畢節(jié)地區(qū)粉煤灰中的理化性質(zhì)測評

李金海

(畢節(jié)學院 化學與化學工程學院，貴州畢節(jié)551700)

1 檢測樣品與儀器試劑

1.1 樣品采集

本實驗中的樣品采集來源情況如表1所示。

表1 畢節(jié)地區(qū)粉煤灰理化性質(zhì)測評樣品采集來源統(tǒng)計表

1.2 儀器與試劑

電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP－MS)S－227、磁力攪拌器、萬分之一天平。試驗中所用玻璃器皿均經(jīng)過1+1鹽酸浸泡4h，再純水清洗3次后備用。

2 理化性質(zhì)檢測

2.1 化學性質(zhì)

本次實驗對樣品的化學成分檢測采樣用了ICPMAS法進行檢測。有文獻表明分析壓力、霧化器流量和采樣深度等是ICP－MS檢測的重要因素。結(jié)合相關研究，本次檢測實驗中ICP－MAS所選擇實驗的儀器參數(shù)如表2所示。

表2 ICP－MS工作參數(shù)

檢測結(jié)果表明，樣品中的化學成分含量豐富，涉及 Si、Al、Mg、Fe、Ca、Na 及 K 等 40 多種元素，各化學組分含量差距迥異，為便于統(tǒng)計分析，現(xiàn)將樣品中化學元素分為“常量元素”(百分之一含量)和“微量元素”兩部分來羅列呈現(xiàn)，具體情況如表3和表4所示，其中的鎵、銦、鍺等稀散元素的含量情況已另列篇幅加以分析論述而不在此呈現(xiàn)，以及其中的少許含量在百萬分之一以下的元素含量情況也未在此加以呈現(xiàn)分析，將在后續(xù)研究中加以深入探索。

表3 畢節(jié)地區(qū)電廠粉煤灰中常量元素檢測統(tǒng)計表

從表3可以看出，樣品中常量元素以硅元素含量為最高，最高含量達26.55%，折合為其氧化物SiO2，達56.45%，接近樣品總量的50%。由此可見本地區(qū)粉煤灰中的硅有著較大的資源化利用空間，比如提取硅酸鹽產(chǎn)品或用作生產(chǎn)硅肥等。樣品中含量居于硅之后的是鋁和鐵，這二者在樣品中的含量十分接近，均在10%左右，總體而言，以鋁的含量稍高，由此可見，本地區(qū)粉煤灰中的鋁、鐵等有價金屬有一定的資源化價值，比如從中提取鋁和鐵的化合物或單質(zhì)，或用作污水處理等。同時，由表3還可以看出，這樣品中含量居于前3位的3種元素表現(xiàn)出一定的正向增減性，這在一定程度上可以判斷該地區(qū)的煤礦中具有正向伴生性。樣品中含量居于前6位的元素含量變化情況如圖1所示。

圖1 畢節(jié)地區(qū)粉煤灰中常量元素含量變化圖

表4 畢節(jié)地區(qū)電廠粉煤灰中微量元素檢測統(tǒng)計表

由表4可以看出，樣品中含有種類繁多的微量元素，這些微量元素也差異極大。這些物質(zhì)雖含量較少，但其中的一些物質(zhì)在自然界中的豐度原本就較小，而樣品中所檢測出的上述元素含量大多數(shù)含量均高于其各自在自然界的平均豐度，比如鋯(在宇宙中的含量為 0.05×10－6)、鋇(地殼中含量 500 ×10－6)、錳(地殼中含量為950×10－6)、鈰(地殼中含量為68×10－6)、鑭(地殼中含量為32×10－6)、鎳(在宇宙中的含量為 60×10－6)、釔(地殼中含量為 30×10－6)、鈮(地殼中含量為20×10－6)、錫(地殼中含量為2.2×10－6)、鐿(地殼中含量為 3.3 ×10－6)、鎘(地殼中含量為0.11×10－6)、鉬(在地殼中的平均豐度為 1.3×10－6)、鈧(在地殼中的平均豐度為 16×10－6)等?？梢?，本地區(qū)粉煤灰中的某些組分也有一定的資源化價值和可能。

粉煤灰在帶來資源化可能的同時，也帶來了極大的環(huán)境隱憂，因為其中的很多組分有一定的毒性，比如鉛、鉻、錳、鉈等。此外，其中的某些元素還具有放射性，這讓粉煤灰對環(huán)境增添了更大的風險性，提醒社會在積極探索粉煤灰的資源化的同時，也要努力探索因粉煤灰可能帶來的環(huán)境風險防范和治理措施。

2.2 物理性質(zhì)

經(jīng)煤炭燃燒后產(chǎn)生的產(chǎn)物——粉煤灰，其物理、化學性質(zhì)與煤炭的品質(zhì)、顆粒、燃燒方式，以及粉煤灰的排放和處理方式等因素有關。分析粉煤灰的物理性能，主要包括其外觀顏色、密度、細度、松散容重和壓實密度等。本次試驗也在此基礎上從這幾個方面對樣品進行了物理性質(zhì)分析。

表5 畢節(jié)地區(qū)電廠粉煤灰的物理性質(zhì)檢測統(tǒng)計表

煤炭燃燒是一個復雜的化學過程，同時由于受煤炭品質(zhì)和燃燒條件等因素影響，粉煤灰中的含碳量差異也較大。從色澤外觀上看，含碳量低的粉煤灰呈現(xiàn)灰色或灰黑色，含碳量越高，粉煤灰的黑色越深;從表5的數(shù)據(jù)可以看出，樣品中的顏色以粉煤灰渣的顏色為最高，也表明粉煤灰渣中的燒失量最大;從表5也可以看出，樣品中的粉煤灰細度以細灰為最大，因此當?shù)仉姀S產(chǎn)生的細粉煤灰活性較好，有較大的用作水泥、石膏等建材的商品灰開發(fā)價值。同時，由于當?shù)胤勖夯抑刑己枯^高，如用這類粉煤灰制備燒結(jié)磚既可以節(jié)約一定的燃燒能耗，也可以減少資源的浪費和因粉煤灰排放引起的環(huán)境沖擊隱患。

3 結(jié)論與建議

從本次檢測分析可以看出，本地區(qū)粉煤灰中化學元素組成豐富，涉及 Si、Al、Mg、Fe、Ca、Na 及 K 等 40多種元素，這些化學組分中有多種組分具有較大資源化價值，比如其中含量較高的常量元素硅可以用作生產(chǎn)硅肺或者開發(fā)硅酸鹽產(chǎn)品，鋁可以用來提取鋁或凈水劑等含鋁產(chǎn)品等;其中含量較低的微量元素鋯、鋇、錳、鈰、鑭、鎳、釔、鈮、錫、鐿、鎘、鉬、鈧等比其各自在自然界中的豐度要高，也有一定的資源化價值和可能。從對樣品的物理性能分析可知，當?shù)仉姀S粉煤灰燒失量較大，平均在5.95%，具有燃料二次回收利用價值，細度0.08mm篩余量為8.94%，灰較細，較易開發(fā)為生產(chǎn)水泥、石膏等建材的商品灰。

本地區(qū)煤礦資源較為豐富，開采出來的大多數(shù)煤炭被投放到火電廠用作燃料后形成粉煤灰，這些粉煤灰的資源化利用率極低，且對會場周邊環(huán)境形成一定的環(huán)境風險沖擊。因此，為積極推動和促進本地區(qū)粉煤灰的資源化利用效應，必須準確把握其理化性質(zhì)。這將有利于促進其優(yōu)質(zhì)優(yōu)用，達到進一步的合理與有效開發(fā)。

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