我国粉煤灰的化学成分特点

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长期以来，煤炭一直是我国火电发电的主要燃料，2017 年用于火力发

电的煤炭总量约为 19.0025×108t，占国内煤炭总消耗量的 49.26%，

相应产生了 6.86×108t 粉煤灰。近 20 年来，我国的火电装机容量以及

粉煤灰产量出现了同步大幅增长趋势，2017 年的火电装机容量和粉煤

灰的产量较 2000 年分别增长了 4.65 倍和 4.57 倍。从 1979 年至 2018

年粉煤灰的产量及变化趋势看（图 1），粉煤灰产量的年均增长率约为

13.42%，但 2000 年至 2017 年的年均增长率达到了 19.85%，增长速

率明显加快。大量研究证实，粉煤灰这一大宗硅酸盐固体废弃物是具

有明显应用价值和广阔应用空间的资源。长期以来，以粉煤灰资源化

利用为目标，广泛开展了粉煤灰化学成分、物理性能和物相组成的评

价研究，积累了大量资料，推动了粉煤灰资源化加工与开发利用的进

程。本文收集了已公开发表的与我国粉煤灰化学成分和理化性能有关

的近 600 个样品的数千个数据，对主要氧化物和典型理化性能的变化

特点及其规律进行了归纳总结，对化学成分与理化性能的内在联系以

及化学成分和物化性能及工程应用的关系进行了分析讨论，以期为粉

煤灰的工艺技术性能评价及其应用技术研究提供有价值的资料与可借

鉴的研究思路。粉煤灰物相组成也是影响其资源化利用的重要因素，

将另文专门讨论。

一

我国粉煤灰的化学成分特点

我国粉煤灰的化学成分及其变化（表 1和图 2）具有如下特点。

（1）SiO2 变化范围较大（19.11%～66.72%），平均值 48.80%，样

品分布总体呈正态分布。其中，有 72.8%样品的 SiO2 含量变化 40%

～58%之间，而含量高于 64%和低于 37%样品相对较少。

（2）Al2O3 含量变化的总体特点与 SiO2 类似，也呈正态分布，其中

有89.5%样品的 Al2O3 含量变化在 15%～40%之间，含量高于 40%和

低于 15%样品相对较少。尽管 Al2O3 含量≥40%的高铝粉煤灰样品所

占比例不高，但其作为高铝固废的高附加值综合开发利用取得了突破

进展，已经成为变废为宝的典范。我国高铝粉煤灰主要产自准格尔煤

田，这里年产高铝煤炭约 1×108t，约产生 3000×104t 高铝粉煤灰。高

铝煤炭中不可燃矿物主要为高岭石（含量 27.2%）和勃姆石（含量

8.7%），煤灰中 Al2O3 含量高于 40%，高铝粉煤灰蕴藏总量达

70×108t，开发前景广阔。

（3）Fe2O3 的最高含量达到 22.4%，但有 92.9%样品的 Fe2O3 含量

都低于 14%，高于 14%者仅占样品总数的 7.1%。进一步细分，有

52.2%样品的 Fe2O3 含量低于 6%，有 69.7%样品的 Fe2O3 含量低于

8%。研究发现，我国西南地区粉煤灰铁含量大都较高，属富铁粉煤灰。

磁铁矿和赤铁矿是粉煤灰中铁的主要赋存矿物，但它们大多与其他物

相粘结成集合体，采用磁选法提取磁性铁矿物时需进行磨矿处理。同

时，富铁粉煤灰作为聚硅酸铝铁复合絮凝剂的原料具有优势。

（4）CaO 含量变化范围较大，但绝大多数样品（83.2%）的 CaO 含

量低于 6%，且有44.1%样品的 CaO 含量集中在 2%～4%之间。CaO

含量较大的变化范围以及高钙粉煤灰的出现，与流化床锅炉燃料中添

加碳酸钙脱硫剂以及燃煤电厂干法（半干法）烟气脱硫过程中亚硫酸

钙混入粉煤灰有关。对于没有外来钙混入的粉煤灰，其钙物质主要源

自原煤中的方解石和白云石等碳酸盐矿物，大多属于低钙粉煤灰。

MgO 含量明显低于 CaO，但其变化特点及其影响因素与 CaO 高度相

似，绝大多数样品（89.8%）的 MgO 含量低于 2.1%，且有71.9%样

品的 MgO 含量集中在 0.6%～1.5%之间。高镁粉煤灰的出现也与发电

过程中白云石脱硫剂的混入有关。

（5）Na2O 和K2O 的含量相对较低（图 3）。Na2O 和K2O 的最高含

量分别为 2.61%和3.9%，平均含量分别为 0.42%和1.1%。有 95.1%

的样品 Na2O 含量低于 1.2%，而 K2O 含量低于 2.2%的样品占总量的

93%。多数粉煤灰以富 K2O 贫Na2O 为特征（K2O/Na2O>1），只有

6.2%的样品的 K2O/Na2O 小于1；K2O/Na2O 最大值接近10，但大多

数样品的 K2O/Na2O 在1～5之间。粉煤灰中的钾可能主要来源于煤

炭中的伊利石，而部分钠较高者可能受钠长石影响。迄今，尚未见有

粉煤灰中有富钾和/或钠的结晶相存在的报道，推测它们主要呈硅酸盐

玻璃态形式存在。

（6）SO3 变化在 0.03%～8.44%之间，但其平均值只有0.92%，且有

92%样品的 SO3 含量低于 3%。SO3 主要源于煤炭中的无机硫（如黄

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摘要：

长期以来，煤炭一直是我国火电发电的主要燃料，2017年用于火力发电的煤炭总量约为19.0025×108t，占国内煤炭总消耗量的49.26%，相应产生了6.86×108t粉煤灰。近20年来，我国的火电装机容量以及粉煤灰产量出现了同步大幅增长趋势，2017年的火电装机容量和粉煤灰的产量较2000年分别增长了4.65倍和4.57倍。从1979年至2018年粉煤灰的产量及变化趋势看（图1），粉煤灰产量的年均增长率约为13.42%，但2000年至2017年的年均增长率达到了19.85%，增长速率明显加快。大量研究证实，粉煤灰这一大宗硅酸盐固体废弃物是具有明显应用价值和广阔应用空间的资源。长期以来，以粉煤...

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