粉煤灰sem圖

1、SEM 實驗

合成堇青石樣品用的高鋁粉煤灰和滑石粉原料及配料的微觀形貌特徵，採用日本日立公司生產的 S-520 掃描電子顯微鏡完成; 燒結試樣的微觀結構分析採用日本電子株式會社生產的 JSM-6390LV 掃描電子顯微鏡完成。將需要觀察的樣品取其新鮮斷面，並用雙面導電膠固定在樣品台上，在離子濺射鍍膜儀中噴鍍一定厚度的鉑金，鍍膜時間設定為 30s，然後放入 SEM 樣品室內進行觀察，並記錄樣品的二次電子圖像 ( 或稱之為形貌像) 。

2、怎麼分析粉煤灰混凝土XRD圖

可以從以下步驟簡單分析
1、定性分析（XRD的最主要功能），通過八強峰匹配專標准pdf卡片，得知樣屬品是由哪些物質構成的。
2、通過看峰寬等來分析結晶度，峰越尖銳，結晶度越好。
3、看信噪比，信噪比越高，說明這張XRD圖拍得越好，越精確。
當然，還有許多信息，包括物質晶系、晶胞參數、各物質定量分析、等，但是那個不是簡單分析了。

3、幫我分析一下這個粉煤灰的SEM圖片咯 莫來石和石英

?

4、粉煤灰中有白點是什麼東西了

煤中含煤矸石，煤矸石的主要成分是碳酸鈣，碳酸鈣高溫煅燒後，產生化學反應變成氧化鈣。

5、哪位高手老師能幫忙分析一下鋁酸鹽水泥（也就是礬土水泥）摻入粉煤灰和礦渣微粉後的XRD圖譜分析？緊急求救

這個問題很熟悉啊 一般的學生是不能夠分析的，需要圖片庫，必須麻煩老師了，否則在網上請教別人，不一定得出准備分析

6、粉煤灰的預處理效果

利用粉煤灰合成莫來石一般都要對粉煤灰進行預處理，包括除碳、除雜質、研磨等，以減少雜質含量對合成莫來石質量的影響，而研磨可以增加物料的反應活性以降低合成莫來石的燒結溫度。

( 1) 除雜質效果

將粉煤灰手工除鐵前後所做的化學成分分析進行對比不難看出，手工除鐵效果並不明顯，Fe2O3含量僅從 1. 95%降至 1. 84% ( 表 5. 4) 。但在除鐵過程中我們發現明顯有磁性顆粒吸附於磁鐵之上，顏色為灰黑色，說明粉煤灰中磁性顆粒 ( Fe3O4) 是存在的，FESEM-EDX 的分析也證實了粉煤灰中確實含有磁鐵礦。這方面的分析說明: 一是粉煤灰中的鐵含量本身就不高，而且多數以赤鐵礦存在; 二是靠手工除鐵效果不理想，磁場強度過低。工業化分選粉煤灰中的氧化鐵通常都採用磁選機進行，用高梯度強磁場 ( 107Gs / cm 數量級) 磁選機不僅可以從粉煤灰中分選出強磁性礦物，而且還可以分選出弱磁性礦物。如果在除碳加熱過程中營造還原性氣氛，還可以將部分非磁性礦物如赤鐵礦 ( Fe2O3) 轉化為磁性礦物如磁鐵礦 ( Fe3O4) ，然後再用磁選機分選。

表 5. 4 粉煤灰除雜質前、後化學成分之對比 ( %)

粉煤灰在 800℃高溫下恆溫 2 h 可以達到良好的除碳效果，這一點可以從除碳前、後粉煤灰的燒失量 ( LOI) 加以判斷，實驗中粉煤灰的燒失量已經從原來的 2. 10% 降至1. 02% ( 表 5. 4) 。如果粉煤灰中的碳含量較高，可以相應延長恆溫時間以確保大部分殘余炭粒被清除。否則炭粒的存在會在加熱過程中與氧氣結合產生二氧化碳，降低製品的物理性能。除碳前、後粉煤灰的粒度並沒有發生明顯變化 ( 圖 5. 7 ( a) 和 5. 7 ( b) ) ，說明粉煤灰中的炭粒與無機顆粒大小相近，分布一致。但這一情況與底灰明顯不同，底灰中的炭粒數量較多、粒度較大。

