粉煤灰的特性

作者：来源：时间：2015-3-20 9:19:08 点击次数：8464

在锅炉操作时，煤粉与高速气流混合在一起，喷入炉膛的燃烧带中，使煤粉颗粒里的有机物质得到充分的燃烧，但燃烧的完全程度取决与锅炉效率和操作水平。运行良好的现代化电厂的煤粉炉炉膛较高温度可以达到或超过1600℃。在这样的温度下，足以使灰份中除了少量石英（细粒的结晶）以外的所有矿物全部熔融。可是多数就电厂锅炉的实际燃烧温度要比上述温度低得多，在较低的温度下，只能熔融一小部分的无机物质。而且炉膛温度并不是十分均匀的，也就是说，即使在同一台锅炉中，粉煤灰烧成的条件也不完全相同，更不必说不同的锅炉了。

在燃烧过程中，煤炭中的无机杂质发生了一系列的反应和变化，含水的矿物如黏土、石膏等一一脱水，碳酸盐中的二氧化碳与硫化物中的二氧化硫和三氧化硫排出，还有碱在高温下挥发。其中，较细的粒子随气流掠过燃烧区，立即熔融，到了炉膛外边，受到骤冷，就将熔融时由于表面张力作用形成的圆珠的形态保持下来，成为玻璃微珠。煤粉的颗粒越细，越容易成球。其中有些熔融的微珠内部，截留了炉内气体，形成了空心微珠。另有一些微珠，团聚在一起或粘连在一起，就形成鱼卵状的复珠（子母珠）和站连体。可是也有一些来不及完全变成液态的粗灰，结果变成了渣状多孔玻璃体（海绵状玻璃）。在冷却过程中，也有一些冷却比较缓慢而再结晶的矿物以及在颗粒表面上生成的结晶矿物和化合物，也有一些独自存在的未熔融的石英矿物，此外，从化学成分来看也不是均匀的，所谓的粉煤灰化学物成分分析，只能表示粉煤灰中各种颗粒混合物的化学成分平均值，换言之，按单个颗粒而言，化学成分是很大差异的。

总之，粉煤灰实际上是一些矿物组成不同、粒径粗细不同、颗粒形态不同、各种颗粒组合的比例不同的机械混合物。粉煤灰的“先天不足”，正是由于这种不均匀性、差异性和多变性造成的。从应用角度而言，受到充分燃烧最终形成的玻璃微珠含量越多越好。

一、粉煤灰的物理性质和化学成分

粉煤灰是一种浅灰色细粉，随含碳量的增加，颜色变深。

1.粉煤灰颗粒的形态

根据北京科技大学宋存义等用扫描是电子显微镜的观察表明，粉煤灰由多种粒子构成，其中球形颗粒占总数的60%以上。粉煤灰组成常与煤种、燃烧程度和收集方式等有关。经对某电厂粉煤灰的观察，其颗粒组成为：漂珠占0.3%~0.5%，厚壁及实心微珠占38%~45%,铁珠占4%~5%，碳粒占7%~8%，不规则多孔体占38%~40%，石荣占3%~5%，其他占2%。

（1）空心玻珠（漂珠）

空心玻珠的总体外观呈白色，微带灰，呈球状，中空，多为单个的球体，也有少数单晶相连的复珠。由于置于水中能浮在水面上故称漂珠。空心玻珠的物相主要有两种，一种为非晶态的玻璃相，是主要物相：另一种为析晶的莫来石，分布在珠壁上。空心玻珠的熔点为1620℃。爆裂起始温度为160℃ ，较高峰值可达330℃。光学显微镜下呈现透亮者多为空心玻珠。空心玻珠可由浮选法分离。

（2）厚壁及实心微珠（沉珠）

厚壁微珠外观呈灰色，其形态与空心玻珠的形态相同，玻壁上常有莫来石析晶。常因壁厚和莫来石析晶过多而比重增大，沉于水底，故称沉珠。它的物相主要是玻璃相和莫来石。实体玻珠和厚壁玻珠不同处是不具中空现象，无色透明者较多，也有少量因含杂质面而呈黄褐至褐红色，其物相主要是玻璃相和；；鳞石英等。这两类微珠的粒径大多比空心玻珠小。厚壁微珠的起爆温度亦为160℃，但较高温度可达386℃,而实心微珠则无爆裂现象。

厚壁微珠和实心微珠的圆型度、光滑度及粒度略低于空心微珠，它的粘连体较多，这与它的形成有关。

（3）铁柱（磁珠）

铁珠的外观多呈黑色，具有弱金属光泽，球状，可用磁选法选出，也称磁珠。其粒径多在50μm左右，比重大于4，比表面积很小。铁珠的物相组成较复杂，主要有磁铁矿、赤铁矿、方铅矿、褐铁矿、玻璃相等。粉煤灰中的氧化铁大多富集于铁珠中。其形状不易于其他微珠区别，在反光显微镜下呈现黑色球状的是铁珠。

（4）碳粒

碳粒呈黑色，弱金属光泽，其外表有数种形态，大颗粒以半浑圆状、蜂窝状和多孔状为主，小颗粒以片状为主，其他还有少量角粒状等。粒径02.~0.5mm。碳粒由无定形碳、石墨和含。没有燃烧，属于石墨状原生煤态。

（5）不规则玻璃体和多孔玻璃体

不规则玻璃体是粉煤灰中较多的颗粒之一，大多是由似球和非球形的各种浑圆度不同的粘连颗粒组成。有的粘连体断开后，其外观和性质于各种玻璃球形体相同，其化学成分则略有不同。

