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国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,粉煤灰,,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,一、粉煤灰的定义和分类,粉煤灰是一种火山灰质矿物外加剂，是火力发电厂燃煤锅炉排除的烟道灰。粉煤灰是由结晶体、玻璃体以及少量未燃尽的碳粒所组成。国外把CaO含量超过10的粉煤灰称为C类灰，而低与10的粉煤灰称为F类灰。F类由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰C类由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰,其CaO含量一般大于10,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二、粉煤灰基本性能,1、外观特性粉煤灰外观类似水泥，颜色在乳白色到灰黑色之间变化。粉煤灰的颜色是一项重要的质量指标，可以反映含碳量的多少和差异。在一定程度上也可以反映粉煤灰的细度，颜色越深，粉煤灰粒度越细，含碳量越高。粉煤灰就有低钙粉煤灰和高钙粉煤灰之分。通常高钙粉煤灰的颜色偏黄,低钙粉煤灰的颜色偏灰。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5～300μm。并且珠壁具有多孔结构，孔隙率高达5080，有很强的吸水性,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2、粉煤灰的化学成分以二氧化硅和三氧化二铝为主，其它为三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质烧失量。,,煤粉炉粉煤灰的化学成分单位％,二、粉煤灰基本性能,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二、粉煤灰基本性能,3、微观性能粉煤灰的显微结构主要是研究颗粒形状、内部结构及物相种类等特性。3．1漂珠漂珠一般呈乳白色，密度小于1g/cm3，粒径15μm180μm，以玻璃相为主，空心球，漂于水面，玻璃相内有残存气体包裹。在熔融态时，因表面张力的作用，在最终收缩过程中，产生复合结构的微珠（即子母珠）。有呈定向针状莫来石集合体和交织状的针状莫来石晶体。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二、粉煤灰基本性能,3、微观性能3．2沉珠（硅铝质玻璃微珠）一般呈灰白色，粒径小于50μm，密度为1.8-2.7g/cm3可沉于水底。SiO2和Al2O3的总和通常在80以上，珠体形成的温度为1300℃-1400℃左右，其物相主要为玻璃相、莫来石及少量鳞石英晶体析出，莫来石的含量与晶体的程度高于石英如果对微珠进行轻度溶蚀，使壳层玻璃体溶解，可清晰见到从珠壁向内生长的针状莫来石晶体，并且大微珠内还包裹着更小的微珠。也有微珠在玻璃质珠壁上析出莫来石和鳞石英。其玻璃基质有很多气孔出现。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二、粉煤灰基本性能,3．3海绵体玻璃体（也称不规则微珠）当煤粉粒子较粗或锅炉温度低于1300℃时，煤粉中的铝硅酸盐黏土矿物来不及完全液化，通过固-液相反应和快速冷却而形成的。在液相粘度较大所形成的硅铝玻璃体表面极为粗糙，具有大量微孔的近似圆形的海绵体的不规则微珠。该微珠呈乳白色-灰色，粒径小。含硅量高，有少量的莫来石等。3．4磁珠也称高铁微珠，呈黑色，粒径为50μm左右，导电，并显磁性，密度为3.84.2g/cm3。该珠体是由富铁组成的粉煤灰溶体从高温快速冷却，通过表面张力收缩形成的，成珠后溶体极易析出磁铁矿、赤铁矿和方铁矿等晶体。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,某电厂粉煤灰的颗粒形貌（1）,,1000,500,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,某电厂粉煤灰的颗粒形貌（1）,2000,5000,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,某电厂粉煤灰的颗粒形貌（2）,1000,2000,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,某电厂粉煤灰的颗粒形貌（2）,3000