粉煤灰赋存状态研究论文

商品砂浆因其具有许多独特的优点，近年来在中国得到了迅速发展。保温砂浆是商品砂浆的一个重要类型。随着建筑节能要求的不断提高，保温砂浆近年来发展较快。 对保温砂浆来说，保温性能与容重有着密切的关系。一般来说，容重越低，保温性能越好。但是，容重降低也会导致强度的降低。如何平衡容重与强度的矛盾，是配制保温砂浆的关键问题。 粉煤灰是从燃烧的电厂烟囱收集下来的一种工业废弃物，矿粉是冶炼铁矿石时产生的一种工业废弃物，这些都是最常用的掺合料，今年来已被广泛应用于混凝土和普通砂浆的生产，起到了改善水泥基材料的综合性能、降低生产成本和减轻环境负荷的作用。它也将对强度和容重产生较大的影响。伊立 [1]认为粉煤灰复合保温砂浆既具高强度、耐久性好、容重轻、粘结强度高等优良性能， 同时又能达到隔热保温作用。本章将通过试验建立强度与容重的关系，寻找出最合适的粉煤灰和矿粉掺量。 2实验原材料 1.水泥： 实验所用水泥是32.5强度等级的普通硅酸盐水泥。 2.粉煤灰： 取自开封电厂的Ⅲ级粉煤灰。 3.矿粉： 取自北京首钢的Ⅰ级矿粉。 4.泡沫球： 原粒发泡颗粒，粒径小于5mm。 3试验方法 3.1配合比的确定采用水胶比1:2,胶材用量为500kg/m3泡沫球，粉煤灰、矿粉两种掺和料替代水泥的质量百分比分别为0%、10%、20%、30%、40%、50%。 3.2 砂浆制备和测试先将准确称量的原材料混合均匀，然后参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》成型，24小时拆模，随即放入标准养护箱中养护，至3天、7天、28天、90天，测定保温砂浆各龄期的抗折强度及抗压强度，28天容重测定是将试件养护24天后从养护箱中取出浸水4天后将表面用湿布擦干，测得其湿容重，然后再烘干至衡重测得其干容重。 4结果与分析 4.1矿渣粉对保温砂浆强度与容重的影响 1. 基本规律： （1） 砂浆抗折、抗压强度在前期（3d、7d）会随着矿粉掺量的增加而整体呈下降趋势，但在矿粉掺量为10%时有一极值点。 （2） 在后期（90d）砂浆强度迅速增长，且随着矿粉掺量的增加砂浆强度先增加后降低。90d强度在矿粉掺量30%左右时强度达到最大值。 （3） 矿粉掺量对砂浆干、湿容重的影响不大，在30%时容重较低。 2. 结果分析： （1）砂浆强度取决于泡沫球接触点水泥浆的数量和性质。水泥浆越多，接触点越牢固；水泥浆强度越高，接触点越牢固。 （2）前期（3d、7d）随矿粉掺量增加，水泥浆数量增加，但水泥石强度降低，且后者的作用强于前者，所以砂浆强度随矿粉掺量的增加而降低。其中7d强度在矿粉小掺量时有所增加，主要是因为矿粉颗粒与水泥颗粒级配较好，因此密实性较好，这也与矿粉掺量为10%时容重上升相呼应。 （3）后期（90d）矿粉活性被激发出来，水泥水化释放出的氢氧化钙成为矿渣成分的碱性激发剂，并与矿渣中的活性组分相互作用，继续生成水化硅酸钙、水化硫铝酸钙或水化硫铁酸钙，促进矿渣与水泥的继续水化，且在掺量为30%时，释放的氢氧化钙量刚好能与矿渣中的活性组分相当，矿渣粉水化相对完全，使得强度最高。 （4）尽管水泥浆体积增加，但重量不增加。而且这些水泥浆都填充在泡沫球的空隙中，不产生总的体积增加。因此，矿粉对砂浆容重影响不大。 4.2.2矿渣粉煤灰复合的优势互补效应 1. 固定水泥用量 单掺矿渣粉与单掺粉煤灰的保温砂浆相比，两者还存在一些差异，主要表现在： 矿渣粉的活性较高，因此掺矿渣粉的保温砂浆虽然早期强度较低，但是后期能够较快增长，后期强度甚至超过普通硅酸盐水泥保温砂浆。粉煤灰与矿渣相比，由于粉煤灰的玻璃体钙含量较低，玻璃体中硅含量较高，[SiO4]4-多以高聚体为主，因此粉煤灰中的玻璃体解体较困难，在水泥水化形成的恶性环境下解体速度很慢，随粉煤灰掺量的增加，保温砂浆早期强度降低幅度很大，但是后期强度（（28d以后）却能有所增长。 选取矿渣和粉煤灰以不同比例复合，希望能够通过两者性能上的差异，弥补各自的缺陷，获得较好的砂浆性能，即达到优势互补的效果。复合矿渣粉煤灰的保温砂浆的强度能否超过单掺的强度，是评判复掺时能否表现出优势互补效应的主要指标。 保持水胶比为0.5,水泥掺量为300g,粉煤灰、矿粉总掺量40%时复掺的强度结果。清晰可见，由28d和 90d水化龄期时砂浆D22、D13的强度超过单掺矿粉保温砂浆D40和单掺粉煤灰保温砂浆D04,可以认为在矿渣、粉煤灰总掺量为40%时，矿渣与粉煤灰复合确实能产生优势互补效应。 诸多研究者对于复合水泥出现优势互补效应这一事实已得到了承认，但是对于优势互补效应产生的机理和条件，却缺乏深入的研究探讨。 由于水泥中的细颗粒中不仅有熟料颗粒，还有矿渣和粉煤灰颗粒，它们的活性不同，水化速率也不同，在水泥水化过程中可以作为活性成分增加水化产物形成量，或作为活性微集料减少大孔数和降低孔隙率，以此对强度的提高作出贡献。 4.2.3正交试验本实验试件尺寸为40mm×40mm×160mm,水胶比为0.5.为考察复掺粉煤灰、矿渣粉对保温砂浆抗折强度、抗压强度及容重的影响，寻求最佳配合比，进行正交实验。依据正交实验数据处理理论，将粉煤灰、矿渣粉作为两个因素，设计了二因素三水平正交实验，其中因素均为替代水泥质量百分比。 1. 90天强度分析 90天正交试验结果：对于90天抗折强度，按极差大小顺序排出因素的主次顺序为： 主→次 B，A，A×B。可见最好的搭配是B1A1，其次是B2A3，B2A2。 对于90天抗压强度，按极差大小顺序排出因素的主次顺序为： 主→次 B，A，A×B。可见最好的搭配是B2A3，其次是B2A1，B3A2。 2. 容重分析 对于湿容重，按极差大小顺序排出因素的主次顺序为： 主→次 A×B，A。B。从表中可见最好的搭配是A2B3，其次是A3B1，A3B2。 对于干容重，按极差大小顺序排出因素的主次顺序为： 主→次 A×B，A，B。从表中可见最好的搭配是A2B2，其次是A3B1，A3B2。极差R的大小用来衡量试验中相应因素作用的大小。极差大的因素，说明它的三个水平对考核指标所造成的差别大，通常是重要因素，而极差小的因素，则往往是不重要的因素。本实验中，因素的主次顺序对抗折强度及抗压强度都为B﹥A。B因素波动的范围大，即为主要因素。 强度最高的组合为A2B2，重最低的组合为A2B2。由直接看和计算得出的上述四种组合条件考虑因素的主次作用，用"综合平衡法"最优的组合条件为A2B2，即A=30%，B=20%。 结论论文研究目的在于根据保温砂浆应用的需要，对矿渣粉、粉煤灰保温砂浆各龄期强度与容重的研究，为掺矿渣砂浆在工程中的应用确定所需的相关参数，通过实验及数据分析，其主要研究结论如下： （1）矿渣粉的掺入使得保温砂浆强度在前期降低，直到后期才有所增长，赶上甚至超过不掺矿渣的水泥砂浆。 （2）矿粉掺量对砂浆干、湿容重的影响不大。 （3）粉煤灰掺入时与掺入矿粉规律相似，但其强度不及掺入矿粉的保温砂浆。 （4）粉煤灰对砂浆容重影响不大。 （5）矿渣粉、粉煤灰复掺对保温砂浆强度存在优势互补效应。 （6）通过正交试验，确定了新研制的复掺矿渣粉和粉煤灰的保温砂浆90天其优化的掺量分别为：矿粉20%、粉煤灰30%.使胶凝材料的各级配、活性的激发最优，从而能使保温砂浆的强度与容重达到最佳。 （7）复掺矿物掺合料的保温砂浆不仅具有较好的强度，而且市场经济性也很显著。

