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原材料 粉煤灰和石灰

时间:2021-08-14 09:11:53   作者:一笑而过   阅读:290   评论:0

粉煤灰在加气混凝土中的作用主要是提供SiO2,同时,其中的Al2O3也具有较大作用(特别是在浇注以后的静停过程中)。传统上,按照排灰方式的不同,分别称之为干排灰和湿排灰,随着现代燃烧技术的发展,循环流化床锅炉和沸腾炉、垃圾发电锅炉应用日趋普及,粉煤灰中又有了性质与一般粉煤灰性能迥异的粉煤灰,前者因反复燃烧,且多使用劣质煤,所形成的粉煤灰活性较低并含钙较高;而沸腾炉采用液态排渣,需添加石灰石来降低熔点,因此粉煤灰的含钙量很高,而垃圾发电产生的粉煤灰含钙、铝较高,含硅较低,并含有有机污染物,本节仅讨论我国最普遍的煤粉发电锅炉产生的粉煤灰。

大约每燃烧1T煤,生成150~200kg粉煤灰,全国每年排放的粉煤灰已超过2.6亿吨,占用了大量土地(或山谷)、江河、湖泊。因此,如何利用粉煤灰是我国迫切需要解决的问题。

1、粉煤灰的特性

粉煤灰是从煤粉炉烟道气体中收集的粉未。煤中除可燃物外,主要含有粘土质矿物,所以,粉煤灰实际上是粘土质矿物的高温下燃烧后的产物。锅炉中煤粉的燃烧温度高达1100~1500度,由于煤粉中的粘土矿物在燃烧过程中生成的SiO2AI2O3Fe2O31000度时便成为熔融状,在排出炉外时经急速冷却,因大部分自由分子来不及形成晶体而成为细小的球形颗料状玻璃体,从而具有良好的活性。

(1)化学成分

粉煤灰的化学成分主要是SiO2AI2O3,还有少量的Fe2O3\CaO、MgO及其它微量元素,此外,还有一定数量的未燃尽炭(以烧失量表示),所有化学成分的数量都随煤质及燃烧工艺的不同而不同,我国粉煤灰化学万分变动范围大致如下:烧失量不超过20%;SiO2:40-60%。AI2O3:20-35%;CaO:1-10%(高钙灰10-25%);Fe2O3:3-10%;MgO:5%以内;SO3:2%以内;K2O+Na2O:3.5%以内。随着电力系统的技术改选和新电厂的投入运行,目前,粉煤灰的烧失量有了大幅度的降低,平均6.9%;而SO3则由平均0.32%提高到0.8%

(2)矿物组成

粉煤灰的主要矿物是硅铝玻璃体,其含量一般在70%左右,其它还有结晶矿物莫来石和石英,少量的碳酸钙、赤铁矿和磁铁矿等。此外尚残存少量形状不规则的焦炭颗粒和半焦炭颗粒。

(3)物理性质

粉煤灰是一种浅灰色或黑色细粉,含炭量越多,颜色越深。粉煤灰密度通常在1.8~2.5g/cm3之间,细度(0.08mm方孔筛筛余)3~30%,电收尘的干灰细度较小。颗粒料经一般为1~50um。标准稠度需水量变化在24.3~74.1%之间。粉煤灰颗粒表面粗糙多孔,而粗大并多孔隙的颗粒大多是未烯尽的炭粒。因此,衡量其品质的好坏,除了细度,标准稠度需水量是一个重要指标。

2、粉煤灰的活性及其影响因素

粉煤灰本身虽不具有单独的硬化性能,但当它与石灰、水泥等碱性材料加水混合以后,即能在空气中硬化,并在水中继续硬化,这就是粉煤灰的活性,活性是综合反映粉煤灰中各成分与CaO进行反应的能力指标。