,5000,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,某电厂粉煤灰的颗粒形貌（3）,200,500,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,某电厂粉煤灰的颗粒形貌（3）,1000,2000,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,某电厂粉煤灰的颗粒形貌（3）,3000,5000,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,某电厂粉煤灰的颗粒形貌（4）,1000,2000,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,某电厂粉煤灰的颗粒形貌（4）,4000,5000,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二、粉煤灰基本性能,3．5残炭残炭的形成是当煤粉过粗或炉温较低时，燃烧不完全形成的一种未燃尽的残屑。一般呈黑色，粒度范围较大，密度在1.5g/cm3左右表面疏松多孔，有片状残炭、半圆状残炭、多孔球状残炭及无定形残炭和硅铝微珠连接体。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二、粉煤灰基本性能,4、水化活性粉煤灰最主要的三大效应。第一，“形态效应”。在显微镜下显示，粉煤灰中含有70％以上的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑，质地致密。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。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二、粉煤灰基本性能,4、水化活性第二，“活性效应”。粉煤灰的“活性效应”因粉煤灰系人工火山灰质材料，所以又称之为“火山灰效应”。这一效应能对混凝土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。第三，微集料效应。粉煤灰中粒径很小的微珠和碎屑，在水泥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，能明显地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。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,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,三、粉煤灰混凝土的工作性能,1）减少混凝土需水量。2）改善混凝土泵送性能。3）提高混凝土密实性、流动性和塑性。4）减少泌水与离析。5）减少坍落度损失。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,四、粉煤灰优缺点,1）节省费用。2）改善新拌混凝土的工作性。3）改善混凝土的长期性能或极限强度。4）改善混凝土抗硫酸盐侵蚀、碱集料反应等耐久性能。5）与外加剂的叠加效应，使减水剂效果更为明显。6）降低混凝土的放热高峰。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,四、粉煤灰优缺点,1）由于混凝土碱度降低可能引起钢筋锈蚀的保护性能降低。2）粉煤灰含碳量的较高时将影响混凝土外加剂的适应性，如降低引气剂引气效果。3）由于用水量的降低，要求更为严格的养护制度。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T1596-2005）本标准适用于拌制混凝土和砂浆时作为掺合料的粉煤灰及水泥生产中作为活性混合材料的粉煤灰.粉煤灰-电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末称为粉煤灰.根据GB/T1596粉煤灰技术指标,五、用于水泥和混凝土中的粉煤灰,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,1、粉煤灰需水量比1.1、试验目的粉煤灰的需水量比对混凝土影响很大除了强度外，还影响流动性和早期收缩，因此做好需水量比为混凝土试配提供依据。1.2、原理按GB/T2419测定试验胶砂和对比胶砂的流动度,以二者流动度达到130mm一140mm时的加水量之比确定粉煤灰的需水量比。