呵呵，刚才几个字换取了你的谢谢。在这里补充给你：需水量比是体现粉煤灰用水量的重要指标，但是，实质上，影响需水量比的主要参数还是细度和烧失量。细度越小，则密度大，孔隙率低，需水就少，这和水泥有点不同呢；烧失量大，蜂窝结构更需水；关于需水量比的论文，我收集一段，给你，希望对你有帮助。祝你早日成为混凝土专家！ 粉煤灰对混凝土最直观的影响是新拌混凝土工作性能的需水量比，和对硬化混凝土的力学强度（强度活性指数）。需水量对于粉煤灰的很多工程应用是非常重要的物理指标，它是指粉煤灰和水的混合物达到某一流动度下所需要的水量，粉煤灰需水量越小工程利用价值就越大。有的学者[5]采用下列函数表示粉煤灰需水量比Y与粉煤灰细度X1（45μm筛余%）、密度X2、烧失量X3的关系。 Y=104.3 X10.05 X2-0.261 X30.0054 (1.1) Thomas[6]根据比较多的实验给出需水量比Y与粉煤灰细度X1（45μm筛余%）之间的关系如下式。 当烧失量3～4%时 Y=88.76+ 0.25X1 (1.2) 相关系数r=0.86 当烧失量5～11%时 Y=89.32+ 0.38X1 (1.3) 相关系数r=0.85 上述3个实验归纳式说明细粉煤灰可以降低粉煤灰的需水量比，其中的机理可能是磨细粉煤灰粉碎空心颗粒，释放内部的自由水分，另一方面也提高了粉煤灰的堆积密度所致。因此细磨粉煤灰是改善粉煤灰品质的一项技术措施。 从(1.1)式可以看出影响粉煤灰需水量比的另一因素是烧失量，烧失量越大粉煤灰的需水量比越大，对粉煤灰烧失量贡献最大的物质主要是有机成分的未燃尽的残碳和未变化或变化不明显的煤粒。K．Wesche[7]试验粉煤灰掺量为20%，结果表明，随烧失量增加粉煤灰水泥砂浆的相对流动扩展度迅速降低，当烧失量超过10%时，粉煤灰的相对扩展度比基准水泥砂浆还低。烧失量对粉煤灰需水量比的影响是由于未燃尽的残碳的存在，主要以空心碳和网状碳的形貌存在，其存在的状态是单体形式、粘结在粉煤灰颗粒的表面、被包裹在粉煤灰颗粒中三种形式[8]。这些粗大多孔的碳颗粒不仅使粉煤灰的需水量比增大，而且对混凝土的引气剂效果产生不利的影响，因为这些碳粒更容易吸附引气剂。因此掺加高烧失量粉煤灰通常需要更大计量的引气剂。此外高烧失量的粉煤灰因为含炭组分高的颗粒比较轻，在混凝土搅拌、运输和成型过程中容易浮到表面造成混凝土的离析。由上可见，影响粉煤灰需水量比的因素主要为细度、烧失量。