多孔玻璃体形似蜂窝。具有较大的比表面积，易粘附其他碎屑。比重较小，熔点比其他微珠偏低。其颜色有乳白至灰色不等。一般硅、铝、贴的含量分别在73%、21%和3.1%左右。在扫描式电子显微镜下可以比较容易地观察到不规则玻璃体和多孔玻璃体的存在。34

除以上5种典型颗粒外，尚有少量的石英和单独的赤铁矿等。

2、粉煤灰的细度和比重

粉煤灰颗粒细度与磨制的煤粉细度有关，一般来说，设备相对落后的老电厂粉煤灰细度较粗，而使用电收尘器的新建电厂，粉煤灰细度较细。粉煤灰房建材料企业要搞清所用粉煤灰的细度，只有通过实测才能确定。作为一般规律，粉煤灰的细度通常是88μm筛孔筛余量10%~30%，其中2~0.5mm颗粒占65%~70%,0.05~0.005mm颗粒占30%~35%，小于0.005mm的微小颗粒仅占2%~3%。比表面积一般为2500%~2600 cm²/g，电除尘器第二级及以后几级分离下来的细灰，比表面积可以达到3500%~5700%cm²/g，与水泥相近。粉煤灰的相对密度为1.95~2.36.。干灰松散密度一般为650~850kg/m³，湿灰的松散密度可达1250~1450kg/m³。

表1-4是长江中下游及大连部分电厂（其中上海附近电厂8家，南京附近电厂7家，长江中游沿岸电厂3家，大连附近电厂4家，共22家）粉煤灰试样的相对密度和比表面积。

粉煤灰试样的相对密度和表面积

注：资料来源见参考文献5。

多电场除尘器置具有对粉煤灰按粒径进行粗略分级的功能。据南京大学地球科学系翟建等对华能南京电厂粉煤灰所作的分析表明，虽然每个除尘器电厂的粉煤灰均包含不同的粒级，是一个连续粒谱，不同电厂之间有串级现象，但分级是明显的。华能南京电厂由大型超临界发电机组成，设5个静电场除尘装置﹝6﹞。该项分析的样品采自5个电场，按烟气流向顺序，靠近锅炉的为第一电场，最后一个为第五电场，以H1~ H5为代号。表1-5是不同电厂粉煤灰的粒径分布，表1-6是不同电场粉煤灰的主要物性参数测定结果。

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3.粉煤灰的化学成分与煤的各种物质成分有关，主要分为二氧化硅，三氧化二铝，三氧化二铁，氧化钙，未燃尽的碳（烧矢量），还有少量的镁钛钾磷硫等氧化物。氧化硅、氧化铝氧化钛等来自砂、黏土、页岩和板岩。氧化钛主要来自煤中所含的黄铁矿燃烧后形成的褐铁矿和磁铁矿，氧化钙、氧化镁等来自矿物质中的碳酸盐、硫酸盐。

不同电场粉煤灰的栗径分布（%）

样号	<5μm	5~μm	10~20μm	20~30μm	30~45μm	>4.5μm	平均μm
H1	10.5	13.5	21.8	18.5	14.3	21.3	21.9
H2	16.3	18.9	23.9	15.3	13.3	12.5	15.7
H3	32.6	23.9	22.3	10.1	6.0	5.1	8.4
H4	37.9	28.1	21.9	6.2	4.2	1.7	6.9
H5	70.3	16.9	8.8	3.7	0.3	0.0	2.9

不同电场粉煤灰主要物性参数测定结果

样号	松密度kgm3	送密度kgm3	密度实kgm3	密度rvf	比表面积cm2g	需水量比%	细读%(45fang方孔筛筛余）
H1	827.0	2132	2347	0.91	1822.5	95	21.3
H2	862.0	2222	2370	0.94	2378.3	93	12.5
H3	798.1	2273	2375	0.96	4425.6	90	5.1
H4	809.9	2299	2331	0.99	2909.2	89	1.7
H5	712.8	2433	2481	0.98	12372.7	87	0

