大约每燃烧1t煤,生成150~200kg粉煤灰。全国每年排放的粉煤灰已超过7000万吨,占用了大量土地(或山谷)、江河、湖泊。因此,如何利用粉煤灰是我国迫切需要解决的问题。
1 粉煤灰的特性
粉煤灰是从煤粉炉烟道气体中收集的粉末。煤中除可燃物外,主要含有粘土质矿物,所以,粉煤灰实际上是粘土质矿物在高温下燃烧后的产物。锅炉中煤粉的燃烧温度高达1100~1500℃,由于煤粉中的粘土矿物在燃烧过程中生成的SiO2、Al2O3,Fe2O,在1000℃时便成为熔融状。在排出炉外时经急速冷却,因大部分自由分子来不及形成晶体而成为细小的球形颗粒状玻璃体,从而具有良好的活性。
(1)化学成分
粉煤灰的化学成分主要是SiO2和Al2O3,还有少量的Fe2O3、CaO、MgO及其它微量元素。此外,还有一定数量的未燃尽炭(以烧失量表示),所有化学成分的数量都随煤质及燃烧工艺的不同而不同。我国粉煤灰化学成分变动范围大致如下:烧失量不超过20%;SiO2:40~60% Al2O3:20~35%;CaO:1~10%(高钙灰15~25%);Fe2O3:3~10%;MgO:5%以内;SO3:2%以内;K2O+Na2O:3.5%以内。
(2)矿物组成
粉煤灰的主要矿物是硅铝玻璃体,其含量一般在70%左右,其它还有结晶矿物莫来石和石英,少量的碳酸钙、赤铁矿和磁铁矿等。此外尚残存少量形状不规则的焦炭颗粒和半焦炭颗粒。
(3)物理性质
粉煤灰是一种浅灰色或黑色细粉,含炭量越多,颜色越深。粉煤灰密度通常在1.8~2.5g/cm3之间,细度(0.08mm方孔筛筛余)3~30%,电收尘的干灰细度较小。颗粒粒径一般为1~50μm。标准稠度需水量变化在24.3~74.1%之间。粉煤灰颗粒表面粗糙多孔,而粗大多孔隙的颗粒大多是未燃尽的炭粒。因此,衡量其品质的好坏,除了细度,标准稠度需水量是一个重要指标。
2 粉煤灰的活性及其影响因素
粉煤灰本身虽不具有单独的硬化性能,但当它与石灰、水泥等碱性材料加水混合以后,即能在空气中硬化,并在水中继续硬化,这就是粉煤灰的活性。活性是综合反映粉煤灰中各成分与CaO进行反应的能力指标。
(1)标准稠度需水量
如前所述,粉煤灰颗粒表面往往是粗糙多孔的,且粗大多孔的颗粒大多是未燃尽的炭。另外,由于冷却条件的限制,粉煤灰中玻璃体含量降低,也表现在粉煤灰颗粒的粗大多孔上。多孔的颗粒必定使混合的水料比增大。标准稠度需水量能比较准确反映粉煤灰的颗粒形貌。
(2)粉煤灰的细度
粉煤灰与石灰的反应主要靠其颗粒表面可溶物质的溶解并与Ca(OH)2生成水化硅酸钙,从而把尚未参加反应的颗粒残核粘结起来形成整体并具有一定强度。粉煤灰的细度直接反映了其参与水化反应的能力。另外,粉煤灰的细度还反映了煤粉燃烧的状态。一般来说,活性好的粉煤灰颗粒较小。
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