———一个值得重视的问题

摘 要 煤是一种具有高度还原障和吸附障性能的有机岩和矿产，在特定的地质条件下，可以富集一些有益金属元素，并达到成矿的规模。综合国内外一些研究资料，论述了煤和含煤岩系中有益金属铌、镓、铼、钪的丰度、赋存状态、地质成因以及利用的可能性。煤中稀有金属元素富集或成矿的研究，是煤地球化学和矿床地球化学重要内容之一，值得进一步加强。

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

煤的微量元素组成中有一些珍贵的有益元素，有的已富集成相当规模的共伴生矿床，日益受到重视。例如，在哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和新疆伊犁、吐-哈等侏罗纪含煤盆地中，都发现了煤层顶板砂岩层及部分煤层中共生的大型铀矿床，其中有的已形成生产能力。又如，在云南临沧、内蒙古乌兰图嘎矿区和俄罗斯滨海边区所发现的中、新生代大型褐煤—锗矿床，这些矿床的主要特征见于众多文献［1～8］。

近年在煤中又陆续发现了高度富集的镓、铌、铼、钪等稀有金属元素以及稀土元素和银、金、铂族元素等贵金属元素。这些高含量的煤中微量元素，不少都是潜在的重要战略矿产资源，或者是经济上可回收利用的煤加工的副产品。加强对其勘查，深入研究其赋存状态和富集规律，有利于充分、合理利用煤炭资源及共伴生的矿产资源，发展循环经济。

本文综合文献及已知信息，仅就铌、镓、铼、钪等元素，简述如下。

一、铌(Nb)

铌是一种抗蚀性强的高熔点的稀有金属，其合金超耐热、超轻，可用作导弹、火箭和航空航天发动机的重要材料，也是重要的超导材料，是世界上需求量较多的稀有金属。地壳中铌的克拉克值为21μg/g，据Ketris和Yudovich［9］，全球煤中铌的平均含量为3.7μg/g。俄罗斯学者Середин建议当煤中铌含量≥300μg/g时，可作为伴生有用矿产评价［6］。

煤中铌的异常可能是同生的，主要是与风化壳共生的煤往往富含铌，在表生带条件下，铌可与有机酸结合，如在含黄腐酸的溶液中有含铌矿物粉末，在4、5个月中可使溶液含铌达1mg/L即高出自然水中的几百倍。

其次，当煤层中有酸性火山碎屑蚀变的tonstein时，亦会与其相邻的煤中铌富集，Hower等报导美国肯塔基州东部FireClay煤层的tonstein夹矸层上下分层的煤中铌含量异常高，分别达到55～88μg/g和76～150μg/g［10］。

煤中铌的异常亦可能是受含金属热液的影响，Seredin报道［11］，俄罗斯远东地区一个地堑型始新世褐煤，由于受富含铌的碳酸型热液的改造，使煤中铌含量达60μg/g。

