煤灰成分分析及其应用

曲慧敏

摘要:煤灰成分分析在煤质分析中是比较重要的项目。它测定的元素多,其含量范围波动很大,涉及的测定方法很多,需要技术操作人员要有专业的理论基础和丰富的经验。煤灰成分是气化及动力用煤的参考指标。根据煤灰成分,可以了解煤中矿物质的组成及含量,估计煤灰的熔融性,熔渣的流动性,大致判断这种煤在燃烧过程中炉砖的腐蚀情况等等,以及为煤和煤灰的综合利用提供重要的参考资料。

Abstract: Coal ash composition analysis is an important item. The range of the determination of the elements is wide, and there are many test methods. Personnel who want to test it must have professional theoretical foundation and rich experiences. Ash components of coal are the reference of the gasification and power coal. According to ash composition, we can understand the composition of coal and mineral content in the estimated melting of ash, slag fluidity. We can determine the course of this coal-burning stove in brick corrosion, etc., as well as coal and the comprehensive utilization of coal ash to provide important references.

关键词:煤灰;分析;应用

Key words: coal ash; analysis; application

中图分类号:TQ533文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)04-0077-01

根据煤灰成分大致可以推测出煤的矿物成分。煤灰成分的变化很大,但也有规律可循。在同一煤层的煤灰成分变化往往较小,而不同成煤时代的煤灰成分变化往往较大,为此,在地质勘探过程中,可用煤灰成分作为煤层对比的参考依据之一。

1煤灰成分分析

煤灰成分中经常分析项目SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Mn3O4、TiO2、P2O5、SO3、K2O、Na2O。

煤灰成分分析现行国家标准是GB/T 1574-2007。它包括半微量分析法和常量分析法、测三氧化硫的硫酸钡质量法、燃烧中和法、库仑滴定法、测五氧化二磷的磷钼蓝分光光度法、测氧化钾和氧化钠的火焰光度法及测钾、钠、铁、钙、镁、锰的原子吸收法。

半微量分析法的试样溶液制备是:称取灰样0.10g于银坩埚中,用几滴乙醇润湿。加氢氧化钠2g,盖上坩埚盖,放入马弗炉中,在1h-1.5h内将炉温从室温缓慢升至650℃-700℃,熔融15min-20min。取出坩埚,用水少激冷后,擦净坩埚外壁,放于250ml烧杯中,加入约150ml沸水,立即盖上表面皿,待剧烈反应停止后,迅速加入盐酸20ml,于电炉下微沸约1min,取下,迅速冷至室温,移入250ml容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,此为母液。煤灰中的二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛、三氧化二铝、氧化钙和氧化镁都是在此母液的基础上进行各项测定。

现根据多年的经验简述一下其中的注意事项:(1)如何判断灰样是否熔好:熔融物应是均匀的红色透明液体;坩埚上边应是很干净,证明熔融时灰样和熔剂没有溢出坩埚;熔融物加入浓盐酸后溶液无黑色颗粒。(2)脱样注意事项:坩埚应用滤纸擦净后放入烧杯中;加入沸水后要停留一段时间,以使坩埚内的物质尽量溶解到水中。(3)加热微沸一分钟时,所用的电炉子功率不宜过大,否则不好掌握微沸成度。(4)定容母液后,最好在当天完成三项比色的项目测定。因为由比色测定的成分比较不稳定,沉淀时间长会起一些变化。(5)滴定实验时,必须按顺序加入各试剂,次序不能颠倒。要注意滴定速度,不可过快。

造成煤灰分析各项测验值偏高或偏低的主要原因有:(1)样品制备:煤样灰化时,温度低,灰化时间不够,灰样未烧透或未磨细会使测值偏低;(2)称样方式:灰样烧好后,没有立即称出,吸收了空气中水和二氧化碳;用小勺称灰样后,小勺上所沾染的灰样未全部刷入到银坩埚中。这些都会使测值偏低;(3)熔样:温度低,熔融时间不够;熔样时炉子升温速度太快,坩埚内熔融物溢出;银坩埚中熔融物没有全部洗出等都会使测值偏低。而银坩埚在使用之前未处理干净则会使测值偏高。

2煤灰成分的应用

煤灰成分主要以二氧化硅和三氧化二铝为主,这两种成分合占煤灰的70%-80%以上,其余20%-30%左右为三氧化二铁、氧化、氧化镁、四氧化三锰(或一氧化锰)、二氧化钛、五氧化二磷、三氧化硫、氧化钾和氧化钠等;此外还有钒、钼、钍、铀、锗和镓等的氧化物,但这些稀散的伴生元素氧化物在煤灰在的含量一般都是极其微量的。

根据煤灰成分不致可以推测原煤的矿物组成,而且还可以为动力用煤的灰渣综合利用,提供技术资料。

煤灰成分中硅含量和铝含量普遍较高。如我国不少矿区的煤灰成分中三氧化二铝含量高达40%左右,利用这种煤可以作为提取结晶氯化铝和固体聚合铝,即碱或氯化铝的原料。而含二氧化硅高的煤灰,即可作为提炼石英砂和制造水玻璃的原料。

铁含量则常随煤中硫铁矿硫含量的增高而增高,如某些黄铁矿硫含量很高的煤,其煤灰中的三氧化二铁含量可高达50-60%以上,这种煤灰就可考虑作为炼铁的原料;而有些低硫煤的煤灰中三氧化二铁含量可低至1%左右。

某些以碳酸盐矿物为主的煤灰组分中,氧化钙含量可高达30%以上。这时在高炉炼铁过程中就可以减少熔剂石灰石的用量。

此外,根据煤灰的组成即可初步判断煤灰的熔融温度。煤灰中的Al2O3是增高灰熔融性温度的最主要的成分。Al2O3含量大于20%的煤灰,其软化温度ST一般均大于1250℃;Al2O3大于30%的煤灰,ST均大于1350℃;Al2O3大于35%时,ST大于1400℃;Al2O3大于40%时,ST几乎都大于1500℃。煤灰中的Al2O3含量最低可达7%-8%左右,最高可超过46%,一般在20%-30%左右。

煤灰的熔融温度的高低,直接关系到煤作为气化和动力原料时的性能。液态排渣的锅炉和气化炉要求煤灰熔融温度低的煤。至于链条锅炉则以煤灰熔融温度低一些的煤为好,使煤在燃烧过程中能产生轻微的结渣现象,以起到保护炉栅不被过高炉温烧熔的作用,但也不宜使用煤灰熔融温度过低的煤,否则灰渣就会结成大块而影响通风,使炉内不能正常燃烧,同时还给清炉出渣带来很多不便。

另一方面,炉内结渣还与煤的灰分含量有很大关系,即煤灰熔融温度相同,灰分含量高的煤比灰分低的容易结渣,且灰分越高,结渣也越严重。常常发现煤灰熔融温度高的煤反而比熔融温度低的煤容易结渣,这就是因为前一种煤的灰分含量高,而后一种煤的灰分低的缘故。

测定煤灰中钾、钠和钙的氧化物等碱性成分含量,能大致判断煤在燃烧时对锅炉燃烧室的腐蚀情况;含二氧化钛和五氧化二钒等伴生元素较高的煤灰还可以提炼这类稀有的金属元素;有些接近粘土成分的煤灰还可以用来制造耐火砖。根据某些煤灰组成中各氧化物之和与总量有较大差异的试样,还可发现某些稀有元素在煤中的富集情况。

综上所述,煤灰的成分分析在工、农、业生产中起到很大的作用。随着科学技术的不断发展,煤灰的综合利用将得到推广和提高。