毕节地区粉煤灰中的理化性质测评

李金海

(毕节学院 化学与化学工程学院，贵州毕节551700)

1 检测样品与仪器试剂

1.1 样品采集

本实验中的样品采集来源情况如表1所示。

表1 毕节地区粉煤灰理化性质测评样品采集来源统计表

1.2 仪器与试剂

电感耦合等离子质谱仪(ICP－MS)S－227、磁力搅拌器、万分之一天平。试验中所用玻璃器皿均经过1+1盐酸浸泡4h，再纯水清洗3次后备用。

2 理化性质检测

2.1 化学性质

本次实验对样品的化学成分检测采样用了ICPMAS法进行检测。有文献表明分析压力、雾化器流量和采样深度等是ICP－MS检测的重要因素。结合相关研究，本次检测实验中ICP－MAS所选择实验的仪器参数如表2所示。

表2 ICP－MS工作参数

检测结果表明，样品中的化学成分含量丰富，涉及 Si、Al、Mg、Fe、Ca、Na 及 K 等 40 多种元素，各化学组分含量差距迥异，为便于统计分析，现将样品中化学元素分为“常量元素”(百分之一含量)和“微量元素”两部分来罗列呈现，具体情况如表3和表4所示，其中的镓、铟、锗等稀散元素的含量情况已另列篇幅加以分析论述而不在此呈现，以及其中的少许含量在百万分之一以下的元素含量情况也未在此加以呈现分析，将在后续研究中加以深入探索。

表3 毕节地区电厂粉煤灰中常量元素检测统计表

从表3可以看出，样品中常量元素以硅元素含量为最高，最高含量达26.55%，折合为其氧化物SiO2，达56.45%，接近样品总量的50%。由此可见本地区粉煤灰中的硅有着较大的资源化利用空间，比如提取硅酸盐产品或用作生产硅肥等。样品中含量居于硅之后的是铝和铁，这二者在样品中的含量十分接近，均在10%左右，总体而言，以铝的含量稍高，由此可见，本地区粉煤灰中的铝、铁等有价金属有一定的资源化价值，比如从中提取铝和铁的化合物或单质，或用作污水处理等。同时，由表3还可以看出，这样品中含量居于前3位的3种元素表现出一定的正向增减性，这在一定程度上可以判断该地区的煤矿中具有正向伴生性。样品中含量居于前6位的元素含量变化情况如图1所示。

图1 毕节地区粉煤灰中常量元素含量变化图

表4 毕节地区电厂粉煤灰中微量元素检测统计表

由表4可以看出，样品中含有种类繁多的微量元素，这些微量元素也差异极大。这些物质虽含量较少，但其中的一些物质在自然界中的丰度原本就较小，而样品中所检测出的上述元素含量大多数含量均高于其各自在自然界的平均丰度，比如锆(在宇宙中的含量为 0.05×10－6)、钡(地壳中含量 500 ×10－6)、锰(地壳中含量为950×10－6)、铈(地壳中含量为68×10－6)、镧(地壳中含量为32×10－6)、镍(在宇宙中的含量为 60×10－6)、钇(地壳中含量为 30×10－6)、铌(地壳中含量为20×10－6)、锡(地壳中含量为2.2×10－6)、镱(地壳中含量为 3.3 ×10－6)、镉(地壳中含量为0.11×10－6)、钼(在地壳中的平均丰度为 1.3×10－6)、鈧(在地壳中的平均丰度为 16×10－6)等。可见，本地区粉煤灰中的某些组分也有一定的资源化价值和可能。

粉煤灰在带来资源化可能的同时，也带来了极大的环境隐忧，因为其中的很多组分有一定的毒性，比如铅、铬、锰、铊等。此外，其中的某些元素还具有放射性，这让粉煤灰对环境增添了更大的风险性，提醒社会在积极探索粉煤灰的资源化的同时，也要努力探索因粉煤灰可能带来的环境风险防范和治理措施。

2.2 物理性质

经煤炭燃烧后产生的产物——粉煤灰，其物理、化学性质与煤炭的品质、颗粒、燃烧方式，以及粉煤灰的排放和处理方式等因素有关。分析粉煤灰的物理性能，主要包括其外观颜色、密度、细度、松散容重和压实密度等。本次试验也在此基础上从这几个方面对样品进行了物理性质分析。

表5 毕节地区电厂粉煤灰的物理性质检测统计表

煤炭燃烧是一个复杂的化学过程，同时由于受煤炭品质和燃烧条件等因素影响，粉煤灰中的含碳量差异也较大。从色泽外观上看，含碳量低的粉煤灰呈现灰色或灰黑色，含碳量越高，粉煤灰的黑色越深;从表5的数据可以看出，样品中的颜色以粉煤灰渣的颜色为最高，也表明粉煤灰渣中的烧失量最大;从表5也可以看出，样品中的粉煤灰细度以细灰为最大，因此当地电厂产生的细粉煤灰活性较好，有较大的用作水泥、石膏等建材的商品灰开发价值。同时，由于当地粉煤灰中碳含量较高，如用这类粉煤灰制备烧结砖既可以节约一定的燃烧能耗，也可以减少资源的浪费和因粉煤灰排放引起的环境冲击隐患。

3 结论与建议

从本次检测分析可以看出，本地区粉煤灰中化学元素组成丰富，涉及 Si、Al、Mg、Fe、Ca、Na 及 K 等 40多种元素，这些化学组分中有多种组分具有较大资源化价值，比如其中含量较高的常量元素硅可以用作生产硅肺或者开发硅酸盐产品，铝可以用来提取铝或净水剂等含铝产品等;其中含量较低的微量元素锆、钡、锰、铈、镧、镍、钇、铌、锡、镱、镉、钼、鈧等比其各自在自然界中的丰度要高，也有一定的资源化价值和可能。从对样品的物理性能分析可知，当地电厂粉煤灰烧失量较大，平均在5.95%，具有燃料二次回收利用价值，细度0.08mm筛余量为8.94%，灰较细，较易开发为生产水泥、石膏等建材的商品灰。

本地区煤矿资源较为丰富，开采出来的大多数煤炭被投放到火电厂用作燃料后形成粉煤灰，这些粉煤灰的资源化利用率极低，且对会场周边环境形成一定的环境风险冲击。因此，为积极推动和促进本地区粉煤灰的资源化利用效应，必须准确把握其理化性质。这将有利于促进其优质优用，达到进一步的合理与有效开发。

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