世界上一些煤中富含铌，俄罗斯库兹涅茨煤田二叠纪煤中铌含量可达30～50μg/g，而煤灰中达180～360μg/g，米努辛斯克石炭—二叠纪煤田伊塞克斯煤产地30号煤层中铌含量为90μg/g，而煤灰中铌含量为580μg/g。波兰日塔夫煤田两层厚达90m和22m的中新世褐煤中富集铌，其煤灰中铌含量超过200μg/g［6，12，13］。

广西合山上二叠统煤中铌含量均值为50μg/g，其中柳花岭矿4下煤层1.1m厚的上分层煤中含铌126μg/g，换算成煤灰中含铌689μg/g［14］。据Dai等，贵州织金煤田上二叠统34号煤层铌含量的均值为64μg/g，大方煤田上二叠统3号煤层铌含量为80μg/g［15～17］。

Spears和Zheng［18］对英国主要煤田煤的分析表明，伊利石是煤中铌的主要载体。刘大锰等［19］对山西安太堡矿的分析，也得出了相似的结论。俄罗斯库兹涅茨煤田煤中铌主要富集在烧绿石和钽铁矿中。Palmer等［20］用六步逐级化学提取方法证实，所研究煤中66%的铌为有机态。Querol等［21］对土耳其Beypazary新近纪含硫褐煤的研究表明，煤中以有机态铌为主。由此可见，不同煤中，铌的赋存状态各不相同，因地而异。

代世峰等［22］、周义平［23］报道了中国西南地区受碱性火山灰影响的煤和碱性火山灰蚀变黏土岩夹矸(Tonstein)中高度富集Nb。碱性Tonstein不仅可以作为等时标志层，而且可以根据含煤岩系中碱性Tonstein的层数、厚度的空间分布规律，有可能寻找到古火山口的位置，对于与碱性火山岩建造有关的稀有元素找矿具有重要的意义。

二、镓(Ga)

镓是典型分散元素，是用于光纤通讯设备、电脑和彩电显示的材料。镓的克拉克值为16μg/g［24］。在自然界难以形成独立的镓矿床，而主要从铝土矿及闪锌矿矿床开采中综合回收。全球煤中的镓含量为5.8μg/g，而煤灰中镓含量的均值为33μg/g［9］。我国煤中镓含量的均值为6.5μg/g［7］。

世界上有些煤田煤中镓含量比较高，一些煤的煤灰中镓含量高达几百μg/g，因此，富镓煤的燃烧副产品具有提取镓的潜力。根据全国矿产储量委员会1987年的规定，各类含镓矿床中镓的工业利用标准:铝土矿矿石镓为20μg/g，而煤为30μg/g。

周义平和任友谅［25］的研究表明，西南地区上二叠统的煤灰中镓含量可达63.7～401.5μg/g，主要呈有机态，在<1.3g/cm3密度级的煤样的灰分中较为富集。贵州紫云轿顶山上二叠统煤中镓含量均值为375μg/g。贵州织金龙潭组底部34号煤含镓100μg/g。重庆松藻煤田11号煤层煤中镓含量为32μg/g［22］。此外，浙江长兴上二叠统若干煤，宁夏石炭井、石嘴山矿区晚古生代中镓含量亦超过30μg/g。

内蒙古准格尔煤田黑岱沟巨厚煤层6号煤是煤中镓富集的一个典型实例［26，27］。该煤层中Ga的含量均值为44.6μg/g，有的分层可达76μg/g，微区分析表明，镓的主要载体是煤中的勃姆石，部分分布在有机质中［26，27］。不仅如此，该煤中亦超常富集Al，导致该煤层的燃煤产物高度富集Al2O3，Al2O3在粉煤灰中的含量超过50%，因此，黑岱沟6号煤层是一个与煤共(伴)生的镓—铝矿床。在黑岱沟南部和北部的哈尔乌素和官板乌素煤中镓虽然富集，但尚未达到工业品位。随着近年来煤炭产量的增加，黑岱沟富镓和铝的煤炭资源量逐年递减，应引起相关部门的高度重视，以保护这块稀有的煤炭资源。另外，燃烧该区6号煤层的电厂所排放的粉煤灰经过常年的累积，形成了富Al和Ga的人工矿床，该人工矿床中Al和Ga的分布规律、赋存形态和迁移特征值得进一步深入研究。

俄罗斯米努辛斯克煤田切尔诺戈尔煤产地“两俄尺”煤层煤中含镓30μg/g，煤灰中含镓375μg/g;俄罗斯远东地区拉科夫斯克煤产地中新世含锗煤中含镓30～65μg/g，煤灰中含镓100～300μg/g。美国肯塔基州西北部石炭纪煤层“阿莫斯”的低灰煤中，煤灰中含镓140～500μg/g［28］。

Affolter(1998)研究表明，美国肯塔基州某大型电厂，原料煤灰分含镓70μg/g，炉渣含镓<22μg/g，粗粒飞灰中为67μg/g，镓相对富集在细粒飞灰中，其含量为110μg/g。Mar-don和Hower［29］研究表明，美国肯塔基州东南部燃煤电厂的各级产物中，原料煤煤灰含镓61μg/g，灰渣中为26μg/g，而电除尘器所获的飞灰中镓为169μg/g，相当富集。据方正和Gesser［30］，取自加拿大、以色列和中国的煤烟尘镓的含量达100μg/g以上。

