粉煤灰與耐火材料應(yīng)用領(lǐng)域的常規(guī)性能研究
我國作為煤炭燃燒大國,每年燃燒煤炭產(chǎn)生大量粉煤灰固體污染物。與此同時,產(chǎn)生的污染物在沒進(jìn)行科學(xué)合理手段處理下,嚴(yán)重破壞了自然環(huán)境,對人們?nèi)粘Ｉ钤斐蓢?yán)重影響。為此,燃煤熱電廠采用磨粉機(jī)將原料進(jìn)行研磨,讓其具備水硬活性,應(yīng)用到各大生產(chǎn)制造中。目前,在建筑材料、施工中應(yīng)用粉煤灰較多。
隨著粉煤灰走進(jìn)市場,在農(nóng)業(yè)、造紙、催生材料等領(lǐng)域也逐漸開始使用粉煤灰。經(jīng)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(yīng)用于耐火材料制造中。雖然粉煤灰在耐火材料中應(yīng)用較廣,但是其物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、性能等沒有準(zhǔn)確資料參考。故本文主要通過檢測粉煤灰主要性質(zhì),分析其耐火性能,為粉煤灰開發(fā)利用提供參考。我國以煤炭為主要能源,每年消耗煤炭數(shù)量約占全國煤炭產(chǎn)量的1/3。粉煤灰是當(dāng)前排放量最大的工業(yè)廢渣之一。其主要是在燃燒過程中,煤粉在爐膛中呈懸浮狀態(tài)燃燒。煤粉中易燃物質(zhì)燃在爐內(nèi)燃盡,不燃物質(zhì)在高溫作用下形成圓形顆粒,在引風(fēng)機(jī)抽氣作用下流向爐尾,排入大氣中。這些細(xì)小的圓形顆粒就是即為粉煤灰。使用美國公司提供的ER/S型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。使用荷蘭公司提供的X射線衍射儀器。將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(jìn)行掃描。使用德國公司提供的STA449/6/G型熱綜合分析儀。將粉煤灰原料過濾,除去顆粒較大粉煤灰,將細(xì)小粉煤灰與少量清水進(jìn)行混合均勻,制作成三角錐立體形狀。將三角錐放入熱綜合分析儀內(nèi),在不同溫度測量下,檢查粉煤灰耐火性能。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。使用英國公司提供的MS2000G型激光粒度分析儀。將粉煤灰讓入水中進(jìn)行檢測。使用香港公司提供的Nova400Nano高分辨場發(fā)射掃描顯微鏡觀察。首先將粉煤灰放入無水乙醇中進(jìn)行分散,再取分散后溶劑放置載玻片中,將溫度維持在110℃且干燥條件下,放置12h后進(jìn)行噴金處理,最后在掃描顯微鏡下觀察粉煤灰形狀。粉煤灰化學(xué)組成成分包括Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O、Na2O、S、P、C化學(xué)成分,其中Al2O3、SiO2含量最多,約占粉煤灰質(zhì)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。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(zhì),在通過X射線衍射儀器時,顯示器上沒有明確顯示。據(jù)顯示器物質(zhì)含量數(shù)據(jù)顯示,經(jīng)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別,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(jìn)行計算,應(yīng)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。通過熱綜合分析儀顯示,在不同溫度,粉煤灰損耗不同。隨著溫度的上升,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(dá)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(jié)晶水、結(jié)合水等,所以在溫度較高情況下?lián)p耗也不大。在溫度升高過程中產(chǎn)生的損耗,主要是通入空氣中含有水分,水分與粉煤灰反應(yīng)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(zhì)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℃產(chǎn)生放熱峰,主要原因是粉煤灰中殘留未燃燒的物質(zhì),隨著溫度上升達(dá)到燃燒值后,燃燒放熱;在1030.7℃產(chǎn)生放熱峰,主要原因是粉煤灰中Al2O3、SiO2在高溫條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成莫來石。將粉煤灰放置不同溫度下檢查其耐火程度。經(jīng)過耐火度爐熱處理后,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,說明粉煤灰的耐火范圍在1630℃-1610℃之間。材料耐火程度是指在高溫作用下,不易發(fā)生變形、軟化等,起到保護(hù)物體原始形態(tài)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(zhì),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(zhì),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℃。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范圍內(nèi),吸附效果不強(qiáng)。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(qiáng)度,據(jù)數(shù)據(jù)研究顯示,孔隙大小在2-10nm內(nèi),具有吸附性;孔隙大于102nm時,隨著孔隙的增大,孔隙數(shù)量增多,其吸附效果增強(qiáng)。這是由于粉煤灰中存在空心結(jié)構(gòu)顆粒,空心結(jié)構(gòu)顆?？紫洞?、孔隙數(shù)量多,所以吸附性強(qiáng)。但是在粉煤灰中只有少部分空心結(jié)構(gòu)顆粒,所以粉煤灰整體吸附性不強(qiáng)。通過激光粒度分析顯示,粉煤灰顆粒大小、分布情況呈正態(tài)分布,且分布范圍較廣。說明粉煤灰整體顆粒大小均勻,但是分布較為分散。在掃描顯微鏡觀察粉煤灰形狀結(jié)構(gòu)。研究顯示,粉煤灰分布均勻,呈規(guī)則球狀,表面光滑,顆粒較小。在觀察過程中,還發(fā)現(xiàn)存在一些不規(guī)則顆粒物,這一些不規(guī)則顆粒物可能是在溫度冷卻后形成的顆粒物。同時,在顯微鏡觀察下,觀察到小部分空心結(jié)構(gòu)粉煤灰,可用于制作隔熱耐火材料。綜上所述,在煤炭燃燒過程中產(chǎn)生大量污染環(huán)境物質(zhì),其中粉煤灰是主要固體污染物質(zhì)。為減少粉煤灰對環(huán)境的污染,根據(jù)粉煤灰不同性能,用于制造不同材料,提高資源利用率。
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