　　表1—7是我国部分电厂煤灰主要化学成分。表1—8是原北京市建材研究所（现北京建材研究院）对全国各地粉煤灰化学成分和物理性质发普查结果

厂名	烧失量	Sio2	Al2o3	cao	mgo	Fe2o3	So3	Tio2	K2o	Na2o	P2o5
石景山发电厂	6.20	50.92	32.12	3.75	1.12	6.55	1.20	—	—	—	—
高井电站	6.12	50.60	26.25	4.37	1.20	9.03	0.50	—	—	—	—
天津一电厂	6.15	45.36	33.90	1.78	0.64	3.19	0.20	—	—	—	—
唐山发电厂	6.18	48.59	36.18	4.42	1.15	3.01		—	—	—	—
太远第二热电厂	14.74	44.74	30.16	2.20	0.48	3.83	0.46	—	—	—	—
富拉尔基热电厂	5.00	54.19	16.49	5.94	1.64	8.42	—	—	—	—	—
望亭发电厂	4.00	59.42	29.06	5.96	0.39	5.04	—	—	—	—	—
下关发电厂	12.32	49.28	20.71	2.08	1.54	3.31	0.70	—	—	—	—
徐州发电厂	8.5	49.58	25.40	4.65	1.08	5.08	0.20	—	—	—	—
武汉青山热电厂	6.12	55.94	25.92	3.54	1.75	6.15	0.36	—	—	—	—
株洲发电厂	26.12	44.35	15.16	1.53	1.10	3.52	0.82	—	—	—	—
鞍钢发电厂	4.96	57.80	17.22	5.47	9.55	2.16	—	—	—	—	—
淮南发电厂	1.38	51.11	38.10	4.47	4.90	0.81	0.64	—	—	—	—
西村发电厂	2.92	60.12	30.91	2.64	1.91	4.41	0.18	—	—	—	—
南宁发电厂	5.09	46.89	40.16	1.01	0.20	5.24	1.01	—	—	—	—
坝桥热电厂	4.80	44.73	30.44	4.61	0.53	10.51	0.83	—	—	—	—
成都热电厂	5.75	54.26	27.03	4.59	1.33	5.11	1.93	—	—	—	—
华能南京电厂 ① ② ③ ④ ⑤	1.73	52.56	31.62	5039	0.89	3.68	0.17	1.11	—	—	—
	2.18	50.28	31.98	6.03	0.92	4.02	0.27	1.23	—	—	—
	1.94	49.80	32.98	5.39	0.94	4.06	0.44	1.34	—	—	—
	0.45	49.60	35.20	4.51	0.92	3.77	0.57	1.59	—	—	—
	0.95	48.96	33.38	4.60	0.94	4.52	0.85	1.70	—	—	—
上海附近1#电厂	7.42	52.42	28.16	3.25	0.55	5.82	0.64	—	1.27	0.44	0.14
上海附近2#电厂	11.25	52.05	19.53	4.68	0.20	9.32	0.96	—	1.56	0.60	0.10
上海附近3#电厂	2.49	50.34	23.16	9.90	1.65	7.75	1.34	—	1.89	0.82	0.09
上海附近4#电厂	2.08	49.39	21.48	12.80	1.06	8.51	0.89	—	1.93	0.79	0.09
上海附近5#电厂	2.54	43.66	23.97	13.89	2.43	8.64	0.93	—	2.06	0.88	0.14
上海附近6#电厂	6.45	50.46	28.56	3.28	0.83	6.63	0.39	—	1.35	0.67	0.19
上海附近7#电厂	2.98	56.73	28.49	2.64	1.07	4.76	0.72	—	1.40	0.46	0.07
上海附近8#电厂	6.37	63.24	19.12	1.31	0.52	4.47	0.38	—	3.04	1.17	0.11
南京附近1#电厂	3.93	55.64	27.43	4.68	0.79	5.51	0.67	—	1.49	0.33	0.16
南京附近2#电厂	2.37	60.49	24.80	3.34	1.32	4.94	0.33	—	1.12	0.67	0.10
南京附近3#电厂	3.60	51.51	33.35	2.75	0.99	5.12	0.72	—	1.07	0.44	0.17
南京附近4#电厂	8.43	54.01	22.50	3.90	2.56	6.35	0.31	—	1.27	0.57	0.07
南京附近5#电厂	6.33	55.09	27.98	0.57	1.81	4.92	0.43	—	1.36	0.41	0.18
南京附近6#电厂	22.21	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
南京附近7#电厂	9.51	53.54	25.61	2.63	1.05	4.69	0.39	—	1.92	0.50	0.14
九江芜湖一带1#电厂	3.64	56.45	28.94	2.73	0.48	5.03	0.55	—	1.46	0.43	0.08
九江芜湖一带2#电厂	10.14	52.69	26.32	3.15	0.87	4.31	0.66	—	1.26	0.39	0.07
九江芜湖一带3#电厂	8.58	51.48	25.92	3.06	3.11	5.00	0.43	—	1.71	0.31	0.15
大连附近一带1#电厂	2.74	61.07	21.47	2.10	0.97	8.37	0.51	—	1.81	0.69	0.18
大连附近一带2#电厂	16.9	—	—	—	—	—	—	—
大连附近一带3#电厂	2.56	57.86	26.95	2.64	0.67	7.31	0.59	—	1.30	0.33	0.13
大连附近一带4#电厂	4.55	55.17	25.71	2.03	1.86	6.72	0.37	—	1.84	0.77	0.12
我国发电厂粉煤灰化学成分一般波动范围	1~26	34~60	17~35	1~10	0.5~2	2~15	0.5~1.5	少量	0.5~4	0.5~4	少量

