粉煤灰中三氧化硫檢測分析

仲翠英

摘 要： 粉煤灰是火電廠燃煤發電的產物，在我國，粉煤灰產量巨大，其堆放不僅需占用大量的土地，而且給環境帶來了嚴重的破壞，因此，合理利用粉煤灰成為了眾多學者研究的課題。首先闡述了粉煤灰的物化性質和其在工程中的應用情況，然后分析和探討了硫酸鋇重量法和電導滴定法對三氧化硫含量檢測的注意事項，最后對兩種方法的檢測結果進行了對比和分析，通過本文的研究，以期為相關工作提供一定的參考。

關鍵詞： 粉煤灰 SO3 硫酸鋇重量法 電導滴定法

中圖分類號： TQ170文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）02-0011-04

Detection and Analysis of Sulphur Trioxide in Fly Ash

ZHONG Cuiying

（ Nanjing Traffic Engineering Testing Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 210000 China ）

Abstract： Fly ash is theproduct of coal-fired power generation in thermal power plants. In China， the production of fly ash is huge， and its stacking not only occupies a large amount of land， but also causes serious damage to the environment. Therefore， the rational use of fly ash has become a research subject for many scholars. This article first elaborates on the physic-chemical properties of fly ash and its application in engineering， and then analyzes and explores the precautions for detecting sulphur trioxide content by using barium sulfate gravimetric method and conductivity titration method. Finally， the detection results of the two methods are compared and analyzed. Through the research in this article， it is hoped to provide some reference for the related work.

Key Words： Fly ash； SO3； Barium sulfate gravimetric method； Conductivity titration method

粉煤灰是火電廠燃煤發電的產物，在我國，粉煤灰產量巨大，其堆放不僅需占用大量的土地，而且給環境帶來了嚴重的破壞，因此，合理利用粉煤灰成為了眾多學者研究的課題。在工程領域，主要將粉煤灰用于生成水泥和混凝土，粉煤灰的應用不僅改善了混凝土性能，而且節約了工程成本。但粉煤灰中的三氧化硫可以與水泥中的部分成分反應生成水化硫鋁酸鈣（AFt）晶體，使混凝土體積增大，進而導致混凝土開裂，此外，《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2017）中也對粉煤灰中三氧化硫的含量做出了規定，其中用于混凝土和砂漿中的粉煤灰，其SO3含量應≤3%；對應用于水泥活性材料中的粉煤灰，其SO3含量應≤3.5%。因此，對應用于工程中的粉煤灰，應嚴格控制粉煤灰中三氧化硫的含量，在使用粉煤灰前必須進行三氧化硫含量的檢測，以確保工程質量。

1 粉煤灰概述

1.1 物理性質

粉煤灰是一種多相物質，具有顆粒較細而不均勻的特點。其是在燃燒煤炭時產生的一種副產品，包含著未燃燒的碳、煤渣和灰分等物質，具有較高的化學反應活性和物理機械性能。根據其來源和燃燒方式的不同，粉煤灰可以分為多種類型，如硬煤粉煤灰、軟煤粉煤灰、鍋爐塵灰等[1]。其中，硬煤粉煤灰的顏色通常為灰白色或淺灰色，軟煤粉煤灰則呈現出深灰色或黑色的外觀，不同類型的粉煤灰具有不同的物化性質和應用特點，表1為粉煤灰的幾項技術指標。

1.2 化學性質

粉煤灰中的硅酸鹽成分與NaOH發生反應，形成水化硅酸鹽凝膠。這種凝膠具有良好的黏結性、強度和穩定性，可以用作水泥、混凝土和其他建筑材料的摻合料。粉煤灰中SiO2的含量通常在40%～70%之間，而Al2O3的含量約為10%～30%，Fe2O3的含量為3%～10%，這些氧化物是粉煤灰能夠參與化學反應并形成凝膠化合物的重要成分。在粉煤灰的應用領域中，這些氧化物的含量和物理化學特性對其性能和應用效果有著重要影響。例如：在水泥混凝土的制備中，粉煤灰可以替代部分水泥，以改善混凝土的強度、耐久性和施工性能。在這個過程中，粉煤灰中的SiO2、Al2O3等氧化物可以與水泥水化產生新的化合物，并形成較為穩定的凝膠相，從而提高混凝土的性能和可靠性，不同類型的煤和燃燒設備在煤燃燒過程中產生的粉煤灰成分和特性也會有所不同。

1.3 粉煤灰在工程領域中的應用現狀

粉煤灰在工程領域中的應用主要包括生成水泥和配制混凝土。在生產過程中，需要對粉煤灰進行細磨使其顆粒尺寸適應水泥生產的要求，并確保粉煤灰與其他原料均勻混合，以促進反應和成分的穩定性。此外，通過調整燒結溫度、時間和礦物摻合料的配比等操作，還可以進一步調節水泥的性能。在粉煤灰水泥生產過程中，由于粉煤灰摻量的增加，會使水泥反應和晶體生長速率減緩，進而導致水泥的早期強度降低[2]。不過，隨著反應的繼續進行和晶體的長大，強度會慢慢提高，最終達到預期標準。在混凝土配制方面，利用粉煤灰配制混凝土具有很多優點，相對于傳統混凝土配合比，摻入適量的粉煤灰可以顯著降低水泥用量，同時還能改善混凝土的耐久性和抗裂性等技術性能，提高工程質量，延長使用壽命。

