锡盟地区粉煤灰物理性质及化学成分分析

石建萍 周筱 丁海萍(锡林郭勒职业学院，锡林浩特 026000)

锡盟地区粉煤灰物理性质及化学成分分析

石建萍 周筱 丁海萍(锡林郭勒职业学院，锡林浩特 026000)

利用SEM、XRD和ICP-OES等分析手段对锡林郭勒盟地区具有代表性的两种褐煤粉煤灰的物理性质、化学成分、矿物组成及颗粒形貌进行了分析。对锡盟地区粉煤灰的利用现状进行了调研，结合锡盟地区粉煤灰的物理化学性能，提出了综合利用途径。

锡林郭勒盟；褐煤粉煤灰；性质；综合利用

内蒙古锡林郭勒盟褐煤储量丰富，目前有七个火电企业，采用的发电锅炉均为煤粉炉，装机容量共621.6万千瓦，满负荷运行后预计粉煤灰产量为500万吨。国家已将锡林郭勒盟确定为能源输出基地，配套建设十三个电源点、1800万千瓦的火电项目，全部满负荷运行后粉煤灰年排放量将达2500万吨。一方面粉煤灰大量堆积，占用土地,污染环境，另一方面企业在运输、储存粉煤灰时要耗费大量人力、物力、财力，使企业背上沉重的包袱。但是，锡盟地区粉煤灰利用水平还较低，用量有限,而且不同地区，不同企业排放的粉煤灰性质差别很大，使粉煤灰的资源化利用工作存在很大困难。因此，通过对锡盟地区具有代表性的粉煤灰特征的研究，探索一条具有较高经济效益和环境效益的粉煤灰利用新途径，对提高粉煤灰利用的效益，减轻企业负担有着重要意义。

1 粉煤灰物理化学性能分析

1.1 化学成分

常量元素测定采用碱法消解，微量元素测定采用湿法酸消解。利用PerkinElmer公司Optima8000电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)进行化学成分分析。

从表1-1可知，粉煤灰所含主要化学元素是Al和Si，其次为Ca、Fe、Mg、Na、K、Ti，主要化学成分是Al2O3和SiO2，总含量达70%以上。两个电厂粉煤灰中的Cd和上都电厂一场灰中的As含量大于GB15618-1995《土壤环境质量标准》，其他元素都在合理范围内。

表1 -1.上都电厂一场灰和锡林热电厂总灰常量元素含量

表1 -2.上都电厂一场灰和锡林热电厂总灰微量元素含量

1.2 粒径分布与比表面积

粒径分析采用BT-9300S型激光粒度分布仪，比表面积分析采用彼奥德MFA-140多功能吸附仪。两种灰的粒径都比较小，分别有81.76%和92.14%的颗粒粒径小于45μm，比表面积分别为1.1842和0.5496m2/g。

1.3 矿物组成

采用PANalytical X’Pert3Powder X射线衍射仪，结果如图1-1、1-4所示，从衍射图谱可以看出：各电厂粉煤灰结晶物质均以石英和莫来石为主，并有少量的蓝晶石，铁的存在形式主要是磁铁矿。

图1 -1.锡林热电厂X射线衍射图

1.4 颗粒形貌

图1 -2.锡林热电厂总灰和上都电厂一场灰SEM图（A锡林热电厂总灰放大200倍、B锡林热电厂总灰放大1800倍、C锡林热电厂总灰放大10000倍、D上都电厂一场灰200倍、E上都电厂一场灰3000倍、F上都电厂一场灰10000倍）

SEM采用EVO MA 10扫描电镜，结果如图1-5。通过图1-5A和图1-5D的对比可以看出，上都电厂一场灰多为规则的球状，而锡林热电厂总灰有很大一部分为不规则的形状，另外一部分为规则的形状。从图1-5B和图1-5E中可以看出，锡林热电厂总灰和上都电厂一场灰的球状外壳之内，包裹着很多更为细小的小球，锡林热电厂总灰的球状外壳之内还包含部分片状的结晶。上都电厂一场灰的外壳相比于锡林热电厂总灰更薄。从图1-5C中可以看出锡林热电厂总灰的表面十分光滑，图1-5E中可以看出上都电厂一场灰的表面相比于锡林热电厂总灰的表面更为粗糙，且有很多小的颗粒附着在球体表面，由此判断上都电厂一场灰相比于锡林热电厂总灰具有更高的反应活性。

2 锡林郭勒盟粉煤灰综合利用现状

目前，锡林郭勒盟燃煤电厂装机容量锡盟粉煤灰利用率为53.5%，主要用于生产水泥、混凝土和新型环保砖。全盟规模以上水泥生产企业13户，年生产能力为1000万吨，2013年水泥产量为660万吨。全盟规模以上粉煤灰、综合利用企业8户，生产新型环保砖41566万块，混凝土130.3万立方米。总体来说，锡盟地区粉煤灰利用水平还较低，用量有限。

3 结语

两种灰中的SiO2、Al2O3含量很高，其火山灰活性很强，同时Al2O3对降低粉煤灰的熔点有利，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个粉煤灰化学组成的一半以上，具备生产微晶玻璃的条件。其CaO含量也远远高于全国平均值3.21%[4]，说明将其应用于应用于建筑工业，对提高混凝土的早期强度很有帮助。Al2O3含量高于20%，X射线衍射结果表明有部分Al的存在形式为非晶态，因此可用于制备高纯氧化铝[5]。上都电厂一场灰的比表面积很大，且绝大多数重金属元素含量符合国家标准，说明可以在土壤改良、废水处理等领域进行应用。有资料显示，5-45μm颗粒越多，粉煤灰活性越高，大于80μm的颗粒对粉煤灰活性不利[6]，上都电厂一场灰和锡林热电厂总灰分别有81.76%和92.14%的颗粒粒径小于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射线衍射结果表明两种灰中的中间不稳定矿物相较多，这对其活性的增加也是有益的。因此该种粉煤灰是一种宝贵的硅酸盐原材料，在简单工艺条件下就可用其生产出优质建材产品,如水泥、免烧砖及新型墙体材料等。

[1]周广信，叶玉新，等.提高粉煤灰活性途径及应用方法的研究[J].粉煤灰，1997，（6）：24-27.

[2]谭盐宾，李化建，等.烧失量和细度对粉煤灰浆体流变特性的影响[J].铁道建筑，2010，（2）：127-129.

[3]沈永康.粉煤灰质量的评定与分类方法探讨[J].建筑节能,1983(05)

[4]杨权成,马淑花,谢华,等.高铝粉煤灰提取氧化铝的研究进展[J].矿产综合利用,2012(3):3-7.

[5]袁春林,张金明.我国火电厂粉煤灰的化学成分特征[J].电力科技与环保,1998(1):9-14.

[6]栋材,胡明华.燃煤电厂粉煤灰品质参数的研究[C]// 2013亚洲粉煤灰及副产石膏处理与利用技术国际交流大会. 2013.

石建萍（1985-），女，硕士研究生，讲师，研究方向为化学化工教育、工业固废综合利用

周筱（1990-），男，硕士研究生，研究方向为粉煤灰综合利用，

丁海萍（1986-），女，硕士研究生，研究方向为粉煤灰综合利用，