　　注：1.“—”表示未作分析。

　　2.华能南京电厂①~⑤表示该厂电收尘器5个电场收集的粉煤灰。

粉煤灰的化学成分与物理性质

省、市、区	粉煤灰产地	化学成分（%）								物理性质
省、市、区	粉煤灰产地	Sio2	Ai2o3	Fe2o3	cao	mgo	K2o	Na2o	So3	烧失量	相对密度	密度（kg/m3)	比表面积（cm2/g)	活性
北京	滦河	46.83	40.44	4.02	2.61	1.31	0.99		0.22		2.11
	一热	52.65	21.12	12.63	4.70	0.70	1.33	0.30	0.30	6.46	1.97	955	1384	73
	高井	52.28	36.32	5.16	2.28	0.96	0.66	0.24	0.14	2.85	2.06	979	2679	81
	三热	55.83	18.67	6.99	3.66	0.95	1.09	0.30	0.57	7.73	2.29	847	3690	91
河北	唐山	54.11	34.44	5.34	0.69	0.70	1.03	0.20		1.08	1.80	799	1359	65
河北	邯郸	48.82	27.89	6.11	5.88	0.56	0.39	1.80	0.38	8.79	2.13	707	2817	66
	三热	55.83	18.67	6.99	3.66	0.95	1.09	0.30	0.57	7.73	2.29	847	3690	91
	邢台	51.97	32.17	3.73	3.14	0.65	1.12	0.49	0.36	1.76	1.85	877	2895	64
	下花园	46.42	21.08	6.43	5.34	3.14	(1.	97)	0.29	15.4	2.00	928	2609	73
	马头	39.77	24.48	5.51	6.41	1.15	(2.	09)		19.77	1.79	714	1754	61
	保定	39.63	21.14	8.74	2.33	0.77	(0.	67)	0.23	22.74	1.77	644	1168	54
	石家庄	48.77	31.06	6.04	2.09	0.94	(1.	40)	0.47	10.30	2.06	739	3998	76
天津	一热	44.82	38.58	7.45		0.48	(1.	36)	0.24	5.32	2.01	990	2102	68
山西	水济	40.14	26.11	5.41	2.23	1.04	0.55	0.35	1.24	23.56	2.07	610	3921	86
山西	太远（二热）	41.89	29.5	6.31	2.50	1.05				18.00	2.34		5357	80
	巴公	45.18	33.96	3.35	3.29	0.82	1.29	0.65	0.93	9.81	2.01	740	4264	95
内蒙古	包头二热	44.17	35.02	6.03	1.68	1.12	1.	63		8.69	2.07	836	2588	82
辽宁	辽电	59.30	20.39	10.53	4.16	1.59	2.38	0.89		1.54	2.19		2060	78
	本溪	52.22	21.19	10.24	2.62	1.89	1.	99		8.62
	阜新	58.41	17.55	9.37	3.77	2.66	2.71	1.70	0.79	4.43	2.05	1009	2040	82
	抚顺	55.47	31.4	8.20	1.10	1.20	1.	08		2.96	2.16	859	2662	77
	清河	44.51	17.25	26.37	5.14	2.43	1.40	0.94		2.13	2.55	836	1252	72
	大连	50.66	22.83	10.67	2.85	1.54	2.	76		9.55	2.13	950	2449	58
吉林	吉林	59.45	25.19	5.11	3.95	1.23	1.91	0.51		2.17	2.01	962	1414	80
	二道江	48.59	31.09	4.83	3.27	1.09	1.31	0.20	0.27	9.25	2.05	945	2024	93
	长春	57.27	22.67	8.28	2.31	1.08	2.	60		4.70	1.95	890	1854	90
	辽源	55.45	21.87	9.76	4.45	0.88	1.	70		5.61	2.02	858	2030	67
	浑江	50.42	30.63	3.41	3.71	0.76	1.13	0.30	0.20	8.78	1.85	798	2574	82
	榆树川	62.23	21.92	5.66	2.21	1.98	2.	76		2.72	2.05	1009	1721	60
黑龙江	北安	54.21	16.43	3.08	2.62	0.75	1.77	0.29		20.10	2.01	737	2689	79
	亮子河	56.82	16.41	4.25	3.58	0.97	1.67	0.61	0.58	15.91	1.98	741	1945	86
	鸡西	60.69	20.63	4.68	1.61	0.96	3.	58	2.380	6.27	1.89	918	1816	81
	富拉尔基二发	58.48	18.44	5.71	5.66		2.14	0.93
	佳木斯	49.61	23.53	8.68	5.05	1.30	1.	26	0.54	9.54	2.08	997	1348	75
上海	崇明	28.29	14.97	6.27	1.59	0.59	1.	71	0.45	46.93	2.12	666	976	68
	吴径	53.19	32.39	6.06	1.67	1.91	1.	28		2.48	1.78	806	1614	70
	闸北	49.56	28.55	12.77	2.45	0.88	0.98	0.49	0.44	4.43	2.34	1171	2279	75
	杨树浦	52.16	32.83	5.18	4.09	0.76	1.06	0.34	0.48	2.66	1.84		1680	68
江苏	望亭	55.5	26.19	6.19	3.82	1.18	1.69	0.45		4.48	2.06	845	3239	89
	徐塘	53.37	27.07	3.31	5.25	0.86	1.14	0.50		6.9	1.72	716	1530	72
	镇江	49.91	30.27	8.81	3.34	2.05	1.	10		4.78	2.01	838	2665	86
	徐州	52.30	28.52	6.69	4.39	1.05	0.94	0.40	0.14	2.07	1.95	825	3561	93
	新海	51.69	28.41	4.47	5.17	0.83	1.30	0.45		8.65	1.73	656	2674	73
	贾汪	40.20	21.17	4.58	1.64	1.15	0.99	0.30	0.52	31.02	1.44	1120	801	72
	淮阴	46.01	27.94	2.24	3.77	0.65	0.94	0.40		16.29	1.90	929	2676	89
	韩庄	41.37	17.18	6.27	0.87	0.58	1.04	0.49	0.66	30.75	1.90	937	2699	64
	天生港	45.80	25.02	3.05	2.97	1.05	0.79	0.15	0.27	18.24	1.96	732	3696	89
	南京	56.57	26.03	6.67	4.22	1.22	1.	93		1.81	2.12	1025	2725	77
浙江	杭州	52.1	31.62	7.29	4.06	1.11	1.	17		2.05	2.05	966	2480	72
浙江	梅溪	49.33	30.74	6.85	4.59	0.90	1.25	0.40	1.54	7.86	1.84	726	2264	86
安徽	铜陵	30.93	16.18	9.17	34.94	1.06	1.	93	3.42	3.92	2.74	1470	2496	67
	马鞍山	56.62	20.36	4.59	3.08	0.99	1.14	0.35	0.21	2.97	1.96	877	2319	21
	淮南	53.26	34.72	4.07	2.47	0.39	0.	86		4.07	1.91	832	2293	70
	芜湖	47.32	29.69	5.69	3.57	2.01	1.	19		10.50	1.83	714	2315	62
	合肥	44.07	26.89	3.62	3.44	0.95	0.97	0.39	0.83	20.50	1.79	704	4449	63.4