2 粉煤灰中SO3含量檢測的重要性

目前工程領域中對于粉煤灰在砂漿和混凝土中SO3的含量，要求不超過3%，過高的三氧化硫可以與水泥中的部分成分反應生成水化硫鋁酸鈣（AFt）晶體。當水化硫鋁酸鈣晶體形成時，會導致混凝土體積增大，進而引起混凝土開裂[3]。因此，在粉煤灰使用前，必須進行SO3含量的檢測，本文主要采用重量法和電導滴定法進行檢測分析。

3 硫酸鋇重量法

3.1 檢測原理

3.2 檢測步驟

（1）首先使用萬分之一的天平稱取質量約為0.5 g的試樣，記為m1，將稱取好的試樣置于200 mL燒杯中，然后將40 mL蒸餾水加入燒杯中，用攪拌棒進行攪拌使試樣完全分散，同時加入10 mL鹽酸溶液，再次壓碎塊狀物，然后將燒杯放在電爐上微沸加熱，加熱時間為5～10 min，取下加熱后的燒杯，讓其冷卻，待冷卻后用中速定量濾紙進行過濾，使用熱水洗滌10～12次，即用熱水沖洗濾紙上殘留的固體，將洗滌液和濾液收集在同一個400 mL的燒杯中，然后加水稀釋至250 mL。

（2）將收集到的濾液放在電爐上加熱至微沸狀態，用滴定管等裝置滴加10 mL氯化鋇溶液至燒杯中，保持電爐加熱溫度使濾液繼續微沸3 min確保沉淀形成，在此過程中，如果沉淀未有效形成，則需繼續延長微沸時間。待沉淀形成后在常溫下靜置12～24 h，此時溶液體積應保持在約200 mL刻度線處。

（3）針對靜置后的溶液再次進行過濾，用溫水進行洗滌，洗滌后應用1%的硝酸銀溶液檢驗，當無白色沉淀出現，即無Cl-時，可停止洗滌。

（4）將沉淀和濾紙放入瓷坩堝中，在電爐上灰化完全后，在800～950 ℃的高溫下，讓樣品灼燒30 min，確保所有有機物質和水分徹底燃燒、蒸發和揮發；30 min后，將瓷坩堝取出，放入干燥器中冷卻至室溫，在此過程中，應反復灼燒至樣品處于恒量狀態，進行稱量，記為m2。

4 硫酸鋇重量法檢測過程中的注意事項

4.1 檢測條件

（1）硝酸銀在水中會發生水解，生成氧化亞銀（Ag2O）和HNO3，導致溶液呈現深淺不一、不穩定的狀態，影響其在實驗中的使用效果，同時，硝酸銀也很容易被空氣中的氧氣氧化，變成黑色，從而影響其質量和性能，因此將1 g硝酸銀溶解在適量水中，而后加入10 mL濃硝酸，再稀釋至100 mL，并儲存在棕色瓶中。

（3）對酸的不溶物進行去除。由于粉煤灰中SiO2含量較高，在用鹽酸對粉煤灰進行溶解時，可能會出現硅酸凝膠析出，為了避免其對試驗結果的影響，在試樣分解后，應用濾紙進行過濾以去除硅酸凝膠。

（4）將硫酸鋇沉淀在灼燒前應確保濾紙灰化完全，若灼燒時仍有炭粒的存在，硫酸鋇沉淀有可能還原為BaS，使SO3檢測含量偏低。

（5）對于硫酸鋇沉淀灼燒時的溫度，應嚴格控制在800～950 ℃之間，若溫度過低，則灼燒不完全，導致檢測結果偏高，若溫度過高，則導致硫酸鋇過度分解，導致檢測結果偏低。

4.2 檢測時試樣應注意的問題

（1）對于所取的粉煤灰試樣，為使檢測結果準確，應使所取樣品具有代表性。

（2）在將試樣倒入燒杯后，應用攪拌棒充分攪拌使試樣完全分散，加入鹽酸后，也應繼續攪拌，使溶液中不存在大塊試樣。

（3）在洗滌過程中，應洗滌10～12次，洗滌過程中應用蒸餾水，且溫度為80～90 ℃左右。

（4）在滴入氯化鋇的過程中，應緩慢滴加BaCl2溶液，控制反應的速率，使沉淀反應均勻進行，避免劇烈的局部反應導致不均勻的沉淀形成。如果一次性倒入較大量的BaCl2溶液，可能會導致BaSO4的產生過量，超出所需的沉淀量，從而使結果偏高，且滴加過程中，應不斷進行攪拌，使氯化鋇溶液分散均勻，溶液中的BaCl2更好地和試驗溶液中的硫酸根離子混合，避免局部過濃導致過多的晶核形成。此外，整個氯化鋇沉淀過程應在溫度較高的溶液中進行，因為高溫下反應速率更快，可以加快BaSO4的沉淀過程，同時煮沸溶液可以增大BaSO4的溶解度，從而降低溶液的相對過飽和度。這樣可以減少沉淀形成的過程中產生的小晶體數量，得到更大、更純凈的沉淀物。此外，在熱溶液中， BaSO4顆粒表面的活性位點增加，可以減少BaSO4沉淀對雜質的吸附作用，從而提高沉淀物的純度[4-5]。