用 20%濃度的鹽酸處理除碳研磨後的粉煤灰，去除雜質效果比較理想 ( 表 5. 4) ，CaO 含量從 4. 22% 降至 1% 以下，說明粉煤灰中的活性 CaO 含量較高，容易與鹽酸反應形成可溶鹽而被清除。對 Fe2O3的去除效果一般。但值得注意的是，用酸清洗後，其他雜質K2O、Na2O、MgO 的含量也有所降低，其中 K2O、Na2O 的存在會導致合成過程中已經形成的莫來石產生分解，形成霞石質液相。整體來看，准格爾電廠粉煤灰中的雜質含量並不高 ( 9. 73%) ，經 20%鹽酸處理後大部分有所降低 ( 5. 65%) ，只有 TiO2含量基本保持不變。在合成莫來石過程中有少量的雜質存在也是允許的，它可以降低燒成溫度，其中的鈦、鐵離子還可以部分進入莫來石晶格中去 ( Johnson 等，1982) 。由雜質產生的少量液相還能夠進入製品的孔隙空間，增加密度，減少體積膨脹。然而，從高純莫來石的質量要求來看，雜質含量越少越好。

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

圖 5. 7 粉煤灰、工業氧化鋁及不同配料的粒度分布

( 2) 研磨效果

由於粉煤灰手工除鐵效果不理想，而且粉煤灰中的 Fe2O3含量在燒結合成莫來石的允許范圍內 ( 1% ～3%) ，所以在後面的實驗過程中不再對粉煤灰進行除鐵處理。直接將除碳粉煤灰和除碳並經酸洗的粉煤灰用於實驗。經過除碳研磨的粉煤灰以 A 表示，除碳研磨後又經酸洗的粉煤灰以 B 表示，A50、A60、A70 和 B50、B60、B70 表示這兩類粉煤灰中的 Al2O3含量分別為原始含量 ( 52. 72%) 以及配比後達到 60%和 70%的含量。

用 ZJM-20 型周期式攪拌球磨機，以球∶灰∶水 =5∶1∶1 配比研磨 5 h 後，粉煤灰的粒度從原來的 1 ～100 μm 降至 0. 3 ～30 μm，且 10 μm 以下的顆粒已經達到 95%以上，說明研磨效果相當理想 ( 圖 5. 7 ( c) 。研磨 5 h 並經 20%鹽酸清洗後的粉煤灰粒度有所下降，從0. 3 ～ 30 μm 變為 0. 2 ～ 20 μm，而且主峰位置明顯轉向細顆粒方向一側，從 4. 89 μm 轉至1. 27 μm ( 圖 5. 7 ( d) ) ，說明粉煤灰經酸洗後粒度減小，這是因為鹽酸會侵蝕粉煤灰顆粒的外表面。

工業氧化鋁的原始粒度較粗，在 20 ～ 400 μm 之間 ( 圖 5. 7 ( e) ) ，並且以聚合體形式存在，經 5 h 研磨後粒度變為 0. 3 ～20 μm，10 μm 以下的顆粒已經達到 98% 以上 ( 圖5. 7 ( f) ) ，優於粉煤灰研磨效果。其原因是工業氧化鋁的脆性比粉煤灰大，研磨時剛玉質小球的快速運動與旋轉使得工業氧化鋁聚合體首先分離，在撞擊力與剪切力的雙重作用下，氧化鋁比粉煤灰更容易遭到破壞。不管是粉煤灰還是工業氧化鋁，經 5 h 研磨後的粒度均從原來的單峰分布轉變為雙峰分布，工業氧化鋁的雙峰分布特徵更加明顯。