江西	分宜	66.72	22.94	3.79	0.93	1.86	2	92		4.16	1.99	958	1337	65
	南昌	53.64	25.08	7.05	1.81	1.12	2.	28		9.00	2.02	734	2143	67
	九江	48.64	21.21	5.29	3.44	1.30	2.09	0.30	0.62	18.07	2.14	698	1797	58
	乐平	46.31	23.60	13.43	2.62	0.60	1.08	0.30		12.45	2.14	860	2793	66
	景德镇	52.21	22.77	4.23	3.84	1.91	2.45	0.45	0.60	14.15	1.90	997
福建	厦门	19.11	8.71	1.96	2.65		0.80	0.10		68.24
	水安	39.83	14.45	7.48	1.76	0.97	1.89	0.44	0.64	32.29	2.09	1127	1216	73
	邵武	50.81	22.98	4.38	3.96	1.05	1.52	0.39	1.57	11.95	2.24	795	5144	112
山东	烟台	43.88	25.36	19.57	3.09	1.06	1.	76		5.36	2.27	1010	1652	67
	南定	41.31	20.19	17.51	3.65	1.33	1.21	0.15	0.76	13.91	2.02	925	1851	83
	青岛	40.20	24.68	7.80	3.24	0.79	0.93	0.98	0.64	21.47	2.07	793	2527	78
	潍坊	44.17	26.57	15.1	2.19	1.12	2.	15		8.77	2.20	907	3205	73
	济宁	50.30	29.38	7.30	5.50	1.74	0.79	1.11	1.82	3.79	2.13	1159	2037	79
	黄台	47.84	24.10	12.94	3.52	1.28	1.54	0.45	0.90	7.98	2.05	1207	2545	90
广东	广州	45.52	19.64	24.72	0.22	1.67	1.02	0.15	0.68	2.57	2.44	1001	1760	73
广东	韶关	43.29	16.09	34.98	2.04	1.47	1.38	1.01		0.34	2.57	1576	732	58
广西	南宁	43.10	37.24	6.79	2.77	0.66	0.	69	0.56	7.92	2.09	749	3018	88
	柳州	49.83	34.43	4.31	2.93	0.51	1.34	0.46	0.38	7.15	2.05	756	5522	110
	玉林	47.39	34.11	8.93	3.77	0.38	0.69	0.25	1.20	4.25	2.24		1030	70
	桂林	48.04	32.06	5.55	2.60	1.49	1.34	0.7	0.53	10.72	1.95	896	2722	77
	合山	49.89	29.93	6.13	4.70	2.06	2.	02	1.79	4.78	2.19		2824	84
湖北	青山	58.35	26.19	6.93	4.07	0.31	0.1	0.37	0.48	3.97	2.02	869	1851	73
	荆门	52.75	33.90	4.75	1.77	0.14	0.84	0.20	0.37	5.58	1.88	775	1233	71
	武昌	41.15	12.42	2.21	25.14	4.21	3.	38		11.42	2.58	1238	2871	82
湖南	金竹山	44.85	22.17	3.98	0.84	0.76	1.	16		26.44	1.95	1005	2223	50
	湘潭	49.91	26.99	6.74	1.76	1.28	2.	48	0.29	12.30	1.88	941	2090	77
	岳阳	58.95	29.80	4.32	1.40	1.51	1.	99		2.45		843	1924	80
	鲤鱼江	54.80	24.48	3.71	2.04	0.67	1.77	0.29		12.47	1.96	888	1851	84
	株洲	49.5	22.31	4.13	1.27	0.78	2.	23		19.8	1.97		3347	80
河南	新乡	40.8	27.3	4.8	5.16	1.68	1.	71	0.42	18.22	2.07	73	2499	89
	平桥	53.91	24.19	5.78	2.35	0.42	0.73	0.44	0.31	12.32	2.08	764	3864	94
	郑州	58.5	20.5	8.4	4.73	1.46	3.67	1.1	0.54	3.50	2.08	997	2721	69
	开封	38.21	54.54	4.54	7.12	1.12	1.	49	0.49	23.11	2.10	692	3407	68
	洛阳	55.62	21.50	11.84	4.73	1.21		1.83	0.30	3.31	2.00	1036	2753	72
四川	江油	58.31	21.81	4.72	5.20	1.98	2.53	0.30	0.51	4.98	1.96	1009		80
	白马	47.13	22.60	14.42	3.98	1.31	1.	93		9.16	2.15	924	2448	82
	河门口	52.34	23.13	6.94	5.17	3.70	3.72	0.44	0.31	4.31	2.06			78
	成都	51.43	25.78	12.68	3.80	1.05	1.05	1.24	0.48	4.07	2.15	910	2709	88
云南	普坪村	56.92	21.90	8.46	5.08	1.39	1.39	0.67	0.17	5.93	2.15	828	3488	90
	开远	19.44	11.87	8.19	46.64	2.26	2.26	0.87	6.04	5.07	2.81	1080	2837	96
	宜威	49.67	22.01	9.08	4.38	0.696	0.66	0.74		13.24			3257	75
贵州	水城	51.00	24.77	13.98	5.66	1.05	1.05	0.96	1.16	2.25	2.09	917	2654	71
	清镇	50.1	23.82	11.21	5.75	1.53	1.53	1.	0.07	4.37	1.81	920	1503	56
	贵阳	36.03	17.96	15.86	4.69	1.06	1.06	1.91	0.86	22.16	1.95	711	1810	69
	遵义	33.70	24.35	9.88	5.00	0.42	0.42	0.30	0.55	27.67	1.99	923	1774	77
	都匀	20.63	13.71	4.29	1.84	0.46	0.46	0.55	1.46	58.6	1.65	771	1914	64
陕西	戶县	46.89	30.75	9.64	5.44	0.74	0.74	1.03	1.62	5.34	2.19	824	3137	77
	略阳	47.66	30.65	9.85	4.13	0.59	0.59	1.01	0.69	5.65	2.21	894	2468	72
	韩城	49.95	30.08	5.52	3.52	0.57	1.09	0.39	0.77	8.27	2.00	788	4010	60
	宝鸡	47.63	32.44	10.17	3.61	0.71	1.60	0.35	0.52	3.44	2.40	1152	2941	80
	渭河	44.02	32.9	4.6	4.07	0.65	1.14	0.4		4.28	2.04	864
	秦岭	44.92	31.09	6.63	7.21		0.70	0.2	0.65	8.26	2.18	926	2735	76
	坝桥	43.25	31.16	9.82	4.42	0.93	1.	77	1.42	8.59	2.12	732	3410	76
甘肃	西固	49.98	37.65	6.34	1.10	0.79	0.	75		3.33	1.95	715		78
新疆	红雁池	47.55	16.94	7.97	2.79	2.38	1.49	0.64	0.62	20.54	1.79	598	2361	48
宁夏	石咀桥	44.32	36.79	3.95	1.78	1.37		0.	0.25	10.91	1.83	716	2732	76