（5）為了使沉淀從大晶體中析出，沉淀后應將沉淀與溶液在常溫下放置一段時間，放置過程中，小晶體不斷溶解，大晶體體積不斷增大，當小晶體飽和時，大晶體就處于過飽和狀態，此時沉淀就從大晶體中析出來了。因此，通過進行適當時間的陳化處理，可以幫助沉淀物更好地結晶，并且在析出過程中去除其中的細小晶體和雜質，從而獲得更純凈、更大的晶體。（6）在用熱蒸餾水洗滌沉淀的過程中，應控制洗滌沉淀的次數，如果洗滌次數太少，即洗滌不徹底，其中可能還殘留著一些雜質或離子，而這些雜質會影響到所測定物質的準確含量，這將導致分析結果偏高。BaSO4是難溶于水的化合物，如果洗滌次數過多，在長時間接觸過多的水時，仍然會有溶解的可能性，從而使分析結果偏低。

本文對同一試樣進行三氧化硫含量檢測，分別驗證上述注意事項對檢測結果的影響，具體檢測結果如表2所示。

5 電導滴定法

5.1 檢測方法

對所取試樣進行磨細處理，在（105±5） ℃的溫度下將試樣進行烘干，然后用萬分之一天平稱取試樣約為0.5 g放置于200 mL燒杯中，記為m1，用量筒量取100 mL熱蒸餾水倒入燒杯中，同時用攪拌棒進行攪拌，將燒杯放置在電磁加熱攪拌器上，然后攪拌時間約7～8 min，在攪拌過程中，溶液溫度升高，攪拌完成后隨即冷卻溶液，然后用滴定管向燒杯內滴加1～2滴1%的酚酞指示劑，然后再加入稀鹽酸，在此期間，燒杯內溶液由粉紅色變成無色，然后再向燒杯內滴加氯化鋇溶液，檢測電導率并確定滴定終點。

5.2 檢測原理

5.3 檢測結果分析

5.3.1 氯化鋇溶液體積對電導率的影響

不同氯化鋇溶液的滴加有不同的電導率，具體數值變化如圖1所示。

5.3.2 同一試樣采用滴定電導法與硫酸鋇重量法的檢測結果分析

針對同一批樣品，采用滴定電導法與硫酸鋇重量法進行檢測，為了充分對兩種方法的檢測結果進行對比分析，本文選取14個樣品進行試驗，每種方法進行7次平行試驗，兩種方法檢測結果如表3所示。從表3數據可以看出，與重量法檢測結果相比，電導法檢測結果偏低，但兩者差別不大，究其原因可能是電導法檢測時，硫酸鈣分解不夠。此外，從檢測速率來看，電導滴定法檢測速度較快，每個樣品耗時約為35～40 min，對于大規模檢測且試驗結果只做參考時，可采用電導滴定法進行[6]。

6 結語

將粉煤灰應用于工程領域，不僅解決了粉煤灰占用土地、污染環境的問題，而且給工程領域帶來了較好的經濟效益。但粉煤灰中過高含量的SO3會造成混凝土體積的增大，最終導致混凝土開裂，因此在使用粉煤灰時應檢測SO3的含量。本文對硫酸鋇重量法和電導滴定法兩種檢測方法的注意事項進行了探討，并分析了兩種方法檢測同一批試樣的檢測結果，從檢測結果可以看出，電導滴定法與硫酸鋇重量法的檢測結果相差不大，由于電導滴定法中硫酸鈣分解不完全，導致檢測結果偏低，但使用電導滴定法能大幅度提高檢測效率，因此對于粉煤灰中SO3含量的檢測，應根據具體情況選擇不同的檢測方法進行檢測分析。

參考文獻

[1]李瑞敏，武麗，黃侃.粉煤灰中三氧化硫的檢測分析[J].粉煤灰綜合利用，2013（4）：45-47.

[2]李淑芳.粉煤灰中三氧化硫檢測的過程及具體操作[J].四川水泥，2020（5）：9.

[3]李德標.影響粉煤灰中三氧化硫檢測的因素及最佳值選取[J].磚瓦，2023（4）：19-21，24.

[4]李慧，張金山，李緒萍.早強劑對粉煤灰-水泥砂漿力學性能的影響研究[J].混凝土世界，2023（5）： 72-76.

[5]任國峰，胡波，夏晨，等.混摻粉煤灰與煤矸石再生混凝土的綜合利用[J].江蘇建材，2023（2）：26-27.

[6]中建西部建設西南有限公司，中建西部建設股份有限公司.一種粉煤灰SO3含量檢測系統及方法：CN202210954613.3[P].2022-11-11.