,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,1.3、材料①水泥GB14-1510强度检验用水泥标准样品。②标准砂符合GB/T176711999规定的0.5mm一1.0mm的中级砂。③水洁净的饮用水。1.4、仪器设备①天平量程不小于1000g,最小分度值不大于1g。②搅拌机符合GB/Tl7671一1999规定的行星式水泥胶砂搅拌机。③流动度跳桌符合GB/T2419规定,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,1.5、试验步骤①胶砂配比按下表所示,②试验胶砂按GB/T17671规定进行搅拌。③搅拌后的试验胶砂按GB/T2419水泥胶砂流动度测定方法测定流动度,当流动度在130mm～140mm范围内,记录此时的加水量；当流动度小于130mm或大于140mm时,重新调整加水量,直至流动度达到130mm～140mm为止。,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,1.6、结果计算需水量比按下式计算式中X需水量比,单位为百分数；L1试验胶砂流动度达到130mm～140mm时的加水量,单位为毫升（mL）；125对比胶砂的加水量,单位为毫升（mL）。计算至1。1.7、结果评定根据GB/T1596粉煤灰技术指标评定。,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2、粉煤灰细度试验方法2.1、原理利用气流作为筛分的动力和介质，通过旋转的喷嘴喷出的气流作用使筛网的待测粉状物料呈流态化，并在整个系统负压的作用下，将细颗粒通过筛网抽走，从而达到筛分的目的.2.2、仪器设备①.负压筛析仪45μm方孔筛筛座真空源和吸尘器组成.②.天平;l量程不小于50g最小分度值不大于0.01g。,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2.3、试验步骤A..将检测粉煤灰.样品在105-110℃烘箱烘至恒重，取出放在干燥器中冷却至室温。B.称取试样10g准确至0.01g到入45微米方孔筛上，将筛子置于筛座上盖上筛盖。C．接通电源定时3min开始筛析。D．观察负压表负压稳定在4000-6000若负压小于4000因停机。清理收尘器中的积灰后再进行筛析。E..在筛析过程中,可用轻质木棒或硬橡胶棒轻轻敲打筛盖.以防吸附.F.3min后筛析自动停止,观察筛余物,如果颗粒成球粘筛或有细颗粒沉积在筛框边缘,用毛刷轻轻刷开,再筛析1-3min直至筛分彻底为止.将筛网内的筛余物收集并称量,准确至0.01g.,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2.4、结果计算45μm方孔筛筛余等于筛余的质量除以称取试样的质量单位为克。2.5、结果评定根据GB/T1596粉煤灰技术指标评定。,,式中F45μm方孔筛筛余，单位为百分数（）；G1筛余物的质量，单位为克（g）；G称取试样的质量，单位为克（g）。计算至0.1。,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,3、粉煤灰安定性试验安定性试验方法按GB/T1346水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法进行.净浆试验样品和被检验粉煤灰按73质量比混合而成.雷氏夹沸煮后增加距离不大于5.0㎜,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,4、粉煤灰烧失量试验烧失量试验方法按GB/T176-2008水泥化学分析方法进行。试样制备4.1、试样是按标准取样且具有代表性均匀性。采用四分法或缩分器将试样缩分至约100g,经过80μm方孔筛筛析，用磁铁吸去筛余物中金属铁，将筛余物经过研磨后使其全部孔径为80μm方孔筛,充分混匀，装入试样瓶中，密封保存供测定用。4.2、烧失量试验灼烧差减法方法提要试样在（95025）℃的高温炉中灼烧，驱除二氧化碳和水分，同时将存在的易氧化的元素氧化。通常矿渣硅酸盐水泥应对由硫化物的氧化引起的烧失量的误差进行校正，而其他元素的氧化引起的误差一般可忽略不计。4.3、分析步骤称取约1g试样（m1），精确至0.0001g，放入已灼烧恒量的瓷坩埚中，将盖斜置于坩埚上，放在高温炉内，从低温开始逐渐升高温度，在（95025）℃下灼烧15min～20min,取出坩埚置于干燥器中，冷却至室温，称量。反复灼烧，直至恒量（m2）。