由此可见，燃煤副产品，主要是细粒飞灰，已成为世界上从矿产中综合回收镓的第三种主要来源。

三、铼(Re)

铼是具有超耐热性的稀有金属，是新一代航空航天发动机的材料，属战略性矿产资源，也是高效催化剂和制造新医疗器械的材料。铼是极度分散的元素，地壳中铼的克拉克值仅为0.6ng/g［24］。作为伴生金属利用时，要求矿产中铼的含量不低于2ng/g。哈萨克斯坦热兹卡兹干含铜砂岩型铜矿床中，铼局部达到工业品位。俄罗斯Середин［6］建议，当煤中含铼超过1μg/g时，可作为有益的伴生铼矿产资源予以评价。

根据Клер和Неханова1981年报告，乌兹别克斯坦安格连侏罗纪煤中含铼0.2～4μg/g，铼源自盆地周围母岩。据Валиев等(1993)研究，塔吉克斯坦纳扎尔-阿依洛克侏罗纪煤产地无烟煤中，低灰煤(Ad=3.2%)含铼2.1μg/g，而灰分较高的煤(Ad=17.9%)含铼3.3μg/g，这表明该地煤中既有有机态铼又有矿物态铼。

西班牙北部埃布罗盆地碳酸盐岩系中的褐煤含铼9μg/g，这种“褐煤”富含沥青质，灰分很高，其特性接近油页岩。

淋滤型铀—煤矿床的煤中往往富集铼。哈萨克斯坦下伊犁铀—煤矿床4m厚煤层的还原带上部的富铀矿带，铼含量均值为9.5μg/g;煤层的过渡带下部铼含量均值为4.2μg/g。煤作为还原障能使溶液中高铼酸盐还原并富集。

根据Юровский1968年的报告，顿涅茨煤田南普利沃尔尼扬矿长焰煤的精煤(Ad=8%)含铼4μg/g。

用高分辨ICP-MS方法测定煤中铼的含量，在我国大多数样品中未检测出铼，但在河北开滦、山东济宁、山西晋城个别煤矿太原组煤中，贵州兴仁上二叠统个别煤层中以及江西安源上三叠统个别煤样中，测出铼含量为0.106～0.39μg/g，这些值虽低于伴生矿产评价所需的值，但已高出铼的克拉克值百余倍到几百倍，相对富集，值得今后进一步关注。新疆早、中侏罗世的淋滤型铀-煤矿床煤中的铼应引起重视。

四、钪(Sc)

钪是一种超耐热制造轻质合金的稀有金属，价格昂贵，目前主要从提炼钨、钛、铀等金属的废渣(钪含量为80～100μg/g)中提取，出率相当低。Середин提出，当煤灰中钪的含量超过100μg/g时，可作为有益的燃煤副产品予以评价［6］。据Ketris和Yudovich的报道，全球煤中钪含量均值为3.9μg/g，而且煤灰中钪含量均值为23μg/g［9］。

近年研究表明，有些煤产地煤灰中钪含量相当高。俄罗斯库兹涅茨煤田的切尔尼戈夫露天矿、卡尔坦露天矿和南吉尔盖依矿的个别煤层煤灰中含钪100～200μg/g［31］。Юровский对煤进行重液分离后发现库兹涅茨煤田切尔诺戈尔煤产地低密度的精煤中含钪量400μg/g，因此在选煤阶段可提取富集钪的精煤。俄罗斯米努辛斯克煤田一些煤层的煤灰中含钪95～175μg/g，在低密度级的煤中钪含量达到400μg/g。俄罗斯坎斯克—阿钦斯克侏罗纪煤田别廖佐夫煤产地1号煤层的上分层煤含钪230μg/g，其灰中钪含量则达870μg/g［32］。

美国肯塔基州西北部阿莫斯煤层很薄(<0.5m)，在其底部8.2cm厚的分层中，煤灰中钪含量达560μg/g［28］。

广西合山上二叠统煤田中钪含量均值较高，为42.2μg/g，而在其溯河矿4号煤层中部煤灰的钪含量达221μg/g［14］。

煤中其他含量异常高的元素并有可能回收的副产品还有V、Sb、Cs、Mo、W、Be、Ta、REEs、Zr、Hf等。

煤中共伴生有益矿产资源的勘查与评价很有意义。在煤炭资源勘查中如缺失此项工作，很难弥补。在从事此项工作时，需要注意以下事项。

(1)优选最佳的有益元素测试方法，以确保测试成果的可靠性。

(2)由于煤中共伴生有益元素往往富集在煤层的局部层位和特定的空间，因此要注意合理布置采样点，以掌握其富集成矿的规律。

(3)煤中有益金属元素的利用最佳途径是从粉煤灰中进行提取。因此，研究有益元素在煤炭燃烧及其他加工利用过程中的习性，及有益元素在煤副产品中的富集程度及其回收的可能性是非常重要的。

