錫盟地區(qū)粉煤灰物理性質(zhì)及化學成分分析

石建萍 周筱 丁海萍(錫林郭勒職業(yè)學院，錫林浩特 026000)

錫盟地區(qū)粉煤灰物理性質(zhì)及化學成分分析

石建萍 周筱 丁海萍(錫林郭勒職業(yè)學院，錫林浩特 026000)

利用SEM、XRD和ICP-OES等分析手段對錫林郭勒盟地區(qū)具有代表性的兩種褐煤粉煤灰的物理性質(zhì)、化學成分、礦物組成及顆粒形貌進行了分析。對錫盟地區(qū)粉煤灰的利用現(xiàn)狀進行了調(diào)研，結合錫盟地區(qū)粉煤灰的物理化學性能，提出了綜合利用途徑。

錫林郭勒盟；褐煤粉煤灰；性質(zhì)；綜合利用

內(nèi)蒙古錫林郭勒盟褐煤儲量豐富，目前有七個火電企業(yè)，采用的發(fā)電鍋爐均為煤粉爐，裝機容量共621.6萬千瓦，滿負荷運行后預計粉煤灰產(chǎn)量為500萬噸。國家已將錫林郭勒盟確定為能源輸出基地，配套建設十三個電源點、1800萬千瓦的火電項目，全部滿負荷運行后粉煤灰年排放量將達2500萬噸。一方面粉煤灰大量堆積，占用土地,污染環(huán)境，另一方面企業(yè)在運輸、儲存粉煤灰時要耗費大量人力、物力、財力，使企業(yè)背上沉重的包袱。但是，錫盟地區(qū)粉煤灰利用水平還較低，用量有限,而且不同地區(qū)，不同企業(yè)排放的粉煤灰性質(zhì)差別很大，使粉煤灰的資源化利用工作存在很大困難。因此，通過對錫盟地區(qū)具有代表性的粉煤灰特征的研究，探索一條具有較高經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的粉煤灰利用新途徑，對提高粉煤灰利用的效益，減輕企業(yè)負擔有著重要意義。

1 粉煤灰物理化學性能分析

1.1 化學成分

常量元素測定采用堿法消解，微量元素測定采用濕法酸消解。利用PerkinElmer公司Optima8000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)進行化學成分分析。

從表1-1可知，粉煤灰所含主要化學元素是Al和Si，其次為Ca、Fe、Mg、Na、K、Ti，主要化學成分是Al2O3和SiO2，總含量達70%以上。兩個電廠粉煤灰中的Cd和上都電廠一場灰中的As含量大于GB15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》，其他元素都在合理范圍內(nèi)。

表1 -1.上都電廠一場灰和錫林熱電廠總灰常量元素含量

表1 -2.上都電廠一場灰和錫林熱電廠總灰微量元素含量

1.2 粒徑分布與比表面積

粒徑分析采用BT-9300S型激光粒度分布儀，比表面積分析采用彼奧德MFA-140多功能吸附儀。兩種灰的粒徑都比較小，分別有81.76%和92.14%的顆粒粒徑小于45μm，比表面積分別為1.1842和0.5496m2/g。

1.3 礦物組成

采用PANalytical X’Pert3Powder X射線衍射儀，結果如圖1-1、1-4所示，從衍射圖譜可以看出：各電廠粉煤灰結晶物質(zhì)均以石英和莫來石為主，并有少量的藍晶石，鐵的存在形式主要是磁鐵礦。

圖1 -1.錫林熱電廠X射線衍射圖

1.4 顆粒形貌

圖1 -2.錫林熱電廠總灰和上都電廠一場灰SEM圖（A錫林熱電廠總灰放大200倍、B錫林熱電廠總灰放大1800倍、C錫林熱電廠總灰放大10000倍、D上都電廠一場灰200倍、E上都電廠一場灰3000倍、F上都電廠一場灰10000倍）

