我国粉煤灰化学成分与理化性能及其应用分析

我国粉煤灰化学成分与理化性能及其应用分析

孙蕾蕾,谢蓓蓓

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河南中孚实业股份有限公司河南省巩义市451200

摘要：随着我国经济发展速度和结构的不断调整，煤炭消费已经逐渐向清洁化转变。而我国煤炭消费中煤粉灰主要用于建材行业，如水泥、陶瓷、玻璃等，并且随着我国工业化进程加大，煤粉灰的消耗量不断增加。

关键词：煤粉灰；化学成分；理化性能

引言

为了有效利用煤粉灰，避免浪费，节约能源，有必要对我国煤粉灰化学成分及理化性能进行研究。因此，本研究采用化学分析方法，从煤粉灰化学成分以及理化性能方面，分析了我国煤粉灰生产现状，并就如何有效利用我国煤粉灰生产建材等问题进行了探讨，以及为我国煤粉灰生产实践提供参考。

一、煤粉灰概述

（一）煤粉灰的组成

煤粉灰的化学成分包括SiO2、CaO2、MgO2、Al2O3及少量的R2O3。其中，Al2O3在燃烧过程中可以转化为RaO2和SiO2,MgO2主要在燃烧过程中转化为Al2O3，其中Al2O3为主要组成之一.但Al2O3含量对其化学性质和制品性能有很大影响.但Al2O3对石膏质量分数的影响比较小。Al2O3含量和碱度对于提高熟料强度及降低熟料成本有很大影响。同时，Al2O3和Al2O3具有极强活性会对石灰产生氧化作用。除此之外，Al2O3含量也会影响熟料质量和降低熟料成本。但是在生产中如果要提高熟料质量和降低熟料成本要加入一定比例Al2O3或SiO2等活性剂来增加这两种组分，这样就会造成熟料质量和生产成本降低。而这也是目前国内外研究人员对煤粉灰进行化学成分研究还不够深入和广泛.但是近年来国内外学者们对煤粉灰化学成分研究逐渐深入.目前国内学者主要在工业试验基础上对煤粉灰中阳离子、还原性、共轭碳化物（CaO2、MgO2）等理化性能进行分析。国外学者对此提出了很多建议及改进措施，并有学者对煤粉灰中无机非金属杂质进行了研究。国内研究则以有机化合物为主。

（二）煤粉灰岩化机理

煤粉灰岩化机理主要是由石灰石与煤粉在岩石的物理化学作用下发生作用所形成的。煤粉灰在熔融温度和其凝结温度（>100℃）下，在水溶液和有机酸（主要为无机酸）作用下，发生剧烈化学反应并发生热反应产生氢气，从而生成具有强烈化学变化特征的碳酸钙沉淀。同时由水蒸气在水解胶结的作用下又生成多种复杂组分，使该反应趋于复杂而明显。煤粉灰生成过程由原料煤粉经过多次热分解反应所产生的氢气和二氧化碳为碳酸钙溶液凝结而成，是工业生产中最常用的原材料（水泥生产中会用到各种胶凝材料）。此外，煤粉灰岩化反应还会引起石灰石产生的化学反应以及生成碳酸钙所形成不同体积形态岩石所产生的作用。

（三）煤粉灰的化学成分、物理性质

煤粉灰的化学成分是在经过燃烧与沉降过程中，由煤炭焦粉、熟料形成的。目前，煤粉灰主要为碳酸钙与硫酸镁，也有少量Fe2O3，它们主要是通过化学反应形成的，其生成机理主要是由于煤粉灰中存在于煤炭残留物中的SiO2和 MgO，它们在水溶液中分散度较大，因此，在燃烧过程中其体积膨胀速度比较大。此外，硫酸镁也是一种水溶性杂质，通常呈弱碱性。煤粉灰的化学性质对水泥性能具有一定相关性。由于其化学成分与水泥产品相关联并且随着温度变化产生微小变化，因此不同煤粉灰的物理性质具有明显差异。

