粉煤灰在高温下,多种成分会发生物理和化学变化,这些变化对粉煤灰的资源化利用至关重要。以下是粉煤灰中在高温下会发生变化的成分及其具体情况:
一、矿物成分
莫来石(3Al2O3⋅2SiO2)
变化情况:莫来石是粉煤灰中氧化铝的主要赋存形式之一,具有稳定的晶体结构。在高温下(通常超过1000℃),莫来石会发生相变或分解反应。例如,在高温和有助熔剂存在时,莫来石会分解为刚玉(Al2O3)和方石英(SiO2)等活性更高的物相。
影响:莫来石的分解使氧化铝以更易反应的形式存在,有利于后续的提取工艺,提高了氧化铝的提取效率。
石英(SiO2)
变化情况:粉煤灰中的石英在高温下会发生晶型转变。例如,低温下的α - 石英在高温(约573℃)时会转变为β - 石英,随着温度进一步升高,还可能转变为鳞石英或方石英。
影响:晶型转变会导致石英的物理性质发生变化,如体积膨胀或收缩,可能会影响粉煤灰的颗粒结构和后续处理过程中的反应活性。
钙长石(CaAl2Si2O8)等含钙矿物
变化情况:在高温下,钙长石等含钙矿物会与其他成分发生固相反应或熔融反应。例如,钙长石可能与二氧化硅反应生成硅灰石(CaSiO3)等新矿物。
影响:这些反应会改变粉煤灰的矿物组成和化学性质,影响其在建筑材料等领域的应用性能,同时也可能影响后续氧化铝等成分的提取。
二、碳质成分
未燃尽碳
变化情况:粉煤灰中通常含有一定量的未燃尽碳,在高温下(一般超过600℃),碳会与空气中的氧气发生剧烈的氧化反应,生成二氧化碳气体逸出。反应方程式为C+O2点燃CO2。
影响:碳的去除提高了粉煤灰的纯度,减少了其对后续化学反应的干扰。例如,在酸法提取氧化铝过程中,碳会消耗酸,降低酸的利用率和氧化铝的提取效率,去除碳后可以提高提取效率。
三、硫化物成分
黄铁矿(FeS2)
变化情况:黄铁矿是粉煤灰中常见的硫化物。在高温下,黄铁矿会首先分解生成硫和氧化亚铁,硫进一步被氧化为二氧化硫气体。相关反应如下:4FeS2+11O2高温2Fe2O3+8SO2。
影响:硫化物的氧化去除减少了后续处理过程中二氧化硫等有害气体的排放,降低了对环境的污染。同时,也有助于提高氧化铝产品的纯度,因为硫化物杂质可能会影响产品的质量和性能。
四、玻璃体成分
玻璃体结构
变化情况:粉煤灰中的玻璃体是一种无定形物质,在高温下会发生软化、熔融和相变。随着温度升高,玻璃体的黏度逐渐降低,开始流动,内部的原子排列也会发生变化,可能会结晶形成新的矿物相。
影响:玻璃体的变化会影响粉煤灰的物理和化学性质,如硬度、密度、化学稳定性等。在建筑材料应用中,玻璃体的熔融和结晶可以改善材料的性能;在氧化铝提取过程中,玻璃体的变化可能会影响氧化铝的溶出行为。