1.       概述

1.1粉煤灰的產(chǎn)生

　　粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細顆粒粉末，是工業(yè)“三廢”之一。鍋爐在操作時，煤粉與高速氣流混合在一起，噴入爐膛的燃燒帶中，使煤粉顆粒里的有機物質(zhì)得到充分的燃燒，但燃燒的完全程度取決于鍋爐的效率和操作的水平，爐膛溫度一般是很難測準的，運行良好的現(xiàn)代化電廠的煤粉爐爐膛最高溫度可能達到或超過1600℃，足以使灰分中除了少量石英(細粒的結(jié)晶)以外的所有礦物全部熔融。可是多數(shù)舊電廠鍋爐的實際燃燒溫度要比上述溫度低得多，在較低的溫度下，只能熔融一小部分的無機物質(zhì)，而且爐膛溫度并不是十分均勻的，因此即使在同一鍋爐中，粉煤灰燒成的條件也不相同，更不必說不同的鍋爐了。在燃燒過程中，煤炭中的無機雜質(zhì)也發(fā)生了一系列的反應和變化，包括達到不同的溫度時，含水的礦物如粘土、石膏等一一脫水，碳酸鹽中二氧化碳與硫化物中三氧化硫的排出，還有堿在高溫下也要揮發(fā)，其中較細的粒子隨氣流掠過燃燒區(qū)，立即熔融，到了爐膛外面，受到驟冷，就將熔融時由于表面張力作用形成的圓珠形態(tài)保持下來，成為玻璃微珠，煤粉粒子越細，越容易成球。其中有些熔融的微珠內(nèi)部，截留了爐內(nèi)氣體，形成了空心微珠。另有一些微珠，團聚在一
起或粘連在一起，就形成魚卵狀的復珠(即子母珠)和粘連體，也有一些來不及完全變成液態(tài)的粗灰，結(jié)果變成了渣狀的多孔玻璃體(海綿狀玻璃)。在冷卻過程中也有一些冷卻比較緩慢而再結(jié)晶的礦物以及在顆粒表面上生成的結(jié)晶礦物、化合物和獨自存在的未熔融石英等礦物。從煤塊磨成煤粉，把原來團聚的礦物磨粹，因此每一顆煤粉粒子的礦物成分也是不同的，燃燒以后，每一粒粉煤灰的成分當然也不可能相同，所以粉煤灰化學成分分析也只能是表示粉煤灰中各種顆?；旌衔锏幕瘜W成分平均值。

1.2    粉煤灰的物理性質(zhì)

　　粉煤灰的比重在1.95～2.36之間，松干密度在450 kg/m3～700kg/m3范圍內(nèi)，比表面積在220 kg/m3～588 kg/m3之間。由于粉煤灰的多孔結(jié)構(gòu)、球形粒徑的特性，在松散狀態(tài)下具有良好的滲透性，其滲透系數(shù)比粘性土的滲透系數(shù)大數(shù)百倍。粉煤灰在外荷載作用下具有一定的壓縮性，同比粘性土其壓縮變形要小的多。粉煤灰的毛細現(xiàn)象十分強烈，其毛細水的上升高度與壓實度有著密切關(guān)系。

　　粉煤灰是一種高度分散的微細顆粒集合體，主要由氧化硅玻璃球組成，根據(jù)顆粒形狀可分為球形顆粒與不規(guī)則顆粒。球形顆粒又可分為低鐵質(zhì)玻璃微珠與高鐵質(zhì)玻璃微珠，若據(jù)其在水中沉降性能的差異，則可分 出飄珠、輕珠和沉珠；不規(guī)則顆粒包括多孔狀玻璃體、多孔碳粒以及其他碎屑和復合顆粒。

　　通常用掃描電鏡來觀察粉煤灰的顆粒形貌。掃描電鏡可以觀察到粉煤灰的絕大部分粒徑范圍，可以從1μm到400μm。通過電鏡可以觀察到，小顆粒粉煤灰表面為表面光滑的球形顆粒，較大顆粒的粉煤灰(＞250μm)形狀則不規(guī)則。圖1是一組粉煤灰顆粒形貌的電鏡照片，(a)為低鈣粉煤灰，(b)為高鈣粉煤灰，比較之下，高鈣粉煤灰的顆粒表面粘附有很多微粒，而低鈣粉煤灰的表面則顯得比較光滑。

            （a）低鈣粉煤灰                                       (b)高鈣粉煤灰

圖1 粉煤灰的顆粒形貌掃描電鏡圖片

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1.3 粉煤灰的化學成分與礦物組成

　　粉煤灰是一種火山灰質(zhì)材料，來源于煤中無機組分，而煤中無機組分以粘土礦物為主，另外有少量黃鐵礦、方解石、石英等礦物。因此粉煤灰化學成份以二氧化硅和三氧化二鋁為主(氧化硅含量在48%左右，氧化鋁含量在27%左右)，其它成分為三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、三氧化硫及未燃盡有機質(zhì)(燒失量)。不同來源的煤和不同燃燒條件下產(chǎn)生的粉煤灰，其化學成分差別很大。

表1 我國31個有代表性的火力發(fā)電廠粉煤灰的化學成分