將研磨後的粉煤灰 ( A 系列) 和研磨並經酸洗後的粉煤灰 ( B 系列) 與研磨後的工業氧化鋁按 Al2O3含量分別為 60%和 70%進行配料，然後混磨 1 h ( 讓粉煤灰與氧化鋁充分混合) ，混磨後的粒度分布見圖 5. 7 ( g) 至 ( j) ，從圖中可以看出: 混合後 A60 與 A70粒度分布基本一致，並且與未加氧化鋁的粉煤灰 A50 相差也不大; B60 與未加氧化鋁的B50 粒度分布基本一致，但 B70 的粒度分布不同於 B60，而與工業氧化鋁研磨 5 h 後的粒度分布接近，說明 B70 的粒度受加入的工業氧化鋁研磨粒度影響較大。總之，粉煤灰經5 h研磨後 10 μm 以下顆粒占 95% 以上，混磨 1 h 對配料粒度影響不大 ( 圖 5. 8) 。

( 3) 配料及試樣成型

研磨5 h 和混磨1 h 後不同 Al2O3含量配比的粉煤灰化學成分見表5. 5。然後按照前面設計的 3 因素 3 水平正交實驗設計方案壓製成型，共需成型54 個試樣用於合成莫來石實驗。成型時，將配置好的 A、B 系列粉煤灰分別稱取相同質量的物料用塑料漏斗裝入模具中，在 WE-30B 型液壓式萬能實驗機上加壓成型。成型試樣在壓力為 100、150 和200 MPa下的平均密度分別為 1. 36、1. 40 和 1. 42 g/cm3。密度上的差異有兩方面因素引起: 一是成型壓力不同; 二是配料中 Al2O3的含量不同，隨成型壓力增大和 Al2O3含量的增高，試樣的密度增大，但增加的幅度並不明顯。試樣的整體成型情況良好，僅有 3 個試樣在出膜時出現輕微的破底現象，但這並不影響後面的合成莫來石實驗。粉煤灰中 Fe2O3的存在使得成型試樣呈現微弱的淺紅色 ( 圖 5. 9) 。

圖 5. 8 工業氧化鋁與粉煤灰粒度

表 5. 5 工業氧化鋁成分及合成 M50、M60、M70 莫來石樣品配料

7、粉煤灰的產生

粉煤灰是由燃煤發電和燃煤生產蒸汽時產生的，由廢氣帶出。一般情況下，煤經磨細後，由空氣吹入鍋爐燃燒室中並被迅速點燃 ( 煤粉顆粒在電廠鍋爐中的平均駐留時間大約僅有 3 ～4 s) ，產生熱和熔融狀的礦物殘渣。鍋爐管道吸取熱量，煙道氣體被冷卻，熔融狀的礦物殘渣變硬，並最終形成粉狀。粗煤灰顆粒，成為底灰或爐渣，掉到燃燒室的底部 ( 即底灰) ，同時輕的煤灰顆粒 ( 即飛灰) ，繼續懸浮在煙氣中，在排放之前被靜電收塵器或布袋收塵器等收集下來 ( 圖 3. 1) 。

圖 3. 1 干、濕粉煤灰的形成與輸送示意圖( 據 ACAA，2003)

准格爾電廠採用北京巴布科克·威爾克斯有限公司 ( Babcock ＆ Wilcox Beijing Co.Ltd) 生產的用於配 10 × 104kW 汽輪發電機組的 B＆WB410 /9. 8-M 鍋爐，為自然循環∏型布置，固態出渣，按露天礦抗 7 度地震布置設計。鍋爐燃用准格爾洗中煤，正四角布置直流燃燒器，按假想切圓組織燃燒，燃燒溫度為 1200 ～ 1700℃，除塵方式採用文丘里水膜除塵，除塵後的粉煤灰漿液匯集於攪拌池，然後通過管道輸送至距電廠東南約 3 km 的小納林溝灰場堆積，灰場庫容 3290 ×104m3。由於灰場採用飛灰和底灰混合堆積，並覆蓋有石灰物質混入其中，所以對灰場灰的綜合利用帶來了不利因素。本書研究的粉煤灰主要取自煙道和攪拌池，即飛灰，也就是常說的粉煤灰。

