摘要:粉煤灰是燒煤發(fā)電后產(chǎn)生的一種工業(yè)廢渣。本文采用Mastersizer2000型激光粒度分析儀、DSC/TG、XRD與SEM等測試手段，對景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的理化性質(zhì)進(jìn)行了分析和表征。結(jié)果表明:景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰是由平均粒徑大小為31.5μm的細(xì)微顆粒組成，粒度主要分布在1～100μm;其化學(xué)成分主要為SiO2、A12O3與Fe2O3，三者總含量高達(dá)84.4 %，其次是MgO、K2O、CaO、Na2O;其物相成分主要有石英、莫來石、赤鐵礦與玻璃相。

關(guān)鍵詞:景德鎮(zhèn)電廠;粉煤灰;理化性質(zhì)

1引 言

粉煤灰是燒煤發(fā)電后產(chǎn)生的一種工業(yè)廢渣，其細(xì)顆粒多，外觀多為深灰色。粉煤灰排放目前大多是濕排，需耗用大量的水，堆放需占用大量的土地。1999年，我國粉煤灰排放量達(dá)到1.6億噸，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計分析和預(yù)測，按目前排灰狀況和利用水平，排灰用水達(dá)10億多噸/年;貯灰占地約達(dá)50萬畝，歷年累積堆放總量已達(dá)10億噸以上，雖每年利用量在不斷增加，但總利用率還不足每年排放量的50%。因此，粉煤灰的綜合利用意義重大。目前，已有用粉煤灰為原料制備陶瓷材料的相關(guān)報道，主要用于制備工藝玻璃[1]、外墻磚[2]、日用瓷[3]、多孔陶瓷[4]、陶粒[5]、燒結(jié)磚[6-7]、釉面磚[8]、透水磚[9]、陶瓷餐具[10-11]及多孔陶瓷膜[12]等。然而，要擴(kuò)大對粉煤灰資源的利用，對粉煤灰的理化性能進(jìn)行分析是非常有必要的。筆者就地取材，選取了景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰，對其化學(xué)組成、礦物組成以及顆粒組成進(jìn)行了研究，為景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的資源利用提供理論依據(jù)。

2實驗原料

本實驗原料取自江西景德鎮(zhèn)發(fā)電廠第一粉煤灰堆場，顆粒細(xì)小，顏色為深灰色。

3實驗方法與設(shè)備

(1) 粉煤灰化學(xué)成分測定:按照GB176-87《水泥化學(xué)分析方法》執(zhí)行;

(2) 采用Mastersizer2000型激光粒度分析儀測定粉煤灰的粒徑分布;

(3) 煅燒粉煤灰:取一定量粉煤灰于電爐中煅燒，煅燒溫度為1100℃，保溫0.5h，自然冷卻后，放入干燥器中備用;

(4) 使用德國產(chǎn)的D8Advance型X射線儀(XRD) 分析原粉煤灰及經(jīng)1100℃煅燒后粉煤灰的礦物組成;

(5)使用德國產(chǎn)的STA449C型聯(lián)合熱分析儀(DSC/TG)分析粉煤灰的熱性能;

(6) 利用中國科學(xué)儀器廠生產(chǎn)的KYKV-1000B型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察粉煤灰的形貌。

4實驗結(jié)果與分析

4.1 粉煤灰的化學(xué)成分

粉煤灰的化學(xué)成分測定結(jié)果見表1。從表1的數(shù)據(jù)可見:景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的SiO2、A12O3含量分別為57.5%、24.7%，均高于全國平均值50.6%、21.1%;而Fe2O3含量為2.2%，遠(yuǎn)低于全國平均值7.2%;SiO2、A12O3與Fe2O3三者成分之和為84.4%;MgO、K2O、Na2O 與SO3含量都高于全國平均值，而CaO的含量為2.2%，低于全國平均值。按粉煤灰化學(xué)成分分類[15]，屬于低鈣粉煤灰。從表1可看出，景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的化學(xué)成分在全國波動范圍內(nèi);與弱塑性粘土相比，兩者的化學(xué)成分較為相似，因此，可用其部分替代弱塑性粘土用于生產(chǎn)陶瓷材料。此外，景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰中的SiO2與A12O3含量之和高達(dá)82.2%，能有效提高陶瓷材料的強(qiáng)度。因此，從化學(xué)組成分析可知，景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰完全可以作為陶瓷生產(chǎn)的原料使用，變廢為寶。

4.2 粉煤灰的粒徑分布

景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的粒徑分布見圖1，其分析結(jié)果見表2。

從表2數(shù)據(jù)可知:景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的粒度主要分布在1～100μm，其中粒徑小于5μm的占29.7%;小于20μm的顆粒占59.2%;大于80μm的顆粒僅占3.4%;大于100μm的顆粒占1.0%。粒徑范圍在5～10μm、10～20μm、20～80μm與80～100μm的分別占15.2%、14.3%、37.2%和2.4%;粉煤灰的平均粒徑(DM)=31.5μm、D10=1.5μm、D50=15.0μm、D90=65.3μm。以上說明景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的平均粒徑小，主要集中在20μm以下，可作為一種細(xì)微顆粒組成的陶瓷原料使用，不僅可提高陶瓷坯料的可塑性，降低產(chǎn)品燒成溫度，還能改善陶瓷材料的性能如機(jī)械強(qiáng)度等。