(4)煤中共伴生有益矿产往往是多金属的，除有益元素外，往往又有潜在有害元素，因此，必须进行全面的技术经济和环境评估，以保障开发中尽量减少潜在有害元素的对环境和人体健康的影响。

参 考 文 献

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Potential Coexisting and Associated Mineral Resources in Coal and Coal-bearing Strata———An Issue Should Pay Close Attention to

Ren Deyi，Dai Shifeng

( Key State Laboratory of Coal Resources and Safety Mining，CUMT ( Beijing) ，Beijing 100083;

School of Earth Science and Surveying and Mapping Engineering，CUMT ( Beijing) ，Beijing 100083)

Abstract: Coal is a kind of organolite and mineral deposit with high reducing barrier and absorbing barrier performances，under specific geological conditions，it can enrich some useful metal elements and amount to the ore-forming scale. Integrated some literatures both home and abroad，w e have discussed abundance，hosting state，geologic genesis and possibility of utiliza- tion of useful metals such as niobium，gallium，rhenium and scandium in coal and coal-bearing strata. The research of rare metal elements enrichment or ore-forming is one of major subjects in coal geochemistry and ore deposit geochemistry，and thus w orthw hile to be further strength- ened.

Key words: coal; coal-bearing strata; rare metal; coexisting and associated ore deposits

( 本文由任德贻、代世峰合著，原载《中国煤炭地质》，2009 年第 21 卷第 10 期)

一级灰低于95%，二级灰95%-105%；三级灰105%-115%。

粉煤灰需水量比试验方法中讲依据GB/T2149-2005分别测定试验样品和对比样品达到同一流动度130~140mm范围的加水量之比。

对比样品：硅酸盐水泥250g、标准砂750g、水125mL;试验样品：75g粉煤灰、175g硅酸盐水泥、750g标准砂，按流动度调整加水，直至流动度达到130~140mm为止。

扩展资料：

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。

大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。但粉煤灰可资源化利用，如作为混凝土的掺合料等。

粉煤灰外观类似水泥，颜色在乳白色到灰黑色之间变化。粉煤灰的颜色是一项重要的质量指标，可以反映含碳量的多少和差异。在一定程度上也可以反映粉煤灰的细度，颜色越深粉煤灰粒度越细，含碳量越高。粉煤灰就有低钙粉煤灰和高钙粉煤灰之分。

通常高钙粉煤灰的颜色偏黄,低钙粉煤灰的颜色偏灰。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5~300μm。并且珠壁具有多孔结构，孔隙率高达50%—80%，有很强的吸水性。

我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO2等，此外还有P2O5等。其中氧化硅、氧化钛来自黏土，岩页；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。

粉煤灰的元素组成(质量分数)为：O47.83%，Si11.48%～31.14%，Al6.40%～22.91%，Fe1.90%～18.51%，Ca0.30%～25.10%，K0.22%～3.10%，Mg0.05%～1.92%，Ti0.40%～1.80%，S0.03%～4.75%，Na0.05%～1.40%，P0.00%～0.90%，Cl0.00%～0.12%，其他0.50%～29.12%。

由于煤的灰量变化范围很广，而且这一变化不仅发生在来自世界各地或同一地区不同煤层的煤中，甚至也发生在同一煤矿不同的部分的煤中。因此，构成粉煤灰的具体化学成分含量，也就因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同而有所不同。GQ-3B粉煤灰分析仪主要检测粉煤灰中二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化铁、二氧化钛等元素。

煤是一种可燃的黑色或棕黑色沉积岩，这样的沉积岩通常是发生在被称为煤床或煤层的岩石地层中或矿脉中。因为后来暴露于升高的温度和压力下，较硬的形式的煤可以被认为是变质岩，例如无烟煤。煤主要是由碳构成，连同由不同数量的其它元素构成，主要是氢，硫，氧和氮。

在历史上，煤被用作能源资源，主要是燃烧用于生产电力和/或热，并且也可用于工业用途，例如精炼金属，或生产化肥和许多化工产品。作为一种化石燃料，煤的形成是古代植物在腐败分解之前就被埋在地底，转化成泥炭，然后转化成褐煤，然后为次烟煤，之后烟煤，最后是无烟煤。

煤产生之碳氢化合物经过地壳运动空气的压力和温度条件下作用，产生的碳化化石矿物，亦即，煤炭就是植物化石。这涉及了很长时期的生物和地质过程。

根据其碳化程度不同分类，可以依次分为泥炭、褐煤（棕褐煤、黑赫煤）、烟煤（生煤）、无烟煤、亚煤(褐煤的一种，是日本的特有分类）。无烟煤碳化程度最高，泥炭碳化程度最低。

