粉煤灰中三氧化硫检测分析

仲翠英

摘 要： 粉煤灰是火电厂燃煤发电的产物，在我国，粉煤灰产量巨大，其堆放不仅需占用大量的土地，而且给环境带来了严重的破坏，因此，合理利用粉煤灰成为了众多学者研究的课题。首先阐述了粉煤灰的物化性质和其在工程中的应用情况，然后分析和探讨了硫酸钡重量法和电导滴定法对三氧化硫含量检测的注意事项，最后对两种方法的检测结果进行了对比和分析，通过本文的研究，以期为相关工作提供一定的参考。

关键词： 粉煤灰 SO3 硫酸钡重量法 电导滴定法

中图分类号： TQ170文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）02-0011-04

Detection and Analysis of Sulphur Trioxide in Fly Ash

ZHONG Cuiying

（ Nanjing Traffic Engineering Testing Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 210000 China ）

Abstract： Fly ash is theproduct of coal-fired power generation in thermal power plants. In China， the production of fly ash is huge， and its stacking not only occupies a large amount of land， but also causes serious damage to the environment. Therefore， the rational use of fly ash has become a research subject for many scholars. This article first elaborates on the physic-chemical properties of fly ash and its application in engineering， and then analyzes and explores the precautions for detecting sulphur trioxide content by using barium sulfate gravimetric method and conductivity titration method. Finally， the detection results of the two methods are compared and analyzed. Through the research in this article， it is hoped to provide some reference for the related work.

Key Words： Fly ash； SO3； Barium sulfate gravimetric method； Conductivity titration method

粉煤灰是火电厂燃煤发电的产物，在我国，粉煤灰产量巨大，其堆放不仅需占用大量的土地，而且给环境带来了严重的破坏，因此，合理利用粉煤灰成为了众多学者研究的课题。在工程领域，主要将粉煤灰用于生成水泥和混凝土，粉煤灰的应用不仅改善了混凝土性能，而且节约了工程成本。但粉煤灰中的三氧化硫可以与水泥中的部分成分反应生成水化硫铝酸钙（AFt）晶体，使混凝土体积增大，进而导致混凝土开裂，此外，《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2017）中也对粉煤灰中三氧化硫的含量做出了规定，其中用于混凝土和砂浆中的粉煤灰，其SO3含量应≤3%；对应用于水泥活性材料中的粉煤灰，其SO3含量应≤3.5%。因此，对应用于工程中的粉煤灰，应严格控制粉煤灰中三氧化硫的含量，在使用粉煤灰前必须进行三氧化硫含量的检测，以确保工程质量。

1 粉煤灰概述

1.1 物理性质

粉煤灰是一种多相物质，具有颗粒较细而不均匀的特点。其是在燃烧煤炭时产生的一种副产品，包含着未燃烧的碳、煤渣和灰分等物质，具有较高的化学反应活性和物理机械性能。根据其来源和燃烧方式的不同，粉煤灰可以分为多种类型，如硬煤粉煤灰、软煤粉煤灰、锅炉尘灰等[1]。其中，硬煤粉煤灰的颜色通常为灰白色或浅灰色，软煤粉煤灰则呈现出深灰色或黑色的外观，不同类型的粉煤灰具有不同的物化性质和应用特点，表1为粉煤灰的几项技术指标。

1.2 化学性质

粉煤灰中的硅酸盐成分与NaOH发生反应，形成水化硅酸盐凝胶。这种凝胶具有良好的黏结性、强度和稳定性，可以用作水泥、混凝土和其他建筑材料的掺合料。粉煤灰中SiO2的含量通常在40%～70%之间，而Al2O3的含量约为10%～30%，Fe2O3的含量为3%～10%，这些氧化物是粉煤灰能够参与化学反应并形成凝胶化合物的重要成分。在粉煤灰的应用领域中，这些氧化物的含量和物理化学特性对其性能和应用效果有着重要影响。例如：在水泥混凝土的制备中，粉煤灰可以替代部分水泥，以改善混凝土的强度、耐久性和施工性能。在这个过程中，粉煤灰中的SiO2、Al2O3等氧化物可以与水泥水化产生新的化合物，并形成较为稳定的凝胶相，从而提高混凝土的性能和可靠性，不同类型的煤和燃烧设备在煤燃烧过程中产生的粉煤灰成分和特性也会有所不同。

1.3 粉煤灰在工程领域中的应用现状

粉煤灰在工程领域中的应用主要包括生成水泥和配制混凝土。在生产过程中，需要对粉煤灰进行细磨使其颗粒尺寸适应水泥生产的要求，并确保粉煤灰与其他原料均匀混合，以促进反应和成分的稳定性。此外，通过调整烧结温度、时间和矿物掺合料的配比等操作，还可以进一步调节水泥的性能。在粉煤灰水泥生产过程中，由于粉煤灰掺量的增加，会使水泥反应和晶体生长速率减缓，进而导致水泥的早期强度降低[2]。不过，随着反应的继续进行和晶体的长大，强度会慢慢提高，最终达到预期标准。在混凝土配制方面，利用粉煤灰配制混凝土具有很多优点，相对于传统混凝土配合比，掺入适量的粉煤灰可以显著降低水泥用量，同时还能改善混凝土的耐久性和抗裂性等技术性能，提高工程质量，延长使用寿命。

