煤灰成分分析以及煤灰應(yīng)用探討

摘要：文章以現(xiàn)階段煤灰成分分析方法的闡述作為切入點(diǎn)，闡述了煤灰的主要成分和作用分析，并列舉了幾種煤灰的成分分析，同時(shí)探討了煤灰成分分析過(guò)程中的分析誤差和注意事項(xiàng)，最后講述了煤灰的應(yīng)用，希望能為煤灰分析和煤灰的應(yīng)用提出一些可供參考的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤灰成分；成分分析方法；煤灰應(yīng)用；誤差分析；礦物成分 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ533 文章編號(hào)：1009-2374（2015）12-0161-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.080

1 概述

關(guān)于煤灰成分的分析方法我國(guó)曾在20世紀(jì)90年代中發(fā)布過(guò)一份較為完整的規(guī)章制度，但是隨著科技的日新月異和社會(huì)發(fā)展，當(dāng)下進(jìn)行煤灰成分分析的方法又應(yīng)當(dāng)是怎樣的呢，煤灰的應(yīng)用又有哪些呢？本文通過(guò)煤灰分析以及煤灰應(yīng)用的探討將重點(diǎn)解決這兩個(gè)問(wèn)題。

2 現(xiàn)階段煤灰成分分析方法概述

2.1 計(jì)量單位

現(xiàn)階段煤灰成分分析中的計(jì)量單位的書(shū)寫(xiě)應(yīng)當(dāng)參照最新的《有關(guān)量、單位和符號(hào)的一般原則》進(jìn)行，例如灰化溫度的標(biāo)準(zhǔn)就應(yīng)當(dāng)是（815±10）℃。而標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的表述方法應(yīng)當(dāng)是1mg/mL。此外，煤灰成分分析中容量分析需要計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)工作液滴定度，質(zhì)量濃度和物質(zhì)量濃度的符號(hào)就應(yīng)當(dāng)是ρ和c。最后，關(guān)于測(cè)定結(jié)果的表示應(yīng)當(dāng)以相應(yīng)氧化物的分子式，即ω表示，原有的百分含量應(yīng)當(dāng)摒棄。

2.2 儀器設(shè)備

在煤灰成分分析過(guò)程中，隨著儀器設(shè)備的更新和技術(shù)發(fā)展，儀器設(shè)備中增加了對(duì)瓷坩堝、鉑堝鉗和灰皿的要求，廢除了以往對(duì)于容量瓶、滴定管和移液管的

規(guī)定。

2.3 灰樣的制備

灰樣的制備需要注意灰化方法和冷卻方法。具體而言，在灰化方法上，通常都要使?fàn)t溫保持在（815±10）℃之后，讓其在爐門留15毫米和自然通風(fēng)的條件下燃燒2小時(shí)。在冷卻方法上，馬弗爐中的煤樣需待灼燒到質(zhì)量恒定后才取出，并讓其在自然條件下冷卻5分鐘再轉(zhuǎn)入干燥器當(dāng)中進(jìn)行冷卻。切忌將沒(méi)有冷卻的物品直接放入干燥器，否則在打開(kāi)的時(shí)候會(huì)造成灰樣飛濺，最終導(dǎo)致灰樣報(bào)廢。

2.4 參比溶液

參比溶液往往是為了避免由器皿和試劑純度而引發(fā)的分析誤差，在傳統(tǒng)的煤灰成分分析過(guò)程中對(duì)于參比溶液的要求比較嚴(yán)格。但是，現(xiàn)階段的煤灰成分分析方法中，廣泛采用的是分光光度法，不需要采用參比溶液。

3 煤灰的主要成分和作用分析

煤灰的成分不同，導(dǎo)致其主要組成成分也不同，而不同組成成分的化學(xué)性質(zhì)也差異也很大。加之煤灰本身就屬于一種混合物，具有混合物的特性，所以煤灰主要組成成分的作用也是不同的。

拿氧化硅來(lái)說(shuō)，其本身是一種無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)嗅、無(wú)污染和無(wú)形的非金屬氧化物，其自身具有一定的納米效應(yīng)，因此在材料中展現(xiàn)出了良好的消光、絕緣、增稠、補(bǔ)強(qiáng)、防流掛和觸變等形式，廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、密封膠、黏合劑和涂料等相關(guān)高分子工業(yè)中。

氧化鋁的特點(diǎn)是熔點(diǎn)高且不溶于水。故而煤灰在熔融的過(guò)程中它就充分發(fā)揮了“骨架”的作用，直接提升了煤灰熔融的溫度。例如煤灰的熔融溫度往往是伴隨著氧化鋁的增加而增加、減少而減少。一旦氧化鋁含量突破了40%，煤灰軟化溫度將達(dá)到1500℃以上。