根据其岩石结构不同分类，可以分为烛煤、丝炭、暗煤、亮煤和镜煤。含有95%以上镜质体的为镜煤，煤表面光亮，结构坚实，含有镜质体和亮质体的为亮煤，含粗粒体的为暗煤，含丝质体的为丝炭，由许多小孢子形成的微粒体组成的为烛煤。

根据煤中含有的挥发性成分多少来分类，可以分为贫煤（无烟煤，含挥发分低于12%）、瘦煤（含挥发分为12-18%）、焦煤（含挥发分为18-26%）、肥煤（含挥发分为26-35%）、气煤（含挥发分为35-44%）和长焰煤（含挥发分超过42%）。其中焦煤和肥煤最适合用于炼焦碳，挥发分过低不粘结，过高会膨胀都无法用于炼焦，但一般炼焦要将多种煤配合。

焦煤和焦炭利用

焦碳作为炼铁的重要原料，对生铁的质量有关键的作用，如果含硫和磷高，会严重降低生铁质量，灰分高会降低热值。因此用于炼焦的煤必须经过洗选，以降低其灰分和硫含量。炼出的焦碳必须选大块坚实的，不能在高炉中被压碎，以便可以通风。选出的碎焦只能做燃料，碎焦做燃料发热量大，不冒烟，是很好的燃料。

煤的气化

煤气化可用于产生合成气，这是一种一氧化碳(CO)和氢气(H2)气体的混合物。通常合成气被用于燃烧于燃气轮机产生电力，但是，通过费托合成工艺，合成气的通用性也允许它被转换成运输燃料如汽油和柴油。煤气化联合费托技术被南非的萨索尔化学公司使用，从煤和天然气生产汽车用的燃料。

煤的液化

煤液化被用来从煤生产液体合成燃料: 甲烷，和石油化工产品。煤液化分为直接液化和间接液化两种。直接液化意味着碳化和氢化。间接液化就是先把煤进行气化，生成水煤气，再合成乙烷、乙醇等燃料，也可以进一步合成燃油。