8、粉煤灰的顆粒形貌

( 1) 粉煤灰的顏色

粉煤灰一般呈灰色粉末狀，其顏色可以有深淺變化，這種變化不僅與粉煤灰的含水率、細度和含碳量 ( 主要以殘余炭粒、半焦和煤粒形式存在) 有關，而且還與粉煤灰的化學成分有關。通常情況下，含水率越高、顆粒越粗、含碳量增大均可導致粉煤灰的顏色加深，特別是含碳量，它們影響粉煤灰的整體顏色。粉煤灰中含碳量的多少可以通過粉煤灰的燒失量來衡量，燒失量越大表明含碳量越高，粉煤灰的顏色就越深。粉煤灰的化學成分不同，也會造成粉煤灰顏色上的差異，化學成分主要影響粉煤灰顆粒本身的顏色。一般而言，鈣含量較高的粉煤灰顏色淺，而鐵含量較高的粉煤灰顏色深，粉煤灰中鐵含量的增加還可以使粉煤灰出現褐色特徵。氧化鋁含量的增加也會使粉煤灰顏色變淺。

准格爾電廠的粉煤灰顏色呈淺灰色，主要原因是粉煤灰中鋁含量較高，碳含量較低，粉煤灰的燒失量為 2. 1%。根據粉煤灰碳含量與燒失量之間的關系 ( 錢覺時，2002) ，推定準格爾電廠粉煤灰的碳含量應小於 2%，較低的碳含量也表明鍋爐的燃燒效率較高。

( 2) 粉煤灰的顆粒形貌

由於粉煤灰的顆粒粒徑一般在 0. 5 ～300 μm 的范圍內，且大多數顆粒處於 50 μm 之下，為進一步觀察粉煤灰的顆粒形貌就必須藉助光學顯微鏡和電子顯微鏡，這方面的研究文獻相當豐富。由於電子顯微鏡比光學顯微鏡具有更高的解析度，後期的研究主要集中在掃描電子顯微鏡 ( SEM) 和透射電子顯微鏡 ( TEM) 方面 ( Vassilev 等，1996) ，最新的研究採用了原子力顯微鏡 ( AFM) 來研究微珠表面起伏與燃燒溫度的關系 ( Mishra 等，2003) 。

Fisher ( 1978) 曾在早期利用單偏光顯微鏡研究粉煤灰顆粒的微觀形貌，並識別出 11種顯微顆粒類型: ①無定形、透明; ②無定形、不透明; ③無定形、透明與不透明混合型; ④圓形、多孔、透明; ⑤圓形、多孔、透明與不透明混合型; ⑥不透明、稜角狀; ⑦透明、空心球; ⑧透明、子母珠; ⑨透明、實心球; ⑩不透明、實心球; 瑏瑡透明、內部或表面有析晶。Ramsden 等 ( 1982) 利用光學顯微鏡、電子顯微鏡和電子探針識別出 7 種顯微顆粒類型: ①未融礦物碎屑 ( 主要為石英) ; ②不規則海綿狀顆粒; ③多孔狀玻璃體( 以不規則粒狀和空心微珠形式存在) ; ④實心微珠; ⑤樹枝狀氧化鐵顆粒 ( 多為球形，含不等量玻璃質) ; ⑥結晶態氧化鐵顆粒 ( 多為球形，含極少量玻璃質) ; ⑦未燃盡炭粒。作者還將上述顆粒的化學成分標在 SiO2-Al2O3-其他氧化物三元相圖中，大體分析了這幾種顆粒類型與煤中礦物間的關系。