煤灰成分中的氧化鐵能夠溶于鹽酸中當(dāng)作顏料，廣泛應(yīng)用于油墨、油漆和橡膠等工業(yè)中；亦可以作為催化劑或者是金屬、玻璃和寶石的拋光劑，還可以是煉鐵的原料之一。最為重要的是，在弱還原的情況下，煤灰熔融的溫度將隨著氧化鐵含量的增加而下降。

煤灰中的鹽類主要是硅酸鹽和硫酸鹽。其中，硅酸鹽是氧、硅和鈣、鎂、鋁、鐵、鈉、鉀等其他元素構(gòu)成的化合物的總稱，是花崗巖和土壤的重要組成部分。而硫酸鹽則是一些金屬離子和硫酸根離子共同組成的一種化合物，大多數(shù)硫酸鹽都溶于水且是電解質(zhì)。

4 三種煤灰成分的分析舉例

4.1 二氧化硅的分析

關(guān)于二氧化硅的分析，首先要將二氧化硅的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液吸取25mL，并在含有100mL鹽酸（1+9）的400mL燒杯中不斷攪拌并將其放入，加入大約100mL的水，并將其煮沸1分鐘。這樣的操作方式有效避免了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氯化氫的蒸發(fā)，確保了二氧化硅溶液的酸度穩(wěn)定。

4.2 三氧化二鋁的分析

三氧化二鋁的分析必須采用堿熔法進(jìn)行三氧化二鋁標(biāo)準(zhǔn)工作液的制備。隨后，在制備好的弱酸性溶液當(dāng)中加入EDTA，讓鋁離子、鐵離子和鈦離子等充分絡(luò)合。在酸堿度為9的情況下，用二甲酚橙作為指示劑，鋅鹽回滴到尚未加入溶液的EDTA。最后，將氯氟加入即可置換出鈦、鋁絡(luò)合的EDTA，滴入乙酸鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液，去除鈦的量之后就會(huì)得到鋁的量。其中，乙酸鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)當(dāng)是0.01mol/L。

4.3 五氧化二磷的分析

關(guān)于五氧化二磷的分析，實(shí)驗(yàn)分析人員需要注意兩個(gè)問(wèn)題：第一，樣灰分解過(guò)程中電熱板的溫度一定要保持在250℃以內(nèi)，一旦超過(guò)250℃，其中的聚四氟乙烯將會(huì)分解產(chǎn)生出大量毒氣，如全氟異丁烯氣體；第二，在繪制工作曲線或者制作一元性回歸方程的過(guò)程中，五氧化二磷標(biāo)準(zhǔn)工作液的曲子應(yīng)當(dāng)是0mL、1mL、2mL和3mL。

5 煤灰成分分析過(guò)程中的分析誤差和注意事項(xiàng)

5.1 分析結(jié)果不準(zhǔn)確的造成因素

煤灰成分的變化較大，分析結(jié)果也容易出現(xiàn)誤差，歸結(jié)起來(lái)主要有三個(gè)方面：第一，在樣灰的制備規(guī)程中，由于溫度低，樣灰的灰化時(shí)間不夠，造成了樣灰未磨細(xì)或者樣灰未燒透，最終就會(huì)使得分析的數(shù)據(jù)和測(cè)定值不準(zhǔn)確；第二，在樣灰的稱取方式上，樣灰燒好后工作人員沒(méi)有及時(shí)稱取，樣灰就會(huì)吸收一定的二氧化碳和空氣中的水，或者是在稱取過(guò)程中由于所用器皿上仍然殘留一些樣灰，銀坩堝中的樣灰不夠；第三，熔融時(shí)間不夠、熔融溫度低，熔融樣灰的時(shí)候鍋爐溫度上升太快，坩堝內(nèi)的樣灰掉落；銀坩堝中以往的熔融物沒(méi)有處理干凈。這些問(wèn)題都是由于熔融樣灰在熔融過(guò)程中造成的分析結(jié)果誤差。

5.2 煤灰成分分析過(guò)程中的注意事項(xiàng)

5.2.1 熔融樣灰是紅色透明的液體；熔融樣灰加入濃鹽酸之后沒(méi)有黑色顆粒；坩堝干凈，且熔融過(guò)程中樣灰沒(méi)有掉落。這些都是樣灰是否熔融完成的判定要素。

5.2.2 坩堝必須通過(guò)濾紙的反復(fù)擦拭，干凈之后才能放入燒杯。坩堝中加入沸水后盡量等待一段時(shí)間，以確保其中物質(zhì)能夠溶解到水中。

5.2.3 加熱采用的電爐功率不能太大，要充分掌握好沸騰的度。

5.2.4 母液制備好之后應(yīng)當(dāng)迅速完成三項(xiàng)比色的項(xiàng)目分析，防止沉淀時(shí)間過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生一些意想不到的化學(xué)變化。

