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粉煤灰与耐火材料应用领域的常规性能研究

编辑:保温砖 时间:2021-03-19 浏览:93

前言

我国作为煤炭燃烧大国,轻质保温砖 每年燃烧煤炭产生大量粉煤灰固体污染物。与此同时,产生的污染物在没进行科学合理手段处理下,严重破坏了自然环境,对人们日常生活造成严重影响。为此,燃煤热电厂采用磨粉机将原料进行研磨,让其具备水硬活性,应用到各大生产制造中。目前,在建筑材料、施工中应用粉煤灰较多。

随着粉煤灰走进市场,在农业、造纸、催生材料等领域也逐渐开始使用粉煤灰。经研究显示,粉煤灰主要组成成分为Al2O3和SiO2,具有耐火属性,因此也广泛应用于耐火材料制造中。虽然粉煤灰在耐火材料中应用较广,但是其物理性质、化学性质、结构、性能等没有准确资料参考。故本文主要通过检测粉煤灰主要性质,分析其耐火性能,为粉煤灰开发利用提供参考。

1研究方法

1.1研究材料

我国以煤炭为主要能源,每年消耗煤炭数量约占全国煤炭产量的1/3。山东耐火砖 粉煤灰是当前排放量的工业废渣之一。其主要是在燃烧过程中,煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧。煤粉中易燃物质燃在炉内燃尽,不燃物质在高温作用下形成圆形颗粒,在引风机抽气作用下流向炉尾,排入大气中。这些细小的圆形颗粒就是即为粉煤灰。

1.2检查方法

(1)分析粉煤灰化学成分。使用美国公司提供的ER/S型电感耦合等离子体发射光谱仪。

(2)分析粉煤灰晶相。使用荷兰公司提供的X射线衍射仪器。将X射线衍射仪器管压力维持在40kV,管电流维持在40mA,在CuKα辐射源作用喜爱,以2°/min的速度进行扫描。

(3)分析粉煤灰热重。使用德国公司提供的STA449/6/G型热综合分析仪。将粉煤灰原料过滤,除去颗粒较大粉煤灰,将细小粉煤灰与少量清水进行混合均匀,制作成三角锥立体形状。将三角锥放入热综合分析仪内,在不同温度测量下,检查粉煤灰耐火性能。

(4)分析粉煤灰表面积与空隙率。使用美国公司提供的Autosorb-1-MP/LP型全自动比表面及孔隙率分析仪。

(5)分析粉煤灰颗粒分布情况。保温材料生产厂家 使用英国公司提供的MS2000G型激光粒度分析仪。将粉煤灰让入水中进行检测。

(6)分析粉煤灰形状。使用香港公司提供的Nova400Nano高分辨场发射扫描显微镜观察。首先将粉煤灰放入无水乙醇中进行分散,再取分散后溶剂放置载玻片中,将温度维持在110℃且干燥条件下,放置12h后进行喷金处理,最后在扫描显微镜下观察粉煤灰形状。

2研究结果

2.1化学组成成分

粉煤灰化学组成成分包括Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O、Na2O、S、P、C化学成分,其中Al2O3、SiO2含量最多,约占粉煤灰质量的88.5%。碱性金属氧化物K2O、Na2O含量较少。C元素为易燃物,在燃烧过程中可除尽。

2.2晶相分析

通过研究显示,刚于相和莫来石相是粉煤灰主要物相。通过上述研究显示,粉煤灰中含有微量CaO、Fe2O3、TiO2杂质,在通过X射线衍射仪器时,显示器上没有明确显示。据显示器物质含量数据显示,经计算得出粉煤灰中莫来石相与理论上的莫来石相有较大差别,但是其主要成分还是Al2O3、SiO2。如果粉煤灰中莫来石相按照理论莫来石相进行计算,应该为Al4.5Si1.5O9.75。实际上,通过X射线衍射显示,粉煤灰中莫来石相为Al4.75Si1.25O9.63。耐火材料主要成分为Al2O3、SiO2,在莫来石相中Al2O3、SiO2具有耐火性能,所以在制造耐火材料时可选用粉煤灰。

2.3综合热分析

通过热综合分析仪显示,在不同温度,粉煤灰损耗不同。随着温度的上升,损耗逐渐增大。温度小于200℃时,粉煤灰损失最小,为0.13%;温度达到1200℃时,温度损耗,为4.46%。这是因为粉煤灰是煤炉中不易燃烧的颗粒物,成分中不含有结晶水、结合水等,所以在温度较高情况下损耗也不大。在温度升高过程中产生的损耗,主要是通入空气中含有水分,水分与粉煤灰反应引起的损耗。温度在200℃-100℃期间,粉煤灰损耗约为4%,此阶段的损耗主要是,在煤炭燃烧过程中有少部分物质未完全燃烧,在加热过程中受热氧化,引起的损耗。从热综合分析仪显示,在627.2℃和1030.7℃有明显放热峰。在627.2℃产生放热峰,主要原因是粉煤灰中残留未燃烧的物质,随着温度上升达到燃烧值后,燃烧放热;在1030.7℃产生放热峰,主要原因是粉煤灰中Al2O3、SiO2在高温条件下发生化学反应,形成莫来石。

2.4耐火程度

将粉煤灰放置不同温度下检查其耐火程度。经过耐火度炉热处理后,粉煤灰有不同程度的损害,在1580℃和1610℃情况下,粉煤灰已完全变形,在1630℃情况下,粉煤灰有轻微弯曲,说明粉煤灰的耐火范围在1630℃-1610℃之间。材料耐火程度是指在高温作用下,不易发生变形、软化等,起到保护物体原始形态作用,但是耐火程度不等同于熔点。在粉煤灰中Al2O3、SiO2具备耐火性质,由Al2O3、SiO2组成的莫来石,莫来石的熔点在(1890±90)℃。但是由于粉煤灰中含有其他杂质,在燃烧过程中不能完全去除,所有其耐火温度不高,一般小于1200℃。

2.5比表面和孔隙率

通过全自动比表面及孔隙率分析仪显示,粉煤灰吸附、脱附程度较低,总吸附量在0-30ml/g范围内,吸附效果不强。由此说明粉煤灰表面积较小、孔隙较少。接下来研究粉煤灰不同孔隙的吸附强度,据数据研究显示,孔隙大小在2-10nm内,具有吸附性;孔隙大于102nm时,随着孔隙的增大,孔隙数量增多,其吸附效果增强。这是由于粉煤灰中存在空心结构颗粒,空心结构颗粒孔隙大、孔隙数量多,所以吸附性强。但是在粉煤灰中只有少部分空心结构颗粒,所以粉煤灰整体吸附性不强。

2.6颗粒分布

通过激光粒度分析显示,粉煤灰颗粒大小、分布情况呈正态分布,且分布范围较广。说明粉煤灰整体颗粒大小均匀,但是分布较为分散。

2.7形状分析

在扫描显微镜观察粉煤灰形状结构。研究显示,粉煤灰分布均匀,呈规则球状,表面光滑,颗粒较小。在观察过程中,还发现存在一些不规则颗粒物,这一些不规则颗粒物可能是在温度冷却后形成的颗粒物。同时,在显微镜观察下,观察到小部分空心结构粉煤灰,可用于制作隔热耐火材料。

3结语

综上所述,在煤炭燃烧过程中产生大量污染环境物质,其中粉煤灰是主要固体污染物质。为减少粉煤灰对环境的污染,根据粉煤灰不同性能,用于制造不同材料,提高资源利用率。

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