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干法脫硫粉煤灰物化性能及用于建材的安全性研究

文檔作者：顧文飛唐歐靖康明周維文檔來源：寶鋼發(fā)展有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年08月13日
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2012年第2期 寶鋼技術 3l
干法脫硫粉煤灰物化性能及用于建材的安全性研究
顧文飛，唐歐靖，康明，周 維
(寶鋼發(fā)展有限公司，上海201900)
摘要：對寶鋼電廠干法脫硫粉煤灰的物化性能和安定性進行了系統的試驗研究，并與國內
相似電廠干法脫硫產物進行對比，分析其在建材中應用的可行性。研究結果表明，寶鋼千法脫
硫粉煤灰是一種高鈣高硫型灰渣，具有火山灰活性特征，含有硫酸鹽、亞硫酸鹽成分，易形成硫
酸鹽激發(fā)，其強度活性高于普通粉煤灰。但過高的亞硫酸鈣和游離氧化鈣會存在一定的安定
性隱患，因此在建材中應用時需進行質量檢測和摻量控制。
關鍵詞：干法脫硫粉煤灰；亞硫酸鈣；活性；安定性；自由膨脹率
中圖分類號：X705 文獻標志碼：B 文章編號：1008—0716(2012)02—0031—05
doi：10．3969／j．issn．1008—0716．2012．02．007
Research on physical and chemical properties and safety of
dry desulphurized fly ash used as a construction material
GU Wenfei，TANG Outing，KANG Ming and ZHOU Wei
(Baosteel Developing Co．，Ltd．，Shanghai 201900，China)
Abstract：The physical and chemical properties and soundness of Baosteel Power Plant’S dry
desulphurized fly ash were systematically investigated and compared with those of the same byproduct
produced by the other domestic power plants．The feasibility of the byproduct used as a construction
material was also analyzed．The results show that Baosteel’S dry desulphurized fly ash is a kind of
ash with high calcium and high sulfur content，which features activity of volcanic ash．It contains
sulfate and sulfite，and is easy to cause sulfate activation．It has higher activity compared with
common fly ash．But higher calcium sulfite and free—CaO in ash would bring about soundness
concerns to users，therefore，quality tests and quantity control would be necessary when fly ash is
used as a constru ction materia1．
Key words：dry desulfurized fly ash；calcium sulfite；activity；soundness；free swelling ratio
0 剛吾
我國是燃煤大國，發(fā)電能源結構中燃煤發(fā)電
占75％以上，每年發(fā)電耗煤約占全國煤炭消費總
量的40％。隨著經濟的持續(xù)高速發(fā)展，SO：排放
量迅速增加，已成為世界最大的二氧化硫排放國。