我國學者梁天仁 ( 1984) 主要依據反光顯微鏡下的特徵，對粉煤灰的顯微結構進行了研究，首先按物質成分分為硅鋁質、鐵質和炭粒，然後主要根據顆粒形態分出 7 種類型。王運泉等 ( 1998) 採用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡從岩石學角度對粉煤灰進行了微觀研究，將粉煤灰顆粒組分分為無機和有機兩大類。無機部分來源於煤中礦物質，可進一步細分為玻璃微珠、磁鐵微珠、不定形顆粒、碎屑石英和莫來石; 有機部分則包括煤粒和殘炭兩個亞組 ( 表 3. 1) 。

表 3. 1 燃煤飛灰顯微組分分類

( 據王運泉等，1998)

孫俊民等 ( 2001) 利用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡對不同燃煤煤種和鍋爐類型電廠飛灰進行了觀察研究，建立了燃煤飛灰顯微顆粒的系統分類方案，並揭示出各類顆粒的顯微結構特徵。首先根據物質成分將飛灰分出硅鋁質、鐵質、鈣質和炭粒 4 個組，然後根據微觀形貌和內部結構分出 16 種顯微顆粒類型 ( 表 3. 2) ，發現空心微珠和子母珠是飛灰中普遍存在的顯微顆粒類型，不僅廣泛分布於不同粒級的硅鋁質顆粒中，而且常見於鈣質和鐵質顆粒中。

表 3. 2 燃煤飛灰的顯微顆粒分類

( 據孫俊民等，2001)

錢覺時 ( 2002) 根據沈旦申 ( 1989) 和 Rohatgi 等 ( 1995) 其他研究者對粉煤灰顆粒的分類和特徵描述歸納出了一個綜合分類 ( 表 3. 3) 。這一分類首先將粉煤灰顆粒分為珠狀顆粒、渣狀顆粒、鈍角顆粒、碎屑顆粒、粘聚顆粒五大類，然後將珠狀顆粒進一步細分為漂珠、空心沉珠、復珠 ( 子母珠) 、密實微珠和富鐵微珠 5 種，將渣狀顆粒細分為海綿狀玻璃渣和炭粒 2 種，並詳細描述了各種顆粒的形貌、粒徑、密度以及各種顆粒的性能和所佔的百分比。

從上述研究可以看出，不同學者的分類大同小異，而且整體上表現出粉煤灰是以珠狀顆粒為主的特徵。因影響粉煤灰顆粒形成的因素眾多和研究手段的不同，使得粉煤灰分類方案也存在一定的差異，特別是粉煤灰中的殘炭通常已轉變為半焦或焦炭，嚴格意義上講應歸屬於礦物。在所有研究的粉煤灰中，都缺乏 Al2O3含量高達50%左右的粉煤灰這一特定類型。

我們採用帶能譜分析的場發射掃描電鏡 ( FESEM-EDX) 詳細觀察了准格爾電廠粉煤灰的顯微結構及其類型，並用掃描電鏡 ( SEM) 對人工分選的磁珠進行觀察，可以發現，准格爾電廠粉煤灰中各種類型的顆粒均可見到 ( 圖 3. 4，圖 3. 5) ，但整體以珠狀顆粒為主，珠狀顆粒在細粒粉煤灰中最為常見。將飛灰與底灰相比，飛灰中的珠狀顆粒明顯高於底灰，底灰中的炭粒和不規則顆粒較多，而且底灰的粒度明顯高於飛灰。在准格爾電廠粉煤灰中我們還發現，無論在底灰還是飛灰中，都存在一種桿狀的顆粒類型，桿狀顆粒表面可以呈現瘤狀突起，也可以表現出相對的光滑。另外，粘聚顆粒也比首鋼電廠粉煤灰中常見。現將觀察結果敘述如下:

表 3. 3 粉煤灰中顆粒的分類和特徵

( 據錢覺時，2002)