SEM采用EVO MA 10掃描電鏡，結果如圖1-5。通過圖1-5A和圖1-5D的對比可以看出，上都電廠一場灰多為規(guī)則的球狀，而錫林熱電廠總灰有很大一部分為不規(guī)則的形狀，另外一部分為規(guī)則的形狀。從圖1-5B和圖1-5E中可以看出，錫林熱電廠總灰和上都電廠一場灰的球狀外殼之內(nèi)，包裹著很多更為細小的小球，錫林熱電廠總灰的球狀外殼之內(nèi)還包含部分片狀的結晶。上都電廠一場灰的外殼相比于錫林熱電廠總灰更薄。從圖1-5C中可以看出錫林熱電廠總灰的表面十分光滑，圖1-5E中可以看出上都電廠一場灰的表面相比于錫林熱電廠總灰的表面更為粗糙，且有很多小的顆粒附著在球體表面，由此判斷上都電廠一場灰相比于錫林熱電廠總灰具有更高的反應活性。

2 錫林郭勒盟粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀

目前，錫林郭勒盟燃煤電廠裝機容量錫盟粉煤灰利用率為53.5%，主要用于生產(chǎn)水泥、混凝土和新型環(huán)保磚。全盟規(guī)模以上水泥生產(chǎn)企業(yè)13戶，年生產(chǎn)能力為1000萬噸，2013年水泥產(chǎn)量為660萬噸。全盟規(guī)模以上粉煤灰、綜合利用企業(yè)8戶，生產(chǎn)新型環(huán)保磚41566萬塊，混凝土130.3萬立方米。總體來說，錫盟地區(qū)粉煤灰利用水平還較低，用量有限。

3 結語

兩種灰中的SiO2、Al2O3含量很高，其火山灰活性很強，同時Al2O3對降低粉煤灰的熔點有利，使其易于形成玻璃微珠[3]，各粉煤灰中,氧化硅含量基本都占到了整個粉煤灰化學組成的一半以上，具備生產(chǎn)微晶玻璃的條件。其CaO含量也遠遠高于全國平均值3.21%[4]，說明將其應用于應用于建筑工業(yè)，對提高混凝土的早期強度很有幫助。Al2O3含量高于20%，X射線衍射結果表明有部分Al的存在形式為非晶態(tài)，因此可用于制備高純氧化鋁[5]。上都電廠一場灰的比表面積很大，且絕大多數(shù)重金屬元素含量符合國家標準，說明可以在土壤改良、廢水處理等領域進行應用。有資料顯示，5-45μm顆粒越多，粉煤灰活性越高，大于80μm的顆粒對粉煤灰活性不利[6]，上都電廠一場灰和錫林熱電廠總灰分別有81.76%和92.14%的顆粒粒徑小于45μm，表明其活性很高，有利于改性、提取有效元素和提高混凝土拌合物的黏聚性。X射線衍射結果表明兩種灰中的中間不穩(wěn)定礦物相較多，這對其活性的增加也是有益的。因此該種粉煤灰是一種寶貴的硅酸鹽原材料，在簡單工藝條件下就可用其生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)建材產(chǎn)品,如水泥、免燒磚及新型墻體材料等。

[1]周廣信，葉玉新，等.提高粉煤灰活性途徑及應用方法的研究[J].粉煤灰，1997，（6）：24-27.

[2]譚鹽賓，李化建，等.燒失量和細度對粉煤灰漿體流變特性的影響[J].鐵道建筑，2010，（2）：127-129.

[3]沈永康.粉煤灰質(zhì)量的評定與分類方法探討[J].建筑節(jié)能,1983(05)

[4]楊權成,馬淑花,謝華,等.高鋁粉煤灰提取氧化鋁的研究進展[J].礦產(chǎn)綜合利用,2012(3):3-7.

[5]袁春林,張金明.我國火電廠粉煤灰的化學成分特征[J].電力科技與環(huán)保,1998(1):9-14.

[6]棟材,胡明華.燃煤電廠粉煤灰品質(zhì)參數(shù)的研究[C]// 2013亞洲粉煤灰及副產(chǎn)石膏處理與利用技術國際交流大會. 2013.

石建萍（1985-），女，碩士研究生，講師，研究方向為化學化工教育、工業(yè)固廢綜合利用

周筱（1990-），男，碩士研究生，研究方向為粉煤灰綜合利用，

丁海萍（1986-），女，碩士研究生，研究方向為粉煤灰綜合利用，