参考资料：百度百科-粉煤灰

1、 电厂粉煤灰粉煤灰是煤粉燃烧后，由烟气自锅炉中带出的粉状残留物。它是一种人工火山灰质材料，即一种硅质或硅铝质材料。粉煤灰的性能具有较大的波动性，它不仅与煤种、煤源有关，同时亦取决于锅炉的类型、运行条件收尘及排灰方式。粉煤灰的化学组成： SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 38～54 23～38 4～6 3～10 0.5～4 0.1～1.2 粉煤灰的矿物组成： 由于煤粉各颗粒间的化学成分并不完全一致，因此燃烧过程中形成的粉煤灰在排出的冷却过程中，形成了不同的物相。比如：氧化硅及氧化铝含量较高的玻璃珠在高温冷却的过程中逐步析出石英及莫来石晶体，氧化铁含量较高的玻璃珠则析出赤铁矿和磁铁矿。另外，粉煤灰中晶体矿物的含量与粉煤灰冷却速度有关。一般来说，冷却速度较快时，玻璃体含量较多；反之，玻璃体容易析晶。可见，从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物。其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、磁铁矿、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定型碳和次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50%以上。 2、 粉煤灰中的微珠火电厂排放的粉煤灰中，含有一种颗粒微小，呈园球状，颜色由浅到深的透明、半透明的中空或实心的玻璃体。它们的主要组成为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等。它在粉煤灰中赋存状态有以下五种形式。 a.薄壳微珠 b.厚壳微珠 c.实心微珠 d.富铁微珠 e.复合微珠其中，薄壳微珠能浮于水面上，故俗称“漂珠”，含量占灰渣总量的1%左右，其他的四种形式的微珠均能沉于水中，故俗称“沉珠”，在粉煤灰中的含量30%—80%。微珠具有活性高、质轻、绝热、电绝缘性好、耐高低温、耐腐蚀、防辐射、隔音、耐磨、抗压强度高、分散性好、流动性好、热稳定性好、罕见的电阻热效应、防水防火、无毒等优异功能，是新型复合材料工业的优质原料及填充剂。漂珠的物理性能，色泽为银灰色，容量330～360kg/m3,密度0.57g/cm3，粒径20～160μm，壁厚2～10μm，耐压强度5.9～7.9Mpa，耐火度1700℃，熔点1300～1600℃，比表面积0.36m2/g，热导率（kJ/m•h•℃）在常温下是0.42,500℃下是0.45，1000℃下是0.67。一般讲，漂珠和沉珠从物理性能相比较，漂珠壁较薄、容重小、强度低、耐磨性差、粒度较大，而沉珠壁较厚、容重大、强度高、粒度小、耐磨性好、呈中心珠体、浑圆度好、粒径为0.25～150μm，有的在200μm左右。沉珠产品中≤5μm的占3%，<1μm的占20%。漂珠壁厚为直径的6%～20%。化学成分分析表明，漂珠中SiO2和Al2O3的含量达90%以上，比沉珠高；漂珠的Fe2O3、CaO、TiO2含量均比沉珠的低。 3、 粉煤灰微珠的干法分选工艺根据粉煤灰的矿物组成和理化特性，从中分选玻璃微珠目前工艺处理主要有二种方法，一种利用空气为介质的干法分选工艺，一种利用水为介质的湿法分选工艺。干法分选其原理是利用反选矿的方法，先行除去粉煤灰中的碳灰等杂质，然后利用漂珠与沉珠的相对密度上的差异，用分选机选出漂珠与沉珠。亦可根据用户及产品需要，在分选原则流程中增加其他的选矿方法，获得富铁微珠。该工艺的微珠的回收率可达85%，获得的产品质量符合相关行业标准。项目名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 杂质含 量 >50 >30 <4 <10 干法分选玻璃微珠工艺的特点：（1） 工艺参数调整方便、控制简单、工艺流程简洁、便于操作；（2） 玻璃微珠的回收率高，产品质量稳定；（3） 占地面积少，生产成本低；（4） 投资省，见效快；（5） 可根据市场需求调整产品种类；（6） 整个工艺过程连接采用密闭管道，避免粉尘泄漏，造成环境污染。 4、 干法分选工艺的主要工艺参数处理量（T/H）：5～10（粉煤灰）玻璃微珠回收率：≥85% 电耗：3～6KWH/T 干法工艺流程的主要设备选配：分级筛、除杂设备、风力分级机、风力分选机等为主要生产设备，输送连接设备为料封泵、提升机及干灰过渡仓、成品仓、打包机等。 5、 微珠产品的主要用途玻璃微珠的主要用途如下：（1） 作为塑料工业的填充剂，制品具有入量大、成本低、强度高、耐热性好、导热性小等优点；（2） 制作良好的轻质耐火材料，使其具有强度高、寿命长、高温导热系数小等特点；（3） 制作高效保温材料，价格低廉；（4） 制作功能良好的防水涂料；（5） 在固井勘探技术中可起到较好的堵漏效果；（6） 在冶金工业中作为浇铸和电焊车间隔板的填充料，用作砂芯的材料；（7） 在乙烯类塑料中掺入适量的微珠可制成有效的消声器材，将噪声由95～100dB降低到90dB以下，也可用于消声涂料等；（8） 利用空心微珠强度高及耐磨等特性，制成汽车刹车片、军用磨擦片及石油钻机刹车片等制品，具有物理性能好，使用寿命长，生产成本低的特点；（9） 粉煤灰微珠可以作为石油炼制过程中的一种裂化催化剂，可提高汽油产量和质量。（10） 粉煤灰微珠作为人造大理石的填充材料，已生产出各式各样彩色条纹的大理石，它是一种美观、轻质的新型装饰材料；（11） 粉煤灰微珠作为聚氯乙烯人造革的填充剂制成了新型的人造革，具有耐磨性好、耐热性好、成本低的特点；（12） 粉煤灰微珠取代白炭黑作为橡胶填充剂，可大增强橡胶的耐磨性；综上所述，粉煤灰微珠应用广泛，发展前景良好，对我国粉煤灰资源综合利用，保护环境有着重要的现实意义。 6、 效益简析粉煤灰综合利用的趋势，已从一般的粗级加工走向精细利用的方向。粉煤灰作为一种人工火山矿物资源，提高其粉煤灰产品附加值，为其生产经营单位创造更多的效益，是发展方向。干法分选粉煤灰微珠工艺就是为适应这种发展趋势而产生的一种新型实用技术。这种技术与现传统使用的湿法分选技术比较有着十分明显的技术优势，可以省去脱水干燥工序，缩短流程，减少投资及占地面积，减少能源的消耗，而且微珠总量回收率高，能给应用单位带来明显的经济效益。按粉煤灰处理量5T/H的生产规模计，一天运行20小时，年工作日300天，其年生产规模为3万T/A，微珠的总量回收率按80%计，原灰中的微珠含量的65%计，微珠产品售价平均按300元计，每年可实现销售收入=30000×0.65×0.8×500元/吨=468万元（注：以上考虑空心微珠的售价是目前最低售价。）这样，扣除生产运行成本后，一年全部收回投资外，还有十分可观的收益。如果再加上其他附产品如碳粉、富铁珠的销售，其收益情况就更好了。 7、 结语干法分选粉煤灰中玻璃微珠目前在国内均处应用推广阶段，我公司与国家建材局工业设计院科研人员一起，对该工艺技术进行了大量的具开创性的工作，将该工艺技术提升到应用阶段，该工艺技术的可靠性，先进性目前处于行业前列。我们愿意以自己的技术优势为从事粉煤灰精细利用的企业提供优质的服务，创造优良的效益，共同开创我国粉煤灰精细利用的崭新局面

用矿粉代替粉煤灰，成本加大，矿粉价格高，但矿粉活性高于粉煤灰，有利于提高混凝土强度，二者都有一个合适的掺量，