4.3 粉煤灰的TG-DSC與礦物組成分析

景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的TG-DSC差熱分析曲線見圖2。

從圖2可知，景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰DSC曲線有兩個明顯的吸熱峰，峰值分別位于125℃和910℃。第一個吸熱峰是由于粉煤灰排除吸附水所致;第二個吸熱峰與粉煤灰中碳酸鹽與硫酸鹽的分解、結(jié)構(gòu)水的排出有關(guān)。另外，曲線還有兩個放熱峰，分別位于850℃和1110℃，這是由于粉煤灰中未完全燃燒的物質(zhì)在850℃附近繼續(xù)燃燒放熱所致;而粉煤灰中的SiO2和非晶態(tài)Al2O3 在1100℃附近形成莫來石[14]，因而在該區(qū)域又出現(xiàn)一放熱峰。TG曲線表明，景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的總失重為9.95%，分別來源于粉煤灰中吸附水與結(jié)構(gòu)水的排出、碳酸鹽與硫酸鹽的分解以及粉煤灰中未完全燃燒的物質(zhì)繼續(xù)燃燒。

為了進(jìn)一步分析1100℃放熱峰的來源，圖3給出了原粉煤灰與經(jīng)1100℃煅燒后粉煤灰的XRD圖譜。與曲線A相比，可發(fā)現(xiàn)曲線B中莫來石(3Al2O3· 2SiO2) 衍射特征峰增強(qiáng)，石英(SiO2)與赤鐵礦(Fe2O3)的峰強(qiáng)減弱。這是由于景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰中的赤鐵礦、含硅鋁玻璃體易與石英(SiO2)在1100～1150℃生成共熔體[15]，生成的共熔體促進(jìn)了SiO2和非晶態(tài)Al2O3在1100～1150℃溫度下形成莫來石，這也正是粉煤灰DSC曲線中1100℃附近出現(xiàn)放熱峰的緣由。此外，曲線A說明景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的晶相成分主要有SiO2、3Al2O3·2SiO2與Fe2O3;同時出現(xiàn)了彌散峰，表明玻璃體的存在。其中SiO2來源于煤燃燒過程中未來得及與其它無機(jī)物化合的石英;3Al2O3·2SiO2是由煤中的高嶺土、伊利石以及其它粘土礦物分解而成;Fe2O3由高溫下煤中的FeS與熔融的硅酸鹽反應(yīng)所形成。顯然，景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰中的莫來石(3Al2O3·2SiO2)晶相能改善陶瓷材料的性能。

4.4 粉煤灰的SEM分析

景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的SEM圖片如圖4所示。從圖4可看出，景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰由許多大小不均的顆粒組成，形狀有球狀、塊狀，其粒徑大小為1～100μm。圖4中存在一空心顆粒，其粒徑約為100μm，是煤在高溫下煅燒后急冷形成，為硅鋁玻璃體[15]，主要由非晶質(zhì)的玻璃體和晶體礦物石英、少量莫來石與赤鐵礦構(gòu)成(被圖3的XRD圖譜證實)。

5結(jié) 論

(1) 景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的化學(xué)成分主要為SiO2、A12O3與Fe2O3，三者總含量高達(dá)84.4%;其次是MgO、K2O及一定量CaO、Na2O等。其化學(xué)成分與弱塑性粘土較相似。

(2) 景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的粒度主要分布在1～ 100μm，其平均粒徑為31.5μm，是一種由細(xì)微顆粒組成的原料。

(3) 景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰的物相成分主要為石英、莫來石與赤鐵礦，同時存在玻璃相。

(4) 景德鎮(zhèn)電廠粉煤灰可作為陶瓷原料加以利用，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。

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Analysis of Physical and Chemical Property of Fly Ash in Jingdezhen Power Plant

Yang Chao1，Zhou Yan-hua2

(1.School of Art Ceramic，Jingdezhen Ceramic Institute，Jingdezhen 333001，China

2.Department of Civil Engineering，Jiangxi Bluesky University，Nanchang 330000，China )

Abstract:Fly ash is an industrial waste produced by coal burning.The physical and chemical properties of fly ash in Jingdezhen power plant was analysed by Mastersizer 2000 laser particle size analyzer， DSC/TG， XRD and SEM.The results indicated that the fly ash in Jingdezhen power plant was made up of fine particles whose average size was 31.5μm， andmain particle size distribution was 1～100μm， with main chemical contents as SiO2， A12O3 and Fe2O3 ，whose content was 84.4%，followed by MgO， K2O， CaO， Na2O. The main minerals phases was quartz，mullite，hematite and glass phase.The intensity of mullite characteristic diffraction peak was strengthened after fly ash was calcined at 1100℃.

Key words:Jingdezhen power plant;fly ash;physical and chemical property