元素有O 、Si 、Al 、Fe 、Ca 、M g 、T i 、K 等,这些元素主要以粘土矿物的形式存在,如高岭土、蒙脱石和伊利石等,再有一部分以黄铁矿、石英、方解石等形式存在,含钙矿物在低级别煤中主要存在形式为与煤共生有机物中的硫酸钙和石膏,还有一部分来源于煤中碳酸钙(CaCO 3)以及白云石(CaM g (CO 3)2)。
这些矿物成分在煤粉燃烧过程中发生脱水、分解等,其中主要的含钙矿物转化如下[2,3]。
CaCO 3>850e石灰(CaO)+CO 2(1)CaSO 4#2H 2O400-500e硬石膏(CaSO 4)(2)CaSO 4>1100e石灰(CaO)+SO 2(3)当原煤中含钙矿物比较少时,所生成的粉煤灰含钙矿物相也相对比较少,主要为CaO 和CaSO 4,但是,当原煤中含钙矿物比较多时或者在燃烧锅炉中加入钙质材料,固相反应过程要发生很大变化。
当粘土矿物分解,形成的以氧化物形式存在的Si 、Al 、Fe 后会优先与CaO 发生反应,王文龙等[4]利用相图和热力学分析对反应过程和产物进行了研究。
图1 CaO -A l 2O 3-SiO 2系统的三元相图图1是CaO -A l 2O 3-SiO 2三元系统的相图,如果已知三者的含量,可以根据相图找出反应达到平衡时的矿物组成。
通过引入状态函数吉布斯自由焓G,可以确定在原煤燃烧过程中各种矿物生成的优先顺序。
根据热力学第二定律,任何反应总是朝着自由焓变化为负的方向进行,通过比较自由焓变化v G 的大小,可以确定反应的先后顺序。
通过比较CaO -SiO 2系统、CaO -Al 2O 3系统和Al 2O 3-SiO 2系统中各个反应的自由焓变化,确定了在这三个二元系统中,优先生成的矿物分别为2CaO #SiO 2(C 2S)、CaO #Al 2O 3(CA )和3Al 2O 3#2SiO 2(A 3S 2)[4]。
式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)给出的是CaO -Al 2O 3-SiO 2三元系统可形成的矿物反应式。
从图1中可以看出,对于CaO -Al 2O 3-SiO 2三元系统来说,可以稳定存在的矿物只有2CaO #Al 2O 3#SiO 2和CaO #Al 2O 3#2SiO 2两种,通过对比反应(7)和(8)的自由焓变可以发现,反应(7)更易进行。
将反应(4)、(5)、(6)、(7)这四个最可能优先发生反应的自由焓变v G 随温度的变化情况表示在同一个图中,如图2所示。
分析图2可以得出结论,在超快速升温条件下,在极短的反应时间内,CaO -Al 2O 3-SiO 2三元系统在CaO 相对过量时最可能优先发生的反应是生成钙铝黄长石(2CaO #Al 2O 3#SiO 2)和硅酸二钙(2CaO #SiO 2),其次为CaO #Al 2O 3。
反应(7)(8)的反应自由焓变随温度的变化如图3所示,通过对比图2、图3可以发现,反应(8)相对反应(5)和(6)而言要优先发生。
因此,对于三者同时存在的情况下,快速升温过程中优先反应生成的矿物依次为2CaO #A l 2O 3#SiO 2、CaO #A l 2O 3#2SiO 2和2CaO #SiO 2。
2CaO +SiO 22CaO #SiO 2(4)CaO +Al 2O 3CaO #Al 2O 3(5)3Al 2O 3+2SiO 23Al 2O 3#2SiO 2(6)2CaO +Al 2O 3+SiO 22CaO #Al 2O 3#SiO 2(7)CaO +Al 2O 3+2SiO 2CaO #A l 2O 3#2SiO 2(8)值得指出的是,王文龙在计算这些热力学数据时,都是在假定CaO 对于Al 2O 3、SiO 2而言始终是过量的这个前提下得出的,很多情况下并不能满足这些条件,不过在粉煤灰形成过程中会在局部区域出现这种情况。
原煤中即使钙含量很高或在煤燃烧过程中加入钙质材料,但粉煤灰的组成仍处于CaO -Al 2O 3-SiO 2三元系统的低钙区,理论上这些钙质材料可能都会与Si 、A l 反应,不会有太多的f -CaO 的形成[5],但由于燃烧过程中不能保证反应完全,而且煤粉燃烧时间非常短,同时可能存在局部不平衡区域,因此粉煤灰中还会一定数量的f -CaO,而且粉煤灰CaO 总含量越高,f -CaO 也越高。
在粉煤灰从烟道排出时,如果烟道气中含有比较高的SO 2气体,则这部分游离氧化钙还将与其反应,生成CaSO 4,由于是在高温下形成的,因此CaSO 4属于硬石膏。
图2 生成2CaO #SiO 2、CaO #Al 2O 3、3A l 2O 3#2SiO 2、2CaO #A l 2O 3#SiO 2的$G 随温度变化2 含钙矿物对粉煤灰性质的影响从前面的分析已知,在有CaO 存在的情况下,煤149第5期 钱觉时,等:粉煤灰中的含钙矿物及其影响图3生成2CaO#A l2O3#SiO2,CaO#A l2O3#2SiO2的$G随温度变化粉快速升温过程中可能生成的矿物有2CaO#Al2O3 #SiO2、CaO#Al2O3#2SiO2和2CaO#SiO2,这几种矿物都具有自发水硬性。
此外含钙矿物的增加也会影响粉煤灰很多性能。
首先是含钙矿物对粉煤灰形貌的影响。
图4和图5给出的是比较有代表性的粉煤灰SEM测试结果。
从SEM照片可以看出,含钙量低的粉煤灰颗粒表面相比要光滑,而对于高钙粉煤灰球形颗粒表面则有很多絮状物,而且还存在有很多碎粒状的颗粒。
粉煤灰含钙矿物增加对粉煤灰颗粒形貌的影响,也同时影响粉煤灰其他性能,例如可能会增大粉煤灰需水量,一定程度上提高粉煤灰的密度[3]。
图6[5]给出的是不同含钙量的粉煤灰X射线衍射图测试结果。
从XRD图谱可以看出,高钙粉煤灰的主要晶体矿物为石英、磁铁矿、莫来石、硬石膏和游离氧化钙等,但f-CaO和CaSO4含量明显偏高,当然由于钙黄长石(2CaO#Al2O3#SiO2)、硅酸二钙(2CaO# SiO2)等矿物相对含量较少,从XRD图谱还难以明显看出。
这些矿物存在使得高钙粉煤灰具有比较高的水化活性。
施惠生对高钙粉煤灰的水化特性进行了比较深入的研究[5-6],同时也证实高钙粉煤灰f-CaO对体积稳定性的影响,发现高钙粉煤灰中1200e以上温度形成的石灰晶粒尺寸较大,水化活性较低,水化速度较慢,往往在结构已经具有一定强度的情况下水化膨胀。