　　注：表中粉煤灰的比表面积是指用平均颗粒法测定的比表面积。粉煤灰的活性是指强度活性，即测定掺30%粉煤灰的水泥砂浆强度，并测定同龄期的纯水泥砂浆试件的强度，两者相除得强度比，用%表示。

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4．粉煤灰的矿物成分

根据北京科技大学宋文义等的研究，粉煤灰的矿物可分为无定形相和结晶相两大类。无定形相主要是玻璃及少量无定形碳。结晶相主要有莫来石、磁铁矿、赤铁矿、石英、石墨以及少量硅酸盐、方铝矿、褐铁矿、金红石等。表1-9是粉煤灰的矿物组成示例。

粉煤灰的矿物组成（%）　　　表1-9

样品编号	碳粉	石英	莫来石	磁珠	玻璃体
1	8.29	9.6	14.6	0.56	56.95
2	5.96	4.9	31.4	1.6	56.41
3	15.97	5.2	29.9	4.7	53.23
4	3.64	4.9	27.4	3.2	60.86

（1）无定形相

无定形相主要是由硅铝质等组成的玻璃体。据报道，我国上百个电厂粉煤灰样品的玻璃体含量占总量的50%~80%（平均60%），表1-9所列为53.23%~60.86%，属于中下水平。而G．M．Idorn等人对美国四种粉煤灰分析的结果是，其中无定形相和玻璃相占总量的90％以上。

这些玻璃体经过高温锻炼，储藏了较高的化学内能，是粉煤灰活性的主要来源。空心和实心颗粒以及多孔体的主晶相是玻璃相，铁珠表面由于混杂有硅铝成分，也有玻璃相。一般K2O、Na2O等成分，均存在于玻璃相中。

（2）结晶相

莫来石在粉煤灰中不是独立的颗粒组份，常存在于空心玻璃的表面与玻璃体共生，尺寸较大。厚壁珠及多孔玻璃体表面也有，但一般尺寸较小。莫来石均由液相析晶所构成，呈针状自形晶结合体。

在XRD的特征曲线上，可以明显地识别莫来石，d值为5.977，3.404，2.552，2.125，1.707，1.527等均为莫来石特征峰。

粉煤灰中AI2O3含量高时，形成的莫来石增多。表1-9所示的粉煤灰样品中莫来石含量为14.6%~31.4%，粉煤灰一般含莫来石11.3%~36.3%。莫来石熔点为1810℃，相对密度为3，为6。由于莫来石硬度大，粉磨较困难。莫来石的活性比玻璃体要小。

磁铁矿和赤铁矿是铁珠的主要组成部分。磁铁矿中含有大量液相析晶，包括十字树枝状骸晶，他形及自行状晶。赤铁矿大部分是磁铁矿在高温下进一步氧化而成的，多分布于磁铁矿边缘，形成包边结构。在少数铁珠中有方铁矿晶体析出，呈立方自形粒状晶。在铁珠边缘有少量褐铁矿。

磁铁矿和赤铁矿在正交偏光下，可以很容易地进行鉴定，XRD的特征曲线也比较明显，d值2.703，2.552，1.603，1.7者属磁铁矿；d值为2.510，2.201，1.444者属赤铁矿。含量一般在5%~10%左右。

粉煤灰中带有的原生矿物石英呈棱角状，不规则颗粒较大颗粒达0.33mm。以鳞石英（d—石英）为主，熔点1670℃。含量6%左右。

石墨为不透明的晶质矿物，主要是由原煤中未燃烧部分的碳形成的。反光下为长条状，杂乱分布，反射色为灰黄色，反射率为17%。

原煤中含有一定量的CaO、MgO，在燃烧中很容易和SiO2反应生成硅酸盐，因此，当粉煤灰含钙量高时，本身有一定的水硬性。

5．粉煤灰的需水量比

粉煤灰需水量比是按规定的水泥标准砂浆流动性试验方法，以30%的粉煤灰取代硅酸盐水泥时所需的水量与硅酸盐水泥标准砂浆需水量之比。这个性质能在一定程度上反映粉煤灰物理性质的优劣。较劣粉煤的需水量比往往高达120%以上，优质粉煤灰则可能在90%以下。

