前言

我國作為煤炭燃燒大國，每年燃燒煤炭産生大量粉煤灰固體污染物。與此同時，産生的污染物在沒進行科學合理手段處理下，嚴重破壞了自然環境，對人們日常生活造成嚴重影響。為此，燃煤熱電廠采用磨粉機将原料進行研磨，讓其具備水硬活性，應用到各大生産制造中。目前，在建築材料、施工中應用粉煤灰較多。

随着粉煤灰走進市場，在農業、造紙、催生材料等領域也逐漸開始使用粉煤灰。經研究顯示，粉煤灰主要組成成分為Al2O3和SiO2，具有耐火屬性，因此也廣泛應用于耐火材料制造中。雖然粉煤灰在耐火材料中應用較廣，但是其物理性質、化學性質、結構、性能等沒有準确資料參考。故本文主要通過檢測粉煤灰主要性質，分析其耐火性能，為粉煤灰開發利用提供參考。

1研究方法

1.1研究材料

我國以煤炭為主要能源，每年消耗煤炭數量約占全國煤炭産量的1/3。粉煤灰是當前排放量最大的工業廢渣之一。其主要是在燃燒過程中，煤粉在爐膛中呈懸浮狀态燃燒。煤粉中易燃物質燃在爐内燃盡，不燃物質在高溫作用下形成圓形顆粒，在引風機抽氣作用下流向爐尾，排入大氣中。這些細小的圓形顆粒就是即為粉煤灰。

1.2檢查方法

(1)分析粉煤灰化學成分。使用美國公司提供的ER/S型電感耦合等離子體發射光譜儀。

(2)分析粉煤灰晶相。使用荷蘭公司提供的X射線衍射儀器。将X射線衍射儀器管壓力維持在40kV，管電流維持在40mA，在CuKα輻射源作用喜愛，以2°/min的速度進行掃描。

(3)分析粉煤灰熱重。使用德國公司提供的STA449/6/G型熱綜合分析儀。将粉煤灰原料過濾，除去顆粒較大粉煤灰，将細小粉煤灰與少量清水進行混合均勻，制作成三角錐立體形狀。将三角錐放入熱綜合分析儀内，在不同溫度測量下，檢查粉煤灰耐火性能。

(4)分析粉煤灰表面積與空隙率。使用美國公司提供的Autosorb-1-MP/LP型全自動比表面及孔隙率分析儀。

(5)分析粉煤灰顆粒分布情況。使用英國公司提供的MS2000G型激光粒度分析儀。将粉煤灰讓入水中進行檢測。

(6)分析粉煤灰形狀。使用香港公司提供的Nova400Nano高分辨場發射掃描顯微鏡觀察。首先将粉煤灰放入無水乙醇中進行分散，再取分散後溶劑放置載玻片中，将溫度維持在110℃且幹燥條件下，放置12h後進行噴金處理，最後在掃描顯微鏡下觀察粉煤灰形狀。

2研究結果

2.1化學組成成分

粉煤灰化學組成成分包括Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O、Na2O、S、P、C化學成分，其中Al2O3、SiO2含量最多，約占粉煤灰質量的88.5%。堿性金屬氧化物K2O、Na2O含量較少。C元素為易燃物，在燃燒過程中可除盡。

2.2晶相分析

通過研究顯示，剛于相和莫來石相是粉煤灰主要物相。通過上述研究顯示，粉煤灰中含有微量CaO、Fe2O3、TiO2雜質，在通過X射線衍射儀器時，顯示器上沒有明确顯示。據顯示器物質含量數據顯示，經計算得出粉煤灰中莫來石相與理論上的莫來石相有較大差别，但是其主要成分還是Al2O3、SiO2。如果粉煤灰中莫來石相按照理論莫來石相進行計算，應該為Al4.5Si1.5O9.75。實際上，通過X射線衍射顯示，粉煤灰中莫來石相為Al4.75Si1.25O9.63。耐火材料主要成分為Al2O3、SiO2，在莫來石相中Al2O3、SiO2具有耐火性能，所以在制造耐火材料時可選用粉煤灰。

2.3綜合熱分析

通過熱綜合分析儀顯示，在不同溫度，粉煤灰損耗不同。随着溫度的上升，損耗逐漸增大。溫度小于200℃時，粉煤灰損失最小，為0.13%;溫度達到1200℃時，溫度損耗最大，為4.46%。這是因為粉煤灰是煤爐中不易燃燒的顆粒物，成分中不含有結晶水、結合水等，所以在溫度較高情況下損耗也不大。在溫度升高過程中産生的損耗，主要是通入空氣中含有水分，水分與粉煤灰反應引起的損耗。溫度在200℃-100℃期間，粉煤灰損耗約為4%，此階段的損耗主要是，在煤炭燃燒過程中有少部分物質未完全燃燒，在加熱過程中受熱氧化，引起的損耗。從熱綜合分析儀顯示，在627.2℃和1030.7℃有明顯放熱峰。在627.2℃産生放熱峰，主要原因是粉煤灰中殘留未燃燒的物質，随着溫度上升達到燃燒值後，燃燒放熱;在1030.7℃産生放熱峰，主要原因是粉煤灰中Al2O3、SiO2在高溫條件下發生化學反應，形成莫來石。

2.4耐火程度

将粉煤灰放置不同溫度下檢查其耐火程度。經過耐火度爐熱處理後，粉煤灰有不同程度的損害，在1580℃和1610℃情況下，粉煤灰已完全變形，在1630℃情況下，粉煤灰有輕微彎曲，說明粉煤灰的耐火範圍在1630℃-1610℃之間。材料耐火程度是指在高溫作用下，不易發生變形、軟化等，起到保護物體原始形态作用，但是耐火程度不等同于熔點。在粉煤灰中Al2O3、SiO2具備耐火性質，由Al2O3、SiO2組成的莫來石，莫來石的熔點在(1890±90)℃。但是由于粉煤灰中含有其他雜質，在燃燒過程中不能完全去除，所有其耐火溫度不高，一般小于1200℃。

2.5比表面和孔隙率

通過全自動比表面及孔隙率分析儀顯示，粉煤灰吸附、脫附程度較低，總吸附量在0-30ml/g範圍内，吸附效果不強。由此說明粉煤灰表面積較小、孔隙較少。接下來研究粉煤灰不同孔隙的吸附強度，據數據研究顯示，孔隙大小在2-10nm内，具有吸附性;孔隙大于102nm時，随着孔隙的增大，孔隙數量增多，其吸附效果增強。這是由于粉煤灰中存在空心結構顆粒，空心結構顆粒孔隙大、孔隙數量多，所以吸附性強。但是在粉煤灰中隻有少部分空心結構顆粒，所以粉煤灰整體吸附性不強。

2.6顆粒分布

通過激光粒度分析顯示，粉煤灰顆粒大小、分布情況呈正态分布，且分布範圍較廣。說明粉煤灰整體顆粒大小均勻，但是分布較為分散。

2.7形狀分析

在掃描顯微鏡觀察粉煤灰形狀結構。研究顯示，粉煤灰分布均勻，呈規則球狀，表面光滑，顆粒較小。在觀察過程中，還發現存在一些不規則顆粒物，這一些不規則顆粒物可能是在溫度冷卻後形成的顆粒物。同時，在顯微鏡觀察下，觀察到小部分空心結構粉煤灰，可用于制作隔熱耐火材料。

3結語

綜上所述，在煤炭燃燒過程中産生大量污染環境物質，其中粉煤灰是主要固體污染物質。為減少粉煤灰對環境的污染，根據粉煤灰不同性能，用于制造不同材料，提高資源利用率。