《電力工業(yè)“十二五”規(guī)劃研究報告》對促進電力
工業(yè)綠色和諧發(fā)展提出的規(guī)劃目標是：與2010年
顧文飛教授級高工1960年生1982年畢業(yè)于同濟大學
現從事固廢綜合利用研究電話56150389—213
E-mail guwenfeilO18@ hotmail．corn
相比，減排二氧化硫565萬t。煙氣脫硫是有效削
減電廠SO 排放的可靠技術，是國家防治SO 污
染的有效途徑，我國政府已把電廠煙氣脫硫列為
重點環(huán)境治理項目。
根據脫硫的工藝過程，煙氣脫硫技術可分
為濕法、干法(半干法)兩大類。干法脫硫工藝
具有流程短、無污水及污酸排放等優(yōu)點，但脫硫
效率相比濕法較低。目前國內干法脫硫主要采
用LIFAC法脫硫工藝(爐內噴鈣一尾部增濕)，
如浙江錢清電廠、南京下關電廠等。寶鋼電廠
則采用國外引進技術——旋轉對沖燃燼風
(ROFA法)新技術，氣力噴射系統將石灰石粉
32 寶鋼技術 2012年第2期
噴射到900～1 200 的鍋爐上部爐膛內，碳酸
鈣立即分解氧化鈣并與煙氣中的SO：反應生成
硫酸鈣和亞硫酸鈣，實現一次脫硫，在空氣預熱
器出口由于設置增濕系統IDH，煙氣中未被吸收
的SO 與未反應的CaO再次發(fā)生反應，實現二
次脫硫，脫硫產物與飛灰一起由除塵器收集形
成干法脫硫粉煤灰。
干法脫硫粉煤灰物化性能不同于一般粉煤
灰，屬于高鈣高硫型? ，另外它具有多種對水泥
和混凝土安定性不利的化學特征，如過高的SO 、
f—CaO含量，以及特有的CaSO，成分 ，接近標
準極限的燒失量等。目前我國干法脫硫粉煤灰的
處置利用研究處在起步階段，對于干法脫硫粉煤
灰性能研究，特別是穩(wěn)定性研究少見報道。因此，
本文通過對寶鋼電廠干法脫硫粉煤灰基礎性能和
安定性的研究，對其在建材領域應用的可行性進
行評價，旨在為脫硫粉煤灰在建材方向的處置利
用提供技術依據。
1 原材料與試驗方法
1．1 原材料
干法脫硫粉煤灰：分別取自寶鋼電廠和錢清
電廠產生的干法脫硫粉煤灰；粉煤灰取自寶鋼電
廠普通粉煤灰；水泥：采用上海海豹水泥廠生產的
42．5普硅水泥。
1．2 試驗方法
化學和物理性能試驗參照GB／T l76《水泥化
學分析方法》、GB／T 19140~水泥x射線熒光分析
通則》、GB／T 1345《水泥細度檢驗方法篩析法》
進行。
顆粒形貌采用日本JEOL公司的JSM 一
6360LV電子掃描電鏡進行觀察。
放射性檢測參照GB 6566《建筑材料放射性
核素限量》方法進行。
雷氏夾安定性試驗依據GB／T 1346《水泥標
準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》
進行。
膠砂流動度和強度試驗依據GB／T 2419《水
泥膠砂流動度測定方法》、GB／T 17671《水泥膠砂
強度檢驗方法ISO法》進行。
浸水自由膨脹試驗依據JC313《膨脹水泥膨
脹率試驗方法》。
2 干法脫硫粉煤灰的物化性能
2．1 化學成分
表i為寶鋼電廠和錢清電廠比較典型的干法
脫硫粉煤灰樣品化學成分分析結果。從中可以看
出，寶鋼干法脫硫粉煤灰的高鈣高硫型特性比錢
清電廠干法脫硫粉煤灰更加明顯，游離氧化鈣和
亞硫酸鈣含量明顯高許多，這對其利用帶來更大
的難度。
表1 脫硫粉煤灰化學成分分析
Table 1 Chemical composition of desulfurized fly ash ％
樣品名 WCaSO3 WSO3 WSiO2 WCaO WMgO WFe203 WAI203 Wf—Ca0 燒失量
36．55 1．15 41．36 2O．63 1．78 5．59 11．51 9．57 6．23
25．38 1．58 46．64 14．32 1．35 7．40 11．32 5．41 4．38
寶鋼干法 37．43 3．25 22．14 32．31 O．8O 6．O6 11．16 13．19 5．62
脫硫粉煤灰 18．33 5．82 43． 22 21．3l 1．7l 6．86 l1．01 12．30 4．52
25．49 1．O5 43．16 21．05 1．90 4．83 11．35 7．84 5．41
28．54 3．47 39．82 21．31 1．23 5．89 11．60 12．80 7．15