(1)粉煤灰的活性及其影响因素

粉煤灰与石灰的反应主要靠其颗粒表面可溶物质的溶解并与Ca(OH)2生成水化硅酸钙,从而把尚未参加反应的颗粒残核粘结起来形成整体并具有一定强度。粉煤灰的细度直接反映了其参与水化反应的能力。另外,粉煤灰的细度还反映了煤粉燃烧的状态。一般来说,活性好的粉煤灰颗粒较小,根据最新研究成果,粉煤灰的细度与其它性能具有较好的相关性,也就是说,细度基本上反映了粉煤灰的质量特性。

(2)标准稠度需水量

如前所述,粉煤灰颗粒表面往往是粗糙多孔的,且粗大并多孔的颗粒大多是未燃尽的炭。另外,由于冷却条件的限制,粉煤灰中玻璃体含量降低,也表现在粉煤灰颗粒的粗大多孔上,多孔的颗粒必定使混合的水料比增大,标准稠度需水量能比较准确反映粉煤灰的颗粒形貌。

(3)玻璃体的含量

粉煤灰中的玻璃体物质是粘土矿物在燃烧后,成熔融状经急冷而成的无定形的SiO2和AI2O3,我们已经知道,无定形的玻璃体具有较高的内能,易参加与Ca(OH)2的水热合成反应。因此,玻璃体含量高,粉煤灰的活性就好。

3、粉煤灰的技术要求(JC/T409-2001)

I级 II级

细度(0.045mm方孔筛筛余)≤ 30% 45%

(0.080mm方孔筛筛余)≤ 15% 25%

烧失量 ≤ 5.0% 10.0%

SiO≥ 45% 40%

SO≤ 1.0% 2.0%

以上质量要求是以普通粉煤灰(CaO:≤10%)而制定,若采用高钙粉煤灰,因CaO的形成温度波动较大,其性质也有较大的不同,应作专门试验后方可使用。一般来说,生产工艺上应有较大的调整,才能适用高钙粉煤灰,循环流化床锅炉的粉煤灰,虽有其特殊性,经生产实践,也基本上都适用于加气混凝土。



石灰

石灰是石灰石(主要成分CaCO3)经高温煅烧,分解释放出CO2,但尚未达到烧结状态的白色块状物。其主要成分CaO,其分解反应式如下:

CaCO3900--1000度CaO+CO↑

CaCO3的分解反应是吸热反应,分解1kg的CaCO3理论上需要1780kJ的热量。CaCO3分解时,按重量约44%的CO2,逸出,但其体积仅缩小10~15%。因而石灰具有多孔结构。

1、化学成分

石灰的化学成分主要是CaO,也含有少量的MgO、Fe2O3和SiO2等。由于在煅烧时CaCO往往不是很安全,所以石灰中常含有未分解的CaCO3和其它化合物。因此,石灰的成分可分为两部分。一是从CaCO3分解出来是游离状态(非死烧)的CaO,是活性部分,是加气混凝土中参与水热合成反应的效成分。故又称之为有效氧化钙(以A-CaO表示)。另一部分是非活性部分,包括未分解的CaCO3,死烧的CaO等,此部分不参与水热合成反应。

2、分类

石灰可按加工方式、MgO含量及消化速度分类。

按煅烧后的加工方式不同,可分为:

(1)块状石灰:由原料煅烧而得到的未加工产品。主要成分CaO;

(2)磨细石灰:由块状石灰磨细而得到的石灰粉。主要成分CaO;

以上两种都是生石灰。

(3)消石灰:将生石灰用适量的水消化而得到的粉未,亦称熟石灰。主要成分Ca(OH)2

(4)石灰浆:将生石灰用较多的水(约为生石灰体积的3-4倍)消化而得到的可塑浆体,亦称石灰膏。主要成分是Ca(OH)2和H2O。

根据MgO含量可分为:

(1)钙质石灰:MgO含量不大于5%;

(2)镁质石灰;MgO含量5~20%;

(3)白云质石灰(亦称高镁石灰):MgO含量20~40%。

根据消化速度,可分为:

(1)快速石灰;消化速度在10以内。

(2)中速石灰:消化速度10-30min,

(3)慢速石灰:消化速度30min以上。

消化速度是指在标准容器中消化石灰试样时,达到最高温度的时间。影响石灰消化速度的因素,主要是石灰的煅烧温度和时间。通常。正火石灰(煅烧温度800-1000度)为快速石灰;过火石灰(煅烧温度1200-1400度)为慢速石灰;而欠火石灰则A-CaO含量及消化温度较低。

3、石灰在加气混凝土中的

石灰是生产加气混凝土的主要钙质材料,其主要作用是提供有效氧化钙,使之在水热条件下与硅质材料中SiO2AI2O3作用,生成水化硅酸钙,从而使制品获得强度,石灰也提供了铝粉的发气条件下,使铝粉进行发气反应,其反应式为

AI+H2O O H AI(OH)3+H2

石灰水化时放出大量放热能力,不仅为加气混凝土料浆提供了热源,而且坯体硬化阶段可以使坯体升温达80-90度,促进坯体中胶凝材料的进一步凝结硬件化,从而促进了坯体强度的迅速提高。

石灰水化时,其体积将膨胀约44%左右,对于磨细生石灰来说,这一膨胀过程大部分发生在开始水化后30min内,因此,放热和体积膨胀一方面种进加气混凝土坯体的硬化,同时,也有可能因调控不当,造成放热过多,温度过高或体积膨胀发生在坯体具有一定强度而失去塑性时,造成坯体的开裂等。

4、对石灰的要求

(1)采用磨细生石灰

在加气混凝土生产中,一般均采用磨细生石灰粉,而不宜使用消石灰。因为生石灰粉消化时,放出大量的热量,促进了水化凝胶的生成,有利于生产工艺的控制,从而保证了产品质量。而采用消石灰,大大提高了需水量,加之不能提供消化热。从而延缓了坯体的硬化,不利于形成良好的坯体,既增加了工艺控制难度,也降低了产品的质量。

(2)消化速度

在加气混凝土生产中,石灰的消化速度对加气混凝土的浇注稳定性具有较大影响。加气混凝土料浆在浇注后的初期。铝粉大量发气,料浆缓慢稠化,保持足够的流动性,使发顺畅,并形成良好的气孔结构。而一旦发氯结束,料浆应迅速稠化,稳住气泡,同时支撑住浆体,以形成一定强度的坯体。这就要求以石灰来保证料浆稠化速度与铝粉发气速度的相互适应,一般来说,生产加气混凝土以8-15min的中速石灰为好。

(3)化学成分

石灰中的A-CaO含量是直接参与水化反应的成分,因此,要求越高越好。虽然A-caO含量也决定了石灰消化热,但因检验方法的限制,测试所得A-CaO数值不能真实反应实际消化热,石灰极易吸收空气中水份而部分消化,使消化热降低。因此,应同时提出消化温度的要求。

石灰中的MgO因过烧而消化极慢,往往会在坯体硬化之后或在蒸压过程中消化,从而,因其体积的膨胀而破坏坯体。因此,NgO应属严格控制的指标。

(4)细度

提高石灰的细度,一方面可增加石灰的溶解度,促进与硅质材料的反应,生成较多的水化产物。另一方面,可以减少石灰消化过程中的体积膨胀,避免坯体的开裂。但过高的细度,会提高消化速度,影响浇注稳定性,同时,于经济上也不合理。

(5)石灰的技术要求(JC/T621-1996)

优等品 一等品 合格品

A(CaO+MgO),% ≥ 90 75 65

MgO,% ≤ 2 5 8

SiO,% ≤ 2 5 8

CO2,% ≤ 2 5 7

消化速度,min ≤ 5-15 5-15 5-15

消化温度,C ≥ 60-90 60-90 60-90

未消化残渣,% ≤ 5 10 15

细度

(0.080mm方孔筛筛余量),% ≤ 10 15 20


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