2 粉煤灰中SO3含量检测的重要性

目前工程领域中对于粉煤灰在砂浆和混凝土中SO3的含量，要求不超过3%，过高的三氧化硫可以与水泥中的部分成分反应生成水化硫铝酸钙（AFt）晶体。当水化硫铝酸钙晶体形成时，会导致混凝土体积增大，进而引起混凝土开裂[3]。因此，在粉煤灰使用前，必须进行SO3含量的检测，本文主要采用重量法和电导滴定法进行检测分析。

3 硫酸钡重量法

3.1 检测原理

3.2 检测步骤

（1）首先使用万分之一的天平称取质量约为0.5 g的试样，记为m1，将称取好的试样置于200 mL烧杯中，然后将40 mL蒸馏水加入烧杯中，用搅拌棒进行搅拌使试样完全分散，同时加入10 mL盐酸溶液，再次压碎块状物，然后将烧杯放在电炉上微沸加热，加热时间为5～10 min，取下加热后的烧杯，让其冷却，待冷却后用中速定量滤纸进行过滤，使用热水洗涤10～12次，即用热水冲洗滤纸上残留的固体，将洗涤液和滤液收集在同一个400 mL的烧杯中，然后加水稀释至250 mL。

（2）将收集到的滤液放在电炉上加热至微沸状态，用滴定管等装置滴加10 mL氯化钡溶液至烧杯中，保持电炉加热温度使滤液继续微沸3 min确保沉淀形成，在此过程中，如果沉淀未有效形成，则需继续延长微沸时间。待沉淀形成后在常温下静置12～24 h，此时溶液体积应保持在约200 mL刻度线处。

（3）针对静置后的溶液再次进行过滤，用温水进行洗涤，洗涤后应用1%的硝酸银溶液检验，当无白色沉淀出现，即无Cl-时，可停止洗涤。

（4）将沉淀和滤纸放入瓷坩埚中，在电炉上灰化完全后，在800～950 ℃的高温下，让样品灼烧30 min，确保所有有机物质和水分彻底燃烧、蒸发和挥发；30 min后，将瓷坩埚取出，放入干燥器中冷却至室温，在此过程中，应反复灼烧至样品处于恒量状态，进行称量，记为m2。

4 硫酸钡重量法检测过程中的注意事项

4.1 检测条件

（1）硝酸银在水中会发生水解，生成氧化亚银（Ag2O）和HNO3，导致溶液呈现深浅不一、不稳定的状态，影响其在实验中的使用效果，同时，硝酸银也很容易被空气中的氧气氧化，变成黑色，从而影响其质量和性能，因此将1 g硝酸银溶解在适量水中，而后加入10 mL浓硝酸，再稀释至100 mL，并储存在棕色瓶中。

（3）对酸的不溶物进行去除。由于粉煤灰中SiO2含量较高，在用盐酸对粉煤灰进行溶解时，可能会出现硅酸凝胶析出，为了避免其对试验结果的影响，在试样分解后，应用滤纸进行过滤以去除硅酸凝胶。

（4）将硫酸钡沉淀在灼烧前应确保滤纸灰化完全，若灼烧时仍有炭粒的存在，硫酸钡沉淀有可能还原为BaS，使SO3检测含量偏低。

（5）对于硫酸钡沉淀灼烧时的温度，应严格控制在800～950 ℃之间，若温度过低，则灼烧不完全，导致检测结果偏高，若温度过高，则导致硫酸钡过度分解，导致检测结果偏低。

4.2 检测时试样应注意的问题

（1）对于所取的粉煤灰试样，为使检测结果准确，应使所取样品具有代表性。

（2）在将试样倒入烧杯后，应用搅拌棒充分搅拌使试样完全分散，加入盐酸后，也应继续搅拌，使溶液中不存在大块试样。

（3）在洗涤过程中，应洗涤10～12次，洗涤过程中应用蒸馏水，且温度为80～90 ℃左右。

（4）在滴入氯化钡的过程中，应缓慢滴加BaCl2溶液，控制反应的速率，使沉淀反应均匀进行，避免剧烈的局部反应导致不均匀的沉淀形成。如果一次性倒入较大量的BaCl2溶液，可能会导致BaSO4的产生过量，超出所需的沉淀量，从而使结果偏高，且滴加过程中，应不断进行搅拌，使氯化钡溶液分散均匀，溶液中的BaCl2更好地和试验溶液中的硫酸根离子混合，避免局部过浓导致过多的晶核形成。此外，整个氯化钡沉淀过程应在温度较高的溶液中进行，因为高温下反应速率更快，可以加快BaSO4的沉淀过程，同时煮沸溶液可以增大BaSO4的溶解度，从而降低溶液的相对过饱和度。这样可以减少沉淀形成的过程中产生的小晶体数量，得到更大、更纯净的沉淀物。此外，在热溶液中， BaSO4颗粒表面的活性位点增加，可以减少BaSO4沉淀对杂质的吸附作用，从而提高沉淀物的纯度[4-5]。