4．35 1．81 47．84 l2．9O 1．O2 2．52 27．93 0．52 7．48
錢清干法 5．04 2．30 44．40 14．75 1．22 3．83 28．89 1．83 6．8O
脫硫粉煤灰 5．27 1．52 51．
12 1O．06 1 53 6．06 28．38 O．96 6．96
8．95 2．09 43．51 l】．40 O．5O 4．o2 27．91 3．O2 6．O1
普通粉煤灰 0．41 5O．60 7．14 O．85 5．71 27．40 2．36 4．50
為系統研究寶鋼干法脫硫粉煤灰的物化性
能，分別取A和C兩個樣品灰進行試驗。由表2
可知，A和C樣品為較典型的干法脫硫粉煤灰，
s0 、f—CaO和CaSO，的含量遠高于普通粉煤灰，
并含有大量未反應的CaCO，脫硫劑。

34 寶鋼技術 2012年第2期
散的單球微珠，也觀察到包裹小球的復珠。
圖2顯示，C樣品也主要由球狀顆粒構成，有
少量致密塊體，顆粒大小不均勻，有個別粒徑為
50 Ixm左右的大顆粒。與脫硫粉煤灰A比較，脫
硫粉煤灰C中的多孔狀物質含量較高，孔內多包
裹有球狀微珠。球體顆粒多為較致密的單珠和包
裹小球的復珠，從致密和厚重感判斷為磁珠。也
觀察到包裹小球的薄壁復珠，以及類似于莫來石
分相結構特征的顆粒。
綜上所述，干法脫硫粉煤灰主要由球形顆粒
組成，顆粒大小不均勻，大部分為分散的單球微
珠，也有包裹小球的復珠，還有包裹微珠的多孔海
綿狀物質及類似于莫來石分相結構特征的顆粒。
2．4 干法脫硫粉煤灰的放射性
取寶鋼電廠干法脫硫粉煤灰A樣、C樣和錢
清干法脫硫粉煤灰進行放射性檢驗分析，結果見
表4。從檢測結果看，寶鋼干法脫硫粉煤灰和錢
清干法脫硫粉煤灰的放射性內、外照射指數均低
于《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566)中規(guī)定
的限量要求，可認為干法脫硫粉煤灰作為主體建
筑材料使用是安全的。
表4 干法脫硫粉煤灰放射性檢測結果
Table 4 Radioactive inspection result of
dry desulfurized fly ash
檢驗項目 檢驗結果 對照指標
寶鋼干法 內照射指數 0．5 ≤1．0
脫硫粉煤灰A 外照射指數 0． 6 ≤ 1．0
寶鋼干法 內照射指數 0．5 ≤1．O
脫硫粉煤灰C 外照射指數 0． 4 ≤ 1．0
錢清干法 內照射指數 O．4 ≤1．0
脫硫粉煤灰 外照射指數 0． 3 ≤ 1．0
3 干法脫硫粉煤灰的膠砂強度活性
依據GB／T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法
ISO法》分別進行干法脫硫粉煤灰A和c的膠砂
強度活性試驗，試驗結果見表5。
表5 干法脫硫粉煤灰膠砂強度活性
Table 5 Cement mortar activity index of dry desulfurized fly ash
基準水泥／ 粉煤灰／ 干法脫硫粉 流動度／ 抗壓強 嚏／MP丑
煤灰／g 膠砂／g 水／g 備注
7 d 28 d
450 1 350 225 198 43．9 59．1
315 135 l 350 225 234 35．0 48．0 干法脫硫粉煤灰A
315 135 1 350 225 20o 29．9 40．8 干法脫硫粉煤灰C
315 l35 l 350 225 215 29．O 43．1 寶鋼二級灰
由表5可知，干法脫硫粉煤灰具有較好火山
灰活性，樣品A的7 d、28 d強度活性均高于寶鋼
二級灰，其中28 d強度活性高出11％ ；樣品c的
7 d強度活性超過寶鋼二級灰，28 d強度活性略
低于寶鋼二級灰。流動度方面，當用水量相同時，
干法脫硫粉煤灰A膠砂流動度最大，減水效果優(yōu)
于寶鋼二級灰；干法脫硫粉煤灰C也具有一定的
減水效果，但低于寶鋼二級灰。
4 干法脫硫粉煤灰用于建材的安定性
從物化性能研究結果可知，干法脫硫粉煤灰
具有潛在的不穩(wěn)定因素，因此，本節(jié)從干法脫硫粉
煤灰的水泥凈漿雷氏夾膨脹、浸水膨脹來研究其
在建材中應用的安定性。
4．1 干法脫硫粉煤灰的凈漿雷氏夾安定性
依據GB／T1346{水泥標準稠度用水量、凝結
時間、安定性檢驗方法》進行干法脫硫粉煤灰一
水泥凈漿標準稠度用水量及安定性測試，試驗結
果見表6。