,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,4.4、烧失量的质量分数按下式计算式中WLOI烧失量的质量分数，；m1试料的质量，单位为克（g）；m2灼烧后试料的质量，单位为克（g）。4.5、结果评定根据GB/T1596粉煤灰技术指标评定。,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,六、粉煤灰的试验,4.5游离Ca0含量4.5.1方法原理在加热搅拌下，使是试样中的游离氧化钙与乙二醇作用生成弱碱性的乙二醇钙，以酚酞为指示剂，用苯甲酸无水乙醇标准滴定溶液滴定。4.5.1分析步骤称取约0.5g试样m1，精确至0.0001g，置于250ml干燥的锥形瓶中，加入30ml乙二醇乙醇溶液，放入一根搅拌子，装上冷凝管，置游离氧化钙测定仪上，,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,以适当的速度搅拌溶液，同时升温并加热煮沸，当冷凝下的乙醇开始连续滴下时，继续在搅拌下加热微沸4min，取下锥形瓶，用预先用无水乙醇润湿过的快速滤纸抽气过滤或预先用无水乙醇洗涤过的玻璃砂芯漏斗抽气过滤，用无水乙醇洗涤锥形瓶和沉淀3次，过滤时等上次洗涤液过滤完后再洗涤下次。滤液及洗液收集于250ml的抽滤瓶中，立即用苯甲酸无水乙醇标准滴定溶液滴定至微红色消失。,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,4.5.2计算结果式中wfCaO游离氧化钙质量分数，T”CaO苯甲酸无水乙醇标准滴定溶液对氧化钙的滴定度，mg/mlV41滴定时消耗苯甲酸无水乙醇标准滴定溶液的体积，mlm1试样的质量，g水泥化学分析方法GB/T176-2008,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,5、含水量试验方法5.1试验步骤①称取粉煤灰试样约50g，准确至0.01g,倒入蒸发皿中②调整烘干箱105～110℃③烘至恒重，干燥器中冷却后称量，准确至0.01g5.2计算公式Ww1-w0/w1100式中W含水量，（）W1烘干前试样的质量，gW0烘干后试样的质量，g计算至0.1例作粉煤灰含水量检验,粉煤灰试样50.00g,烘干后40.00g,其含水量为CA10.0B15.0C20.0D25.0,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,6、活性指数试验方法,六、粉煤灰的试验,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,生产建材（水泥、砖瓦、砌块、陶粒等）建筑工程（混凝土、砂浆等）筑路（路堤、路面基层、路面等）回填（结构回填、建筑回填、填低洼地和荒地、充填矿井、煤矿塌陷区、建材厂取土坑、海涂等）农业（改良土壤、生产复合肥料、造地等）从粉煤灰中回收原材料漂珠、三氧化二铝、三氧化二铁、二氧化硅、碳粒等,七、粉煤灰的综合利用途径,,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,八、粉煤灰综合利用概述,粉煤灰是火力发电厂的主要废弃物，其产量逐年增大。处理不当将严重污染环境目前国内外已经把粉煤灰广泛应用于建材、建工、回填、筑路、农业、化工、环保、高性能陶瓷材料等众多领域。国外20世纪30年代就用粉煤灰配置混凝土英国粉煤灰利用率为46.2,德国65,法国75。美国把粉煤灰列入矿物资源的第七位，排在矿渣石灰与石膏之前。美国20世纪30、40年代就用粉煤灰建造水坝日本也从20世纪50年代起用粉煤灰建造水坝,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,粉煤灰的形成粉煤灰指从燃煤（含煤矸石、煤泥）锅炉烟气中收集的粉尘和炉底渣以及燃煤电厂生产过程中产生的脱硫、脱硝灰渣不同类型锅炉产生灰渣的形态、性质及比例均有所不同。粉煤灰产生量2008年粉煤灰产生量3.95亿吨。粉煤灰产生量大的原因燃煤发电机组规模大（2008年全国燃煤发电装机总容量6.03亿千瓦）；燃煤灰分高（平均灰分26％左右）；20万千瓦以下机组占燃煤装机容量25左右发电煤耗高。,八、粉煤灰综合利用概述,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,,九、粉煤灰的综合利用情况,粉煤灰产生与综合利用量,亿吨,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,十、粉煤灰在建材行业的应用现状,1粉煤灰制砖粉煤灰烧结砖是我国目前吃灰量很大的项目之一，生产工艺及主要设备与普通粘土砖基相同。