（5）为了使沉淀从大晶体中析出，沉淀后应将沉淀与溶液在常温下放置一段时间，放置过程中，小晶体不断溶解，大晶体体积不断增大，当小晶体饱和时，大晶体就处于过饱和状态，此时沉淀就从大晶体中析出来了。因此，通过进行适当时间的陈化处理，可以帮助沉淀物更好地结晶，并且在析出过程中去除其中的细小晶体和杂质，从而获得更纯净、更大的晶体。（6）在用热蒸馏水洗涤沉淀的过程中，应控制洗涤沉淀的次数，如果洗涤次数太少，即洗涤不彻底，其中可能还残留着一些杂质或离子，而这些杂质会影响到所测定物质的准确含量，这将导致分析结果偏高。BaSO4是难溶于水的化合物，如果洗涤次数过多，在长时间接触过多的水时，仍然会有溶解的可能性，从而使分析结果偏低。

本文对同一试样进行三氧化硫含量检测，分别验证上述注意事项对检测结果的影响，具体检测结果如表2所示。

5 电导滴定法

5.1 检测方法

对所取试样进行磨细处理，在（105±5） ℃的温度下将试样进行烘干，然后用万分之一天平称取试样约为0.5 g放置于200 mL烧杯中，记为m1，用量筒量取100 mL热蒸馏水倒入烧杯中，同时用搅拌棒进行搅拌，将烧杯放置在电磁加热搅拌器上，然后搅拌时间约7～8 min，在搅拌过程中，溶液温度升高，搅拌完成后随即冷却溶液，然后用滴定管向烧杯内滴加1～2滴1%的酚酞指示剂，然后再加入稀盐酸，在此期间，烧杯内溶液由粉红色变成无色，然后再向烧杯内滴加氯化钡溶液，检测电导率并确定滴定终点。

5.2 检测原理

5.3 检测结果分析

5.3.1 氯化钡溶液体积对电导率的影响

不同氯化钡溶液的滴加有不同的电导率，具体数值变化如图1所示。

5.3.2 同一试样采用滴定电导法与硫酸钡重量法的检测结果分析

针对同一批样品，采用滴定电导法与硫酸钡重量法进行检测，为了充分对两种方法的检测结果进行对比分析，本文选取14个样品进行试验，每种方法进行7次平行试验，两种方法检测结果如表3所示。从表3数据可以看出，与重量法检测结果相比，电导法检测结果偏低，但两者差别不大，究其原因可能是电导法检测时，硫酸钙分解不够。此外，从检测速率来看，电导滴定法检测速度较快，每个样品耗时约为35～40 min，对于大规模检测且试验结果只做参考时，可采用电导滴定法进行[6]。

6 结语

将粉煤灰应用于工程领域，不仅解决了粉煤灰占用土地、污染环境的问题，而且给工程领域带来了较好的经济效益。但粉煤灰中过高含量的SO3会造成混凝土体积的增大，最终导致混凝土开裂，因此在使用粉煤灰时应检测SO3的含量。本文对硫酸钡重量法和电导滴定法两种检测方法的注意事项进行了探讨，并分析了两种方法检测同一批试样的检测结果，从检测结果可以看出，电导滴定法与硫酸钡重量法的检测结果相差不大，由于电导滴定法中硫酸钙分解不完全，导致检测结果偏低，但使用电导滴定法能大幅度提高检测效率，因此对于粉煤灰中SO3含量的检测，应根据具体情况选择不同的检测方法进行检测分析。

参考文献

[1]李瑞敏，武丽，黄侃.粉煤灰中三氧化硫的检测分析[J].粉煤灰综合利用，2013（4）：45-47.

[2]李淑芳.粉煤灰中三氧化硫检测的过程及具体操作[J].四川水泥，2020（5）：9.

[3]李德标.影响粉煤灰中三氧化硫检测的因素及最佳值选取[J].砖瓦，2023（4）：19-21，24.

[4]李慧，张金山，李绪萍.早强剂对粉煤灰-水泥砂浆力学性能的影响研究[J].混凝土世界，2023（5）： 72-76.

[5]任国峰，胡波，夏晨，等.混掺粉煤灰与煤矸石再生混凝土的综合利用[J].江苏建材，2023（2）：26-27.

[6]中建西部建设西南有限公司，中建西部建设股份有限公司.一种粉煤灰SO3含量检测系统及方法：CN202210954613.3[P].2022-11-11.