由于煤粉灰中的碳酸盐、磷酸盐和水溶性碱成分较多，所以在进行分析时需要进行多项分析。目前，国外对煤粉灰的成分进行了比较详细的分析，其中， Soil等通过分析不同产地煤粉会得到了不同样品中煤粉灰成分含量分布情况。我国煤粉灰中碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐含量较高；其中碳酸盐含量较高的样品来自山西煤粉灰中碳酸镁含量在40%以上；磷酸盐占比在20%左右；水溶碱元素占比在10%以上。因此从这几种成分可以看出我国煤粉灰均以水溶碱元素作为主要成分。在煤粉灰中水溶碱元素种类及其含量分布情况方面主要以 HgS、 HgO为主；水溶碱元素主要以 ZnO、 CaO为主来源，而 HgO含量在10%以上的样品均为水溶碱元素为主来源的物质；水溶碱元素主要以 ZnO、Na2SO4为主来源；水溶碱元素主要以H2S和 HgO为主来源；水溶碱元素主要以 ZnO为主来源；水溶碱元素主要以 ZnO为主来源。

（四）运用情况，及其应用分析

煤粉灰作为水泥生产时产生的副产品，具有强度高、可塑性好以及吸水率低等优点。因此，对煤粉灰进行综合利用已成为一个必然趋势。随着我国水泥产量不断增加，产生的煤粉灰也越来越多。但是由于煤粉灰制备工艺及相关技术不成熟，造成煤粉灰利用率低，且由于煤粉灰不能直接应用于水泥生产中，因此将煤粉灰再利用于水泥生产是十分必要的。对于煤粉灰使用情况分析如下：煤粉灰具有良好的水泥特性和优良的水化、分解性能；是良好的膨胀剂和缓凝剂；是天然胶凝材料；可作为缓凝剂生产碳酸钙黏土材料；可用于混凝土制品；可作减水剂用于制备天然膨胀混凝土及其他用途等。

二、利用煤粉灰生产建材的几点建议

（一）加强对煤粉灰物理性能和化学成分及理化性能的研究

煤粉灰在经过一系列加工处理后，所产生的煤粉灰的物理性质基本不变，但其化学成分及理化性能发生了一定变化。在综合利用煤粉灰生产新型墙体材料方面，首先需要对煤粉灰物理性能进行优化。目前，我国已有大量厂家在生产利用煤粉灰生产新型墙体材料时，普遍采用传统工艺进行生产。这种传统工艺会造成煤粉灰利用率低下、产品质量不稳定等问题。因此，应该加大对煤粉灰物理性能研究力度，使其符合国家建筑材料行业标准要求。其次需要提高煤粉灰制品的碱度。目前，煤粉灰碱度标准对煤粉灰制品碱度指标还没有严格的规定，应结合煤粉灰自身特性和国内外新型墙体材料产品特性等，进一步细化煤粉灰产品标准要求和标准制定方法。

（二）加大对生产设备技改投入

目前国内绝大多数煤粉灰生产企业都是采用人工或半自动化方式来生产，效率低下，产品质量不稳定。如果能采取智能化技术，采用自动控制方式，不仅能降低人工成本，提高劳动生产率，而且还可以使产品质量更稳定，降低产品成本。此外，为了适应市场需求，有必要引进国内外先进设备，扩大生产规模，提升产品质量。此外，对于一些中小型煤粉灰生产企业来说，引进国外先进设备可以节约投资成本。目前国内中小型煤粉灰生产企业大多采用传统方式来生产，这些企业都是为了生产，设备落后，生产工艺简单且成本较高，不利于提高产量，难以降低生产成本；同时其存在一些设备老化现象，生产设备使用时间较长后就会出现老化现象，需要进行全面改造和更新。

（三）重视生产工艺参数的调整

煤粉灰生产过程中，要不断加强对煤粉灰的研究和认识，保证煤粉灰中水分、盐分与二氧化碳的含量等理化指标在标准允许范围内，生产出满足国家相关标准和规范要求的产品。同时应对煤粉灰生产中各种工艺参数进行调整，在保证煤粉灰生产质量的同时，降低生产成本。目前我国煤炭开采方式主要以露天开采为主，主要是煤矸石、粉煤灰等经加工制成煤矸石、粉煤灰等建材产品。从煤矸石利用煤粉灰产品生产建材领域，已经形成了完整的产业链。煤粉灰行业要不断研究，创新煤粉灰新型墙体材料，开发适用于各类工程领域的新型建材产品。

参考文献

[1]刘全, 白志民, 王东,等. 我国粉煤灰化学成分与理化性能及其应用分析[J]. 中国非金属矿工业导刊, 2021.

[2]邓学志. 粉煤灰与耐火材料应用领域的常规性能研究[J]. 居舍, 2020(12):183+197.