表6 千法脫硫粉煤灰的標準稠度和
安定性測試結果
Table 6 Standard consistency and soundness
tests of dry desulfurized fly ash
樣品 摻量／％ 標準稠度 雷氏夾
用水量／％ 膨脹值／mm
寶鋼干法 20 26 4．25
脫硫粉煤灰A 30 25 15
． 75
寶鋼干法 20 27 1．0o
脫硫粉煤灰C 30 28 2
． 50
錢清干法 20 29 0．75
脫硫粉煤灰 30 31 1． 5O
寶鋼二級灰 30 29 0．75
顧文飛等干法脫硫粉煤灰物化性能及用于建材的安全性研究 35
從試驗結果看，f—CaO較高的A樣干法脫硫
粉煤灰安定性較差，需控制摻量，當摻量為30％
時，雷氏夾膨脹值高達l5．75 mm，超過混凝土摻
合料中技術要求的規(guī)定值(≤5 mm)，安定性不合
格；當摻量為20％ 時，雷氏夾安定性合格。c樣
干法脫硫粉煤灰、錢清干法脫硫粉煤灰和寶鋼二
級灰的雷氏夾安定性良好。
4．2 干法脫硫粉煤灰一水泥凈漿浸水自由膨
脹率
依據JC313(膨脹水泥膨脹率試驗方法》對安
定性合格的脫硫粉煤灰c、錢清干法脫硫粉煤灰
和寶鋼二級灰進行浸水自由膨脹試驗，結果見
表7。
表7 干法脫硫粉煤灰一水泥凈漿浸水自由膨脹試驗
Table 7 Free swelling ratio of dry desulfurized fly ash to cement paste
基準水泥／ 粉煤灰／ 干法脫硫粉 自由膨脹率／％
g g 煤灰／g 水／g 種類及摻量
l d 7 d 14 d 28 d
l O00 249 0．016 0．026 0．031 O．O42
800 200 268 0．029 O．O51 0．062 0．067 寶鋼干法脫硫粉煤灰C／20％
700 300 275 0．023 0．055 0．068 0．079 寶鋼干法脫硫粉煤灰C／30％
800 2oo 297 0．045 O．()45 0．055 錢清干法脫硫粉煤灰／20％
70o 3oo 315 0．048 0．052 O．061 錢清干法脫硫粉煤灰／30％
7oo 300 267 0．023 0．043 0．050 0．053 寶鋼二級灰／30％
試驗結果表明，干法脫硫粉煤灰和粉煤灰的
浸水自由膨脹率均高于基準水泥，寶鋼電廠與錢
清電廠的干法脫硫粉煤灰浸水自由膨脹率相近，
干法脫硫粉煤灰C的浸水自由膨脹率高于同齡
期的粉煤灰。
根據JC／T 3 13—1996《膨脹水泥膨脹率試驗
方法》標準中規(guī)定的1 d自由膨脹率不小于
0．02％、28 d不大于0．3％的技術要求，寶鋼干法
脫硫粉煤灰c和錢清干法脫硫粉煤灰均符合膨
脹水泥的技術要求。
通過上述試驗并結合化學成分分析結果可
知，脫硫粉煤灰中含有適量的CaSO，和f—CaO對
安定性沒有什么影響，但當含量過高時可能存在
安定性隱患，因此脫硫粉煤灰在建材中應用時，需
要對脫硫粉煤灰進行品質檢測和摻量控制，避免
出現安定性問題。
5 結論
(1)寶鋼電廠干法脫硫粉煤灰是一種典型的
高鈣高硫型灰渣，具有火山灰活性特征，其主要成
分為氧化鈣、氧化硅、硫酸鈣、亞硫酸鈣、碳酸鈣和
游離氧化鈣等，其顆粒形貌主要由球形顆粒組成，
顆粒大小不均勻，大部分為分散的單球微珠，也有
包裹小球的復珠，還有包裹微珠的多孔海綿狀物
質及類似于莫來石分相結構特征的顆粒。
(2)干法脫硫粉煤灰含有硫酸鹽、亞硫酸鹽
成分，易形成硫酸鹽激發(fā)，其強度活性高于一般粉
煤灰。但過高的亞硫酸鈣和游離氧化鈣會存在一
定的安全性隱患，因此在建材中應用時需進行質
量檢測和摻量控制。
(3)干法脫硫粉煤灰的內、外照射指數均低
于《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566)中規(guī)定
的限量要求，作為主體建筑材料使用是安全的。
參考文獻
[1] 王福元，吳正嚴．粉煤灰利用手冊[M]．北京：中國電力出版
社，2004：2—3．
[2] 田剛，王紅梅，張凡．干法脫硫粉煤灰的綜合利用[J]．能源
環(huán)境保護．2003，17(6)：49—53．
(收稿日期：2011—06—15)

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