煤灰成分分析及其應(yīng)用

曲慧敏

摘要:煤灰成分分析在煤質(zhì)分析中是比較重要的項目。它測定的元素多,其含量范圍波動很大,涉及的測定方法很多,需要技術(shù)操作人員要有專業(yè)的理論基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗。煤灰成分是氣化及動力用煤的參考指標。根據(jù)煤灰成分,可以了解煤中礦物質(zhì)的組成及含量,估計煤灰的熔融性,熔渣的流動性,大致判斷這種煤在燃燒過程中爐磚的腐蝕情況等等,以及為煤和煤灰的綜合利用提供重要的參考資料。

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.

關(guān)鍵詞:煤灰;分析;應(yīng)用

Key words: coal ash; analysis; application

中圖分類號:TQ533文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)04-0077-01

根據(jù)煤灰成分大致可以推測出煤的礦物成分。煤灰成分的變化很大,但也有規(guī)律可循。在同一煤層的煤灰成分變化往往較小,而不同成煤時代的煤灰成分變化往往較大,為此,在地質(zhì)勘探過程中,可用煤灰成分作為煤層對比的參考依據(jù)之一。

1煤灰成分分析

煤灰成分中經(jīng)常分析項目SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Mn3O4、TiO2、P2O5、SO3、K2O、Na2O。

煤灰成分分析現(xiàn)行國家標準是GB/T 1574-2007。它包括半微量分析法和常量分析法、測三氧化硫的硫酸鋇質(zhì)量法、燃燒中和法、庫侖滴定法、測五氧化二磷的磷鉬藍分光光度法、測氧化鉀和氧化鈉的火焰光度法及測鉀、鈉、鐵、鈣、鎂、錳的原子吸收法。

半微量分析法的試樣溶液制備是:稱取灰樣0.10g于銀坩堝中,用幾滴乙醇潤濕。加氫氧化鈉2g,蓋上坩堝蓋,放入馬弗爐中,在1h-1.5h內(nèi)將爐溫從室溫緩慢升至650℃-700℃,熔融15min-20min。取出坩堝,用水少激冷后,擦凈坩堝外壁,放于250ml燒杯中,加入約150ml沸水,立即蓋上表面皿,待劇烈反應(yīng)停止后,迅速加入鹽酸20ml,于電爐下微沸約1min,取下,迅速冷至室溫,移入250ml容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻,此為母液。煤灰中的二氧化硅、三氧化二鐵、二氧化鈦、三氧化二鋁、氧化鈣和氧化鎂都是在此母液的基礎(chǔ)上進行各項測定。

現(xiàn)根據(jù)多年的經(jīng)驗簡述一下其中的注意事項:(1)如何判斷灰樣是否熔好:熔融物應(yīng)是均勻的紅色透明液體;坩堝上邊應(yīng)是很干凈,證明熔融時灰樣和熔劑沒有溢出坩堝;熔融物加入濃鹽酸后溶液無黑色顆粒。(2)脫樣注意事項:坩堝應(yīng)用濾紙擦凈后放入燒杯中;加入沸水后要停留一段時間,以使坩堝內(nèi)的物質(zhì)盡量溶解到水中。(3)加熱微沸一分鐘時,所用的電爐子功率不宜過大,否則不好掌握微沸成度。(4)定容母液后,最好在當天完成三項比色的項目測定。因為由比色測定的成分比較不穩(wěn)定,沉淀時間長會起一些變化。(5)滴定實驗時,必須按順序加入各試劑,次序不能顛倒。要注意滴定速度,不可過快。

造成煤灰分析各項測驗值偏高或偏低的主要原因有:(1)樣品制備:煤樣灰化時,溫度低,灰化時間不夠,灰樣未燒透或未磨細會使測值偏低;(2)稱樣方式:灰樣燒好后,沒有立即稱出,吸收了空氣中水和二氧化碳;用小勺稱灰樣后,小勺上所沾染的灰樣未全部刷入到銀坩堝中。這些都會使測值偏低;(3)熔樣:溫度低,熔融時間不夠;熔樣時爐子升溫速度太快,坩堝內(nèi)熔融物溢出;銀坩堝中熔融物沒有全部洗出等都會使測值偏低。而銀坩堝在使用之前未處理干凈則會使測值偏高。