圖 3. 4 准格爾電廠粉煤灰整體特徵

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

圖 3. 5 准格爾電廠粉煤灰類型

( 1) 珠狀顆粒

珠狀顆粒主要是煤中無機組分在高溫下軟化、熔融，爾後急劇冷卻而形成的固相顆粒，由於熔融體的表面張力作用使得表面能達到最小，致使煤粉顆粒變化為球狀。這些熔化的球狀顆粒將會在煤粉燃燒過程中產生的 CO、CO2、SO2或水蒸氣中漂浮，當這些顆粒離開火焰區域後將會迅速移動到溫度較低的區域，然後淬火形成固體的玻璃相。淬火的速度取決於這些顆粒的大小，大顆粒移動緩慢將使得顆粒內部或表面形成晶相物質。盡管有些熔體內包裹的氣體可能會使球體爆裂，但一般情況下，這些球狀顆粒都能離開火焰區淬火形成中空厚壁的珠狀顆粒 ( 錢覺時，2002) 。

在准格爾電廠粉煤灰中，珠狀顆粒占粉煤灰顆粒類型的絕大多數，特別是在細顆粒( 一般小於 50 μm) 中所佔比例更大，無論何種化學成分的顆粒，這一球狀或似球狀或近似橢球狀的顆粒在粉煤灰中都是常見類型。有薄壁空心球狀的漂珠，其壁厚與直徑之比在10% 左右，這種顆粒的數量相對較少; 也有厚壁空心的沉珠，其壁厚與直徑之比在 30%左右，這種顆粒的數量相對較多; 另外還有為數眾多、內部密實的實心微珠。在這些珠狀顆粒中，其表面有光滑者也有比較粗糙者。細小的微珠大部分外表光滑，不管其成分是鋁硅質還是鈣質; 直徑較大的微珠大部分外表粗糙，並且以鐵質微珠為主; 有些珠狀顆粒內部還包含有更小的玻璃微珠，通常稱之為復珠或子母珠。也見有部分珠狀顆粒表面粘附有更小的微珠。

將粉煤灰中的磁性顆粒進行分選，放於 SEM 下觀察，可以發現，磁性顆粒中既有實心微珠也有復珠，磁性微珠大小不一，外表粗糙者居多，但也有少部分較小的磁珠外表光滑。在磁珠的表面可以看到磁珠冷卻時析出的微小晶體。

( 2) 渣狀顆粒

渣狀顆粒可分為海綿狀玻璃渣和炭粒。海綿狀玻璃渣多表現為結構疏鬆、不規則的多孔顆粒，粒徑較粗 ( 一般大於 50 μm) ，在飛灰和底灰中都存在，並且在底灰中的數量明顯高於飛灰。海綿狀玻璃渣上的孔洞直徑大小不一，分布也不均勻，其化學成分多為鋁硅質。海綿狀玻璃體的形成通常是因燃燒溫度不高，或在火焰中停留時間過短，或因灰分熔點較高，以致這些灰渣沒有達到完全熔融程度。准格爾電廠粉煤灰中的海綿狀玻璃渣數量較多，顯然與煤灰中 Al2O3含量較高導致灰熔點較高有關。

炭粒既可存在於飛灰也可存在於底灰之中。炭粒的形狀也有多種，既有多孔球狀、海綿狀，也有不規則狀，炭粒的性質既有各向同性，也有各向異性 ( Vassilev 等，2004b) 。據研究，炭粒 ( 殘炭) 的類型和豐度主要與煤岩組成、變質程度 ( 鄭雨壽，1990，1992)和燃燒方式 ( Gibbins 等，1993) 有關。空心炭和網狀炭源自鏡質組，鏡質組比惰質組有較高的揮發分產率，在高溫熱解過程中會出現不同程度的膨脹、塑性變形，甚至流動，同時不斷釋放揮發分，因而產生大量的氣孔。結構炭和未熔炭主要源自惰質組，它們在加熱過程中既不變形也不軟化，揮發分產率很低，未經塑性變化過程，燃燒時可導致炭壁即細胞壁逐漸斷裂，所以由惰質組形成的炭粒幾乎沒有氣孔，同時也不同程度地保存有原惰質組的形態、結構乃至光性特徵。