5.2.5 在進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，次序一定不能顛倒，各種試劑的加入要按順序進(jìn)行，且在滴定過(guò)程中速度不能太快。

6 煤灰的應(yīng)用

6.1 工業(yè)上的應(yīng)用

煤灰本身就屬于化工行業(yè)，所以其成分在工業(yè)上的應(yīng)用是最為典型、廣泛，也是最為重要的。根據(jù)煤灰上文中關(guān)于煤灰成分分析和煤灰的主要作用來(lái)看，煤灰在工業(yè)上主要是當(dāng)作建筑材料的原料應(yīng)用于粉煤灰磚、粉煤灰水泥、粉煤灰加氣混凝土以及粉煤灰硅酸鹽切塊等的生產(chǎn)過(guò)程。這是因?yàn)槊夯抑械某煞志哂辛己玫目顾嵝?、抗鹽酸性以及不透水性、透氣性、耐高溫性等。而且，煤灰的加入使得原有的建筑材料生產(chǎn)成本更低、更具性價(jià)比，抗腐蝕性能也更高。

6.2 農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

通過(guò)煤灰成分分析得知煤灰中含有氧化二鈉、氧化鈣、氧化鎂、氧化二鉀等，而這些成分在與水相互融合之后能夠產(chǎn)生出堿性，對(duì)于酸雨、生態(tài)破壞等造成的酸性土壤就一定的改良作用。煤灰成分也可以用于改變土壤的板結(jié)、硬化和黏性等，煤灰中的鈉元素、鈣元素、鎂元素和磷元素等也是種植植物生長(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)元素，故而煤灰在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的。

6.3 建筑上的應(yīng)用

6.3.1 燒結(jié)粉煤灰磚、泡沫粉煤灰保溫磚、蒸制粉煤灰磚等通過(guò)煤灰制作的磚塊往往都能作為墻體建筑的基本材料。

6.3.2 由煤灰作為原料生產(chǎn)的粉煤灰加氣混凝土能夠作為輕質(zhì)多孔的建筑材料運(yùn)用到實(shí)際建筑施工過(guò)

程中。

6.3.3 耐熱保溫磚和粉煤灰陶粒這些材料都具有良好的耐火性、低導(dǎo)熱性、高保溫性。采用了這些材料的建筑能夠有效減輕建筑墻體的厚度，降低建筑材料

成本。

6.4 化學(xué)上的應(yīng)用

作為化工行業(yè)中相當(dāng)重要的一個(gè)組成部分，煤灰在化學(xué)上的應(yīng)用也是相當(dāng)廣泛的。經(jīng)過(guò)多年來(lái)的實(shí)驗(yàn)證明，煤灰可以作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)中化學(xué)反應(yīng)的良好催化劑，促進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。例如雙氧水分解的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，化學(xué)反應(yīng)就可以采用煤灰以作催化劑；甲烷的制作過(guò)程中加入煤灰，通過(guò)催化反應(yīng)更加劇烈；無(wú)水酒精的氧化反應(yīng)也可以采用煤灰作為催化劑。

6.5 環(huán)保上的應(yīng)用

通常煤灰都是一種污染環(huán)境的物資，殊不知煤灰在環(huán)保上也有良好的應(yīng)用。首先，許多環(huán)保材料都是通過(guò)煤灰制作的，如速凝劑、分子篩和吸附材料等。其次，煤灰中含有氧化鈣、三氧化二鋁等活性成分，這些成分能夠產(chǎn)生一些對(duì)氟具有絮凝的膠體粒子，故而在電鍍廢水、含氟廢水、含油廢水以及含有重金屬離子廢水的處理上也可以運(yùn)用粉煤灰。最后，關(guān)于二氧化氮、氯氣等有毒氣體，粉煤灰中含有的無(wú)機(jī)離子的吸附脫色和交換特性作用能夠?qū)ζ溥M(jìn)行吸附。

7 結(jié)語(yǔ)

盡管煤灰成分分析是一項(xiàng)過(guò)程復(fù)雜、操作困難的工作，但是如果依據(jù)嚴(yán)格和規(guī)范的方法進(jìn)行，煤灰成分中的大致礦物成分也能分析出來(lái)。而且，煤灰組成部分的作用相當(dāng)大，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、化學(xué)等行業(yè)中，故而煤灰成分分析以及煤灰應(yīng)用有著相當(dāng)重要的探討意義。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤灰成分分析過(guò)程中工作人員一定也要注意相關(guān)事項(xiàng)，將影響分析結(jié)果的因素消滅在萌芽狀態(tài)，煤灰的成分分析和應(yīng)用才會(huì)得到進(jìn)一步提升。

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作者簡(jiǎn)介：王妍（1985-），女，山西汾陽(yáng)人，山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院工程師。

（責(zé)任編輯：陳 倩）