錫盟地區(qū)粉煤灰物理性質(zhì)及化學(xué)成分分析

石建萍 周筱 丁海萍(錫林郭勒職業(yè)學(xué)院，錫林浩特 026000)

錫盟地區(qū)粉煤灰物理性質(zhì)及化學(xué)成分分析

石建萍 周筱 丁海萍(錫林郭勒職業(yè)學(xué)院，錫林浩特 026000)

利用SEM、XRD和ICP-OES等分析手段對(duì)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(xué)成分、礦物組成及顆粒形貌進(jìn)行了分析。對(duì)錫盟地區(qū)粉煤灰的利用現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)合錫盟地區(qū)粉煤灰的物理化學(xué)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(chǔ)量豐富，目前有七個(gè)火電企業(yè)，采用的發(fā)電鍋爐均為煤粉爐，裝機(jī)容量共621.6萬(wàn)千瓦，滿負(fù)荷運(yùn)行后預(yù)計(jì)粉煤灰產(chǎn)量為500萬(wàn)噸。國(guó)家已將錫林郭勒盟確定為能源輸出基地，配套建設(shè)十三個(gè)電源點(diǎn)、1800萬(wàn)千瓦的火電項(xiàng)目，全部滿負(fù)荷運(yùn)行后粉煤灰年排放量將達(dá)2500萬(wàn)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(yùn)輸、儲(chǔ)存粉煤灰時(shí)要耗費(fèi)大量人力、物力、財(cái)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(guò)對(duì)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(jì)效益和環(huán)境效益的粉煤灰利用新途徑，對(duì)提高粉煤灰利用的效益，減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)有著重要意義。

1 粉煤灰物理化學(xué)性能分析

1.1 化學(xué)成分

常量元素測(cè)定采用堿法消解，微量元素測(cè)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(jìn)行化學(xué)成分分析。

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

表1 -1.上都電廠一場(chǎng)灰和錫林熱電廠總灰常量元素含量

表1 -2.上都電廠一場(chǎng)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(jié)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(jié)晶物質(zhì)均以石英和莫來(lái)石為主，并有少量的藍(lán)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(chǎng)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(chǎng)灰200倍、E上都電廠一場(chǎng)灰3000倍、F上都電廠一場(chǎng)灰10000倍）

SEM采用EVO MA 10掃描電鏡，結(jié)果如圖1-5。通過(guò)圖1-5A和圖1-5D的對(duì)比可以看出，上都電廠一場(chǎng)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(chǎng)灰的球狀外殼之內(nèi)，包裹著很多更為細(xì)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(jié)晶。上都電廠一場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)灰相比于錫林熱電廠總灰具有更高的反應(yīng)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(jī)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(wàn)噸，2013年水泥產(chǎn)量為660萬(wàn)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(wàn)塊，混凝土130.3萬(wàn)立方米。總體來(lái)說(shuō)，錫盟地區(qū)粉煤灰利用水平還較低，用量有限。

3 結(jié)語(yǔ)

兩種灰中的SiO2、Al2O3含量很高，其火山灰活性很強(qiáng)，同時(shí)Al2O3對(duì)降低粉煤灰的熔點(diǎn)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(gè)粉煤灰化學(xué)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于全國(guó)平均值3.21%[4]，說(shuō)明將其應(yīng)用于應(yīng)用于建筑工業(yè)，對(duì)提高混凝土的早期強(qiáng)度很有幫助。Al2O3含量高于20%，X射線衍射結(jié)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(chǎng)灰的比表面積很大，且絕大多數(shù)重金屬元素含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明可以在土壤改良、廢水處理等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)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(duì)粉煤灰活性不利[6]，上都電廠一場(chǎng)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(jié)果表明兩種灰中的中間不穩(wěn)定礦物相較多，這對(duì)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(jiǎn)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。

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

[5]袁春林,張金明.我國(guó)火電廠粉煤灰的化學(xué)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(shù)國(guó)際交流大會(huì). 2013.

石建萍（1985-），女，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)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?yàn)榉勖夯揖C合利用，

丁海萍（1986-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)榉勖夯揖C合利用，