研究還表明，空心炭和網狀炭在燃燒時，熱化學反應首先發生在揮發分析出所產生的氣孔中，隨著燃燒的進行，表現出密度不斷變化、直徑不變的燃燒特徵，即服從所謂的「等直徑」燃燒方式。而結構炭和未熔炭則表現出從顆粒表面向內部燃燒，即密度不變、直徑逐漸縮小的燃燒過程，即服從所謂的 「等密度」燃燒方式 ( 王運泉等，1998) 。

准格爾電廠燃煤中的有機組分主要是鏡質組和惰質組，所以這 4 種炭粒類型均有發現，但以結構炭、未熔炭和空心炭為主，空心炭的比例相對較高。結構炭和未熔炭與煤中惰質組含量有關，空心炭與煤中鏡質組含量有關。不管何種類型的炭粒，它們在底灰中的含量都明顯高於飛灰，而且底灰中的炭粒直徑較大，多在 200 μm 以上，最大可達 1 mm。

( 3) 鈍角顆粒

按表 3. 3 的分類描述，鈍角顆粒是指未熔融或部分熔融的顆粒物，且主要成分為石英。這種顆粒在准格爾粉煤灰中有所發現，但數量不多，這與燃煤中石英含量本身數量較少有關。

( 4) 碎屑顆粒

碎屑顆粒大多是煤中未燃燒或不完全燃燒而遺留下來的礦物顆粒，它們往往保留或部分保留有原來礦物顆粒的形態。在准格爾電廠粉煤灰中這種顆粒類型的數量相對較多，而且主要存在於底灰中，這與煤中黏土礦物含量較多有關。

( 5) 粘聚顆粒

粘聚顆粒為粉煤灰中各種顆粒的粘聚體，這一現象在准格爾電廠粉煤灰中也比較常見，利用 SEM 可以觀察到有大小不同的珠狀顆粒交熔在一起，也可以觀察到不規則顆粒與珠狀顆粒或不規則顆粒之間的部分交熔現象。這主要是因為熔融或半熔融顆粒，或顆粒尚未完全冷卻時互相碰撞在一起，粘連後再完全冷卻而形成。准格爾電廠粉煤灰中這類顆粒比較常見的原因，還與煤灰中 Al2O3含量較高、雜質含量 ( 除 SiO2和 Al2O3之外的其他氧化物) 較低而導致的熔體黏度增高有關。

( 6) 桿狀顆粒

在准格爾電廠粉煤灰中，首次發現有部分桿狀顆粒存在，不管在底灰還是在飛灰中均可見到，盡管數量不多，但這種特殊形態的顆粒在以往的文獻中都未見報道。桿狀顆粒表面可以呈現瘤狀突起也可以表現出相對的光滑，其直徑、長短不盡相同，經 EDX 分析，其化學成分主要是碳。根據形狀和化學成分推斷，這些桿狀顆粒是絲質體的碎片，但部分桿狀顆粒表面瘤狀突起的成因還不清楚，可能是液態微珠的變形附著物。

9、急需知道粉煤灰混凝土XRD圖譜怎麼分析

方法一：用jade 5.0或者6.0，很復雜，你去網路個教程看看。。。
方法二：人工解析
第一步，你先專去把可能物質的標准屬PDF卡片找出來，標出那三種物質的晶系，晶格常數等信息，PDF卡片上都有。
第二步，用內標法或者K值法算樣品中各種晶相的百分含量。內標法要做內標曲線，K值法會簡單點。
第三步，根據你樣品中不同晶相所對應的晶面間距公式和布拉格方程求出各自的晶格常數。
第四步，根據謝樂公式求解三種晶相各自的晶粒尺寸。