2煤灰成分的應(yīng)用

煤灰成分主要以二氧化硅和三氧化二鋁為主,這兩種成分合占煤灰的70%-80%以上,其余20%-30%左右為三氧化二鐵、氧化、氧化鎂、四氧化三錳(或一氧化錳)、二氧化鈦、五氧化二磷、三氧化硫、氧化鉀和氧化鈉等;此外還有釩、鉬、釷、鈾、鍺和鎵等的氧化物,但這些稀散的伴生元素氧化物在煤灰在的含量一般都是極其微量的。

根據(jù)煤灰成分不致可以推測原煤的礦物組成,而且還可以為動力用煤的灰渣綜合利用,提供技術(shù)資料。

煤灰成分中硅含量和鋁含量普遍較高。如我國不少礦區(qū)的煤灰成分中三氧化二鋁含量高達40%左右,利用這種煤可以作為提取結(jié)晶氯化鋁和固體聚合鋁,即堿或氯化鋁的原料。而含二氧化硅高的煤灰,即可作為提煉石英砂和制造水玻璃的原料。

鐵含量則常隨煤中硫鐵礦硫含量的增高而增高,如某些黃鐵礦硫含量很高的煤,其煤灰中的三氧化二鐵含量可高達50-60%以上,這種煤灰就可考慮作為煉鐵的原料;而有些低硫煤的煤灰中三氧化二鐵含量可低至1%左右。

某些以碳酸鹽礦物為主的煤灰組分中,氧化鈣含量可高達30%以上。這時在高爐煉鐵過程中就可以減少熔劑石灰石的用量。

此外,根據(jù)煤灰的組成即可初步判斷煤灰的熔融溫度。煤灰中的Al2O3是增高灰熔融性溫度的最主要的成分。Al2O3含量大于20%的煤灰,其軟化溫度ST一般均大于1250℃;Al2O3大于30%的煤灰,ST均大于1350℃;Al2O3大于35%時,ST大于1400℃;Al2O3大于40%時,ST幾乎都大于1500℃。煤灰中的Al2O3含量最低可達7%-8%左右,最高可超過46%,一般在20%-30%左右。

煤灰的熔融溫度的高低,直接關(guān)系到煤作為氣化和動力原料時的性能。液態(tài)排渣的鍋爐和氣化爐要求煤灰熔融溫度低的煤。至于鏈條鍋爐則以煤灰熔融溫度低一些的煤為好,使煤在燃燒過程中能產(chǎn)生輕微的結(jié)渣現(xiàn)象,以起到保護爐柵不被過高爐溫燒熔的作用,但也不宜使用煤灰熔融溫度過低的煤,否則灰渣就會結(jié)成大塊而影響通風(fēng),使爐內(nèi)不能正常燃燒,同時還給清爐出渣帶來很多不便。

另一方面,爐內(nèi)結(jié)渣還與煤的灰分含量有很大關(guān)系,即煤灰熔融溫度相同,灰分含量高的煤比灰分低的容易結(jié)渣,且灰分越高,結(jié)渣也越嚴重。常常發(fā)現(xiàn)煤灰熔融溫度高的煤反而比熔融溫度低的煤容易結(jié)渣,這就是因為前一種煤的灰分含量高,而后一種煤的灰分低的緣故。

測定煤灰中鉀、鈉和鈣的氧化物等堿性成分含量,能大致判斷煤在燃燒時對鍋爐燃燒室的腐蝕情況;含二氧化鈦和五氧化二釩等伴生元素較高的煤灰還可以提煉這類稀有的金屬元素;有些接近粘土成分的煤灰還可以用來制造耐火磚。根據(jù)某些煤灰組成中各氧化物之和與總量有較大差異的試樣,還可發(fā)現(xiàn)某些稀有元素在煤中的富集情況。

綜上所述,煤灰的成分分析在工、農(nóng)、業(yè)生產(chǎn)中起到很大的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,煤灰的綜合利用將得到推廣和提高。