6．粉煤灰的火山灰活性

所谓火山灰活性是沿用天然火山灰材料能在常温下与石灰起化学反应，生成具有胶凝性能的水化产物的性能。粉煤灰火山灰活性的评定，大多采用“抗压强度比”试验法，这种方法是从传统的水泥或消石灰砂浆强度试验法改进而确立的，即根据所掺粉煤灰对水泥砂浆或对消石灰砂浆强度的贡献来评定粉煤灰活性的高低。有关情况将在以后的章节中介绍。

7．粉煤灰中的微量元素

南京大学翟建平等人对华能南京电厂电收尘器第一电场至第五电场的粉煤灰进行了微量元素分析，颇具代表性。详见表1-10。

由表1-10可知，由于H1~H5的粉煤灰的细度逐渐变细，细粒径灰粒的比表面积、表面活性和吸附能力均较大，从而导致绝大多数微量元素趋向在细粒径灰中富集，其中尤以As和Se的富集程度较高，分别可达7.28倍和5.47倍，其余元素的富集程度介于1.5~3.0倍之间。细粒径灰的微量元素总量也要比粗粒役灰高，如五电场灰所含微量元素总量几乎是一电场的2倍。而从表1-7可知，5个电场粉煤灰的化学成分基本相似，采集样品也是在同一时间内，煤的燃烧工况也几乎相同。因此在粉煤灰综合利用中这是一个值得重视的现象。

不同电场粉煤灰中微量元素含量（10-6）　　　　表1-10

样号	As	Ba	Co	Sc	Cu	Ga	Ge	Hf	Mo	Nb	Ni	Pb	Rb	Th
H1	3.2	782	24	10.5	91	42	8.8	18	6.5	36	41	68	46.5	44
H2	6.9	971	30	22.0	104	52	10.4	20	6.4	37	49	82	45.0	21
H3	9.2	1000	34	25.4	120	69	12.8	24	9.7	43	59	112	47.1	56
H4	13.4	683	44	29.9	146	92	15.8	32	10.2	54	75	164	44.7	74
H5	23.3	1222	46	32.1	155	105	16.7	31	14.5	54	79	181	45.6	75
样号	Sr	Li	U	V	Mn	W	Zr	Y	Zn	Be	Cr	Se	∑
H1	924	325.1	6.9	137	160.8	12	437	59	50	6.0	32	20.3	3391.6
H2	1127	400.7	8.3	170	257.7	12	473	63	63	7.0	32	29.2	4135.6
H3	1356	440.0	10.5	210	222.6	12	541	80	82	8.0	24	51.4	4658.7
H4	1814	615.8	11.6	221	167.6	16	683	98	102	9.5	23	63.9	5303.4
H5	1799	613.9	15.0	267	239.8	16	707	98	153	9.9	17	110.0	6127.8

注：样号H1~H5的粉煤灰分别取自靠近锅炉的第一电场（H1）至较远离锅炉的第五电场（H5）等5个电场。

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粉煤灰的放射性

大剂量、高密度放射性核素的照射能显著地致害人类，小剂量辐射往往被忽视。接触过放射性物质的人员，包括核动力厂、铀加工厂、油天然放射物探井人员等，尽管他们工作环境的辐射剂量低于较大容许核素剂量水平0.055Va-1,，但他们血样淋巴的染色体畸变率仍高于一般人。

某些天然辐射，传统公认的“正常”照射，有的亦达到了非常严重的程度。例如，在美国爱达荷州，过去一直采用硅酸铝渣铺路造房，属天然辐射的“正常”照射。但进来用仪器测试显示：公路、住房上空的γ吸收剂量远高与其他地区。瑞典用含矾页岩多孔混凝土建房有长久历史，房屋内放射性氡的等效平均浓度高达260Bq/m3，为国际放射性防护委员会提出的上限值100Bq/m3的2.6倍。我国用石渣建房也出现过类似问题。

总之，对于能够形成长期辐射的建筑材料核素危害不可掉以轻心。中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员张昌鸣先生对粉煤灰的放射性及相关问题进行了系统研究，使我们对粉煤灰的放射性有一个较全面的认识。

1.粉煤灰中的放射性物质

(1)放射性物质的起源

粉煤灰中的放射性物质起源于原煤。像自然界的大多数物资一样，原煤中也含有天然存在的原生放射性核素。一般天然放射性核素在煤中的含量低于地壳的含量，但由于火山源的反常放射性超负荷浸渍以及其他原因，某些煤层也会有高度的反射性核素。

(2)原煤中放射性核素概况

①我国和世界各国的比较

以226Ra（Bq/Kg）衡量，对于近20个国家的煤样进行比较，将其中4个较高值和4个较低值列表，如表1-11所示，煤中放射性核素含量较高的国家是巴西，其次是澳大利亚、南非和印度，较低是美国怀俄明。按产量加权平均值，其他国家为41.5，我国为36。我国原煤的放射性核素量比国外稍低。

几个典型国家煤中放射性核素含量（Bq*Kg）表1-11

序号	煤样来源国	226Ra	232Th	40K
1	美国（怀俄明）	0.32
2	匈牙利	1.5
3	德国（西部褐煤）	﹤10	﹤7	15
4	意大利（中部褐煤	4~5	70~120	15~25
5	印度	25	26	440
6	南非	30	20	110
7	巴西	100	67	370
8	澳大利亚	30~48

