燃煤电厂粉煤灰样品检测及作用机理分析

陈文彬

（深圳市东大洋混凝土有限公司，广东 深圳 518114）

 

摘  要：粉煤灰是燃煤电厂煤粉炉烟道气体中收集到的固体废弃物，它是一种火山灰质材料，自身不具有或仅具有微弱的胶凝性。本文通过化学检测方法分析燃煤电厂粉煤灰的化学成分、物相组成及晶体形貌并研究其在混凝土中作用机理，探讨粉煤灰的活性激发对混凝土性能的改善作用，合理利用好粉煤灰。

关键词：粉煤灰；化学分析；活性激发；作用机理

 

我国有丰富的煤炭资源，电力工业的发展以燃煤火力发电为主，由于燃煤机组的不断完善，电厂规模的不断扩大，导致了粉煤灰排放量的急剧增长。电厂锅炉在燃用无烟煤和劣质烟煤的情况下，由于经济燃烧还存在一些技术上的困难，因此煤粉不能完全燃烧，造成粉煤灰中含碳量增高，未燃烬碳粒会造成粉煤灰综合利用困难，影响了粉煤灰资源的开发，不利于环境保护。

本文通过对某燃煤电厂随机采集的样品进行化学分析，探讨粉煤灰活性激发的最佳状态，商混搅拌站如何针对性合理利用好粉煤灰，改善混凝土性能。

一、分析方法及仪器设备

1、X射线粉末衍射分析（XRD）：用于鉴定样品的物相组成。X射线粉末衍射仪为日本理学D/max－2000型，铜靶（Cu Kα）,扫描范围2.5～45°（2θ），扫描速率：2°/min，步宽0.020，管电压40kv，管电流34mA，石墨单色器，连续扫描。

2、扫描电镜分析 (SEM)：用于观察试样的晶体形貌和大小。Hitachi S—4800型场发射扫描电镜，工作距离8.8～8.mm，电压5kV。

3、傅立叶转变红外光谱(FT-IR)：采用KBr压片法，Nicolet Nexus—6700型傅立叶转变红外光谱仪表征其红外吸收特征，扫描范围400～ 4000cm－1。

4、X射线荧光光谱分析（XRF）：用于鉴定样品的化学成分含量，样品经850℃煅烧3h除掉烧失量后进行测试。

5、样品预处理：将样品在数显鼓风干燥箱中110℃烘6h去掉样品的水分，最后粉磨至300目待测。

二、测试结果分析

1、X射线荧光分析（XRF）

表1  样品的主要化学成分含量（ω％）

SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	SO3	TiO2	烧失量
42.59	16.98	13.64	12.39	3.74	1.55	2.51	0.46	0.95	4.93

从表1中可以看出粉煤灰中的化学成份含有大量活性SiO2及Al2O3，在潮湿的环境中与Ca(OH)2等碱性物质发生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，对混凝土能起到增强作用和堵塞混凝土中的毛细组织，提高混凝土的抗腐蚀能力。

2、扫描电镜（SEM）分析

从图1可以看出渣样放大150倍的SEM图中也含有疏松多孔的余炭、球形微珠和不规则的块状；放大5000倍的SEM图中，球状颗粒表面附着许多疏松多孔的絮状玻璃体。粉煤灰中玻璃微珠的这种形态对混凝土而言，无疑能起到减水作用、致密作用和匀质作用，促进初期水泥水化的解絮作用，改变拌和物的流变性质、初始结构以及硬化后的多种功能，尤其对泵送混凝土，能起到良好的润滑作用。但未燃尽的碳粒会增加混凝土需水量，吸附混凝土减水剂，导致混凝土水胶比增大，降低混凝土强度及耐久性能，实体结构中混凝土碳化也相应增大。

    

图1  样品放大150倍（左）和5000倍（右）的SEM图

3、X射线粉末衍射分析（XRD）

 从图2中可以看出，样品的XRD谱图主要为“馒头状”衍射峰，说明其玻璃相含量较高，出现的石英衍射峰高而且尖锐，说明他们的石英晶相较多。

 

图2   样品的XRD分析谱图

4、傅里叶热红外光谱分析（FT-IR）

从FT-IR分析谱图可以看出，样品在3445cm^-1附近有很强的吸收峰，属于水分子的伸缩振动带；1630cm^-1处的吸收峰存在有水分子的弯曲振动带；在1030cm^-1；740cm^-1、470cm^-1附近的吸收峰分别代表反对称伸缩振动、对称伸缩振动和弯曲振动吸收峰。

 

图3   样品的FT-IR分析谱图

从图1、2、3中分析可得出粉煤灰中粒径含有很小的微珠、碎屑及玻璃晶相，在水泥石中可以相当于未水化的水泥颗粒，极细小的微珠相当于活泼的纳米材料，能明显的改善和增强混凝土及制品的结构强度，提高匀质性和致密性。

三、结论

1、未燃烬碳粒是粉煤灰在混凝土应用中的主要障碍，可对粉煤灰进行脱碳处理，可选用浮选法、电选法及湿法旋流浮选工艺，做到灰碳分离，浮选得到的精煤作为电厂的燃料，尾灰可达到在混凝土使用中的最佳活性激发效果。

2、依据粉煤灰在混凝土中的三大效应，形态效应是物理效应，活性效应是化学效应，而微集料效应既有物理效应又有化学效应。这三种效应相互关联，互为补充。粉煤灰的品质越高，效应越大，所以我们在应用粉煤灰时应根据混凝土的不同要求选用适宜和适量的粉煤灰。