10、粉煤灰中的晶體礦物

玻璃體通常是粉煤灰的主要組成部分，但晶體物質的含量有時也比較高，范圍在11% ～ 48% 之間。主要晶體相物質有莫來石、石英、赤鐵礦、磁鐵礦、鋁酸三鈣、黃長石、默硅鎂鈣石、方鎂石、石灰石等，在所有晶相中莫來石所佔比例最大，可達到總量的6% ～ 15% ，此外粉煤灰中還含有未燃盡的炭粒 ( 錢覺時，2002) 。

表 4. 1 是 Rohatgi 等 ( 1995) 列出的粉煤灰中可能的晶體礦物，其中高鈣粉煤灰中的礦物要比低鈣粉煤灰中的礦物復雜得多。Vassilev 等 ( 1996) 對保加利亞 11 個熱電廠煤灰 ( 包括飛灰、底灰、結渣和儲灰池灰) 的研究識別出礦物和其他物相多達 71 種，其中絕大多數含量都在 1% 以下，含量為 1% ～ 10% 的主要是石英、高嶺石、長石、磁鐵礦、赤鐵礦、硬石膏和炭粒，含量在 10% 以上的主要是莫來石和玻璃體。我國粉煤灰的物相及組成范圍見表 4. 2。

Vassilev 等 ( 1996，2003) 將粉煤灰中礦物或相的成因分為 3 種: 原生成因 ( prima-ry) 、次生成因 ( secondary) 和後生成因 ( tertiary) 。

原生成因是指原來存在於煤中的礦物或相，在煤的燃燒過程中未經歷任何相的轉變;次生成因是指在煤燃燒過程中形成的新礦物或相; 後生成因則是指粉煤灰在經水處理、乾燥、存儲和運輸過程中形成的新礦物或相。根據 Vassilev 等 ( 1996，2003) 的研究，粉煤灰中的礦物和相主要為次生 ( 包括各種硅酸鹽、氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽、炭粒和玻璃體) ，少量為原生 ( 包括部分硅酸鹽、氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽和磷酸鹽) ，後生的數量為最少 ( 常見的是硫酸鹽、碳酸鹽和氯化物) 。這種差異主要與煤中礦物種類、數量、燃燒條件和後期處理方式有關。在粉煤灰的常見礦物中，石英、長石、方解石、磷灰石一般都是原生成因，而莫來石、磁鐵礦、赤鐵礦、硬石膏基本屬於次生成因，後生礦物主要是石膏。粉煤灰中的原生礦物主要以分散的粒狀和集合體出現，次生礦物主要存在於玻璃體或玻璃體的外表面以及炭粒孔隙之中，而後生礦物則主要以集合體的形式存在。

表 4. 1 粉煤灰中的晶體礦物組成

( 據Ｒohatgi 等，1995)

表 4. 2 我國粉煤灰的物相組成及范圍

許多研究人員都曾經詳細研究過煤燃燒過程中的礦物轉化及其機理，Huffman 等( 1991) 對美國 18 種煤的高溫特性進行了研究，給出的 FeO-SiO2-Al2O3平衡相圖 ( 圖4. 1) 說明，煤灰中礦物整體上位於莫來石區域，在富鐵區域首先發生熔融，液相也可能是在富鐵共熔區域內首先形成的。粉煤灰在 CaO-SiO2-Al2O3相圖中的位置主要位於莫來石、鈣長石區域 ( 圖 4. 2) ，由於 CaO 的存在及含量變化較大，所以也會存在鈣黃長石、石膏以及石灰石等礦物 ( Mollah 等，1999) 。

圖 4. 3 顯示不同礦物及其含量隨溫度的變化情況 ( Huffman 等，1991) ，大約在 900℃以下，樣品中所觀察到的礦物基本上都能與煤中的礦物相對應。方鐵礦和富鐵的