②我国几个典型省的比较

仍以226Ra（Bq*Kg-1）衡量，各省（自治区）煤的放射性核素含量较高的是广西，高达313，其次是江苏（54），新疆较低（6.6），产煤大省山西的煤核素含量处于较低水平。表1-22是8个典型省（区）的数据。

我国8个典型省（区）煤中反射性核素含量（Bq *Kg-1）表1-22

序号	省（区）名称	统配矿年产量（104t）	226Ra （按产量加权）	232Th （按产量加权）	40K （按产量加权）
1	新疆	394	6.6	8.9	0.64
2	青海	34	17	25	0.81
3	山西	6385	24	25	0.68
4	黑龙江	3887	23	25	1.40
5	江苏	1561	54	25	0.75
6	江西	646	60	47	2.60
7	宁夏	898	62	26	0.97
8	广西	387	313	59	1.80

（3）粉煤灰中的放射性核素

①粉煤灰的放射性浓度与原煤的放射性核素含量的关系

粉煤灰的放射性浓度与煤种有一定的依存关系，放射性浓度高的原煤，其粉煤灰的放射性也高，但是，粉煤灰的放射性浓度高于其原煤的放射性浓度。

粉煤灰放射性核素含量不仅受煤的燃烧工艺控制条件的影响。这是因为没燃烧时使天然发射性物质部分向环境排放，引起放射性物质再分布，分布过程的多种影响因素又到导致放射性核素含量的波动。据波兰文献报道，某电厂粉煤灰226Ra的波动值竟高达63 ~610。但一般情况下，波动值不会这么大。

②国外粉煤灰反射性核素浓度

从20多个国家的粉煤灰样品选取4个放射性核素浓度较高值和4个较低值列表如表1-13。由表中数据可知，其较高值与较低值倾向与原煤的核素浓度大体是一致的。由于美国怀俄明原煤的放射性核素较低，其粉煤灰中的放射性核素含量也较低。

几个国家典型灰样的放射性核素浓度（Bq*Kg-1）表1-13

序号	粉煤灰产地	226Ra	232Th	40K
1	美国（怀俄明）	30
2	意大利中部	40~70	300
3	美国拉契牙	70	52	780
4	德国褐煤（1）	70	40	100
5	匈牙利	20~560
6	德国褐煤（2）	200	100	300
7	澳大利亚	580
8	波兰	63~610	33~320

③我国粉煤灰的放射性

由于粉煤灰中放射性核素含量波动范围大，我国关于粉煤灰中放射性核素的系统测试缺少报道。现将河南省环保研究所对粉煤灰及其制品中的放射性测试结果列于表1-14。

粉煤灰及制品中放射性测定结果表1-14

序号	样品名称	燃烧的煤种	总α比放射性（Ci*Kg-1）	总β比放射性（Ci*Kg-1）	总比放射性（Ci*Kg-1）
一、	河南粉煤灰
	1、郑州电厂	义马、新密煤	1.30×10-8	1.59×10-8	2.89×10-8
	2、洛阳电厂	新安、义马煤	1.38×10-8	2.42×10-8	3.80×10-8
	3、平顶山电厂	平顶山煤	2.78×10-8	1.90×10-8	4.68×10-8
	4、焦作电厂	亚东南煤	2.98×10-8	2.35×10-8	5.33×10-8
	5、新乡电厂	鹤壁煤	2.78×10-8	2.05×10-8	4.83×10-8
	6、商丘电厂	义马、新密煤	0.93×10-8	1.80×10-8	2.73×10-8
	7、信阳电厂	平顶山、新密煤	0.84×10-8	2.25×10-8	3.09×10-8
	8、周口电厂	平顶山、义马煤	0.90×10-8	2.08×10-8	2.98×10-8
	9、汴梁电厂	义马、新密煤	0.90×10-8	1.86×10-8	2.76×10-8
	10、姚孟电厂	平顶山煤	2.25×10-8	1.92×10-8	4.17×10-8
	11、许昌电厂	禹州煤	2.08×10-8	1.76×10-8	3.84×10-8
	12、郑州三电厂	义马、新密煤	1.28×10-8	1.36×10-8	2.64×10-8
二、	其它地区粉煤灰
	1、广州电厂		3.93×10-8	3.20×10-8	7.13×10-8
	2、贵阳电厂		4.29×10-8	3.69×10-8	7.87×10-8
	3、重庆电厂		4.11×10-8	3.76×10-8	7.87×10-8
	4、株洲电厂		3.61×10-8	3.27×10-8	6.88×10-8
	5、萍乡电厂	萍乡煤	2.44×10-8	2.98×10-8	5.42×10-8
三、	河南粉煤灰制品
	1、郑州灰渣砌块		2.14×10-8	2.31×10-8	4.45×10-8
	2、郑州粉煤灰加气混凝土砌块（掺70%粉煤灰）
	2、郑州粉煤灰加气混凝土砌块（掺70%粉煤灰）		1.28×10-8	1.53×10-8	2.81×10-8

续表1-14

序号	样品名称	燃烧的煤种	总α比放射性（Ci*Kg-1）	总β比放射性（Ci*Kg-1）		总比放射性（Ci*Kg-1）
四	相比较的郑州
	其他建筑材料
	1.郑州黏土砖		1.44×108	1.86×108	3.30×108
	2.灰砂砖		1.35×108	1.55×108	2.90×108
	3.土壤		1.87×108	1.09×108	2.96×108