与普通粘土砖相比，其各项性能均能达到要求，并能降低建筑物的自重，提高建筑物的保温性能，其使用效果优于普通粘土砖。目前国家已逐步禁止使用实心粘土砖，这样粉煤灰烧结砖市场前景广阔。粉煤灰蒸养砖也可以和粘土砖一样，作为承重墙体材料应用于工业与民用建筑。生产粉煤灰蒸养砖可以使用质量较差和长年积存在灰坑中的湿排灰，提供了一条可行的出路。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,十、粉煤灰在建材行业的应用现状,2、粉煤灰制砌块粉煤灰砌块目前主要是粉煤灰小型空心砌块等品种。粉煤灰小型空心砌块的主要工艺特点是①原材料胶结料以水泥为主；集料由炉渣、砂、石或人造轻集料的多元材料组成；②生产工艺由带模养护变为脱模养护，成型设备由振动台变为加压振动成型机组流水作业，劳动生产率提高，劳动强度降低,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,十、粉煤灰在建材行业的应用现状,3粉煤灰作为制水泥和混凝土的原材料粉煤灰的成分与粘土相似，可以替代粘土配料生产水还可利用其残余碳，在煅烧水泥熟料时可节约燃料。用粉煤灰做生产水泥的混合材料时，主要是利用其火山灰性质。根据粉煤灰掺量的不同，生产不同品种的水泥。粉煤灰加气混凝土是以粉煤灰为基本原料，配以适量的生石灰、水泥、石膏及铝粉等添加剂制成的一种轻质混凝土建筑材料，粉煤灰掺量一般可达70％。用粉煤灰作混凝土掺和料，要求粉煤灰有较高的质量，如细度要大、活性要高、含碳量要低。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,十、粉煤灰在建材行业的应用现状,4粉煤灰生产其他建筑材料粉煤灰还可用于生产粉煤灰陶粒、灌浆材料等。5、粉煤灰在道路工程中的应用用灰量占利用总量的20％，粉煤灰、石灰石、砂稳定路面基层。粉煤灰用于护坡、护提工程和粉煤灰修筑水库大坝，建造广场、机场、港区的地基等。粉煤灰沥青混凝土。6、从粉煤灰中提取矿物和高值利用粉煤灰中部分具有工业价值的稀有元素通常在细粒飞灰中富集，达到工业品位，可予以提取利用。目前己提取出铝、锗、镓、银、锅、铀等多种金属。这是粉煤灰综合利用的一条可行途径。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,十一、粉煤灰在农业方面的应用,1利用粉煤灰改善土壤可以明显地改善土壤结构降低容重增加孔隙度提高地温、缩小膨胀率，从而显著地改善黏质土壤的物理性质促进土壤中微生物活性，有利于养分转化和种子的萌芽，合理施用符合农用标准的粉煤灰对不同土壤都有增产作用。对于黏、重、板及酸性土壤，每公顷施粉煤灰225t即可取得显著增产效果；小麦增产10.45，玉米增产9.3，水稻增产12.1。印度坎普尔地区的导水性实验、南昌的土壤孔隙实验、西北农学院土壤膨胀实验（防止土壤流失）都已经有力地证明了粉煤灰改善土壤结构的效果。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,十一、粉煤灰在农业方面的应用,,2、利用粉煤灰生产复合肥粉煤灰可以改良土壤调节土壤温度和pH值，增加和补充土壤的营养成分。粉煤灰粪便和生活垃圾可以生产无害全营养复合肥料和微量元素肥。已经开发的粉煤灰化肥品种有粉煤灰硅钙肥、粉煤灰钙镁磷肥、粉煤灰磁化肥等。我国利用独创工艺生产出了中国磁化肥是以粉煤灰为主要原料按科学配方加入适量添加剂，经特殊磁化处理的复合肥，磁性复合肥作为专用肥料，不仅能提高肥效改良土壤耕性，而且能增强作物的光合作用和呼吸功效提高作物抗旱抗灾性。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,目前，发改委委托粉煤灰专业委员会对1994年制定的粉煤灰管理办法进行了重新修订，相信正式颁布实施后，将对粉煤灰综合利用工作起到重要推动作用。以创新的意识和技术来促进粉煤灰的综合利用工作，重视新产品的开发和转化，加大科研投入，研制出附加值大、技术含量高、市场前景好的产品。提倡粉煤灰梯级利用概念，即根据粉煤灰化学、物理性质，利用成熟技术和工艺，在每个利用阶段最大限度地提取附加值，最终将粉煤灰全部有效利用。,十二、粉煤灰综合利用发展趋势,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,,,,,,,,,,,,复相陶瓷,分子筛,混凝土掺合料,墙体材料或水泥混合材,回填或土建材料,粉煤灰综合利用效益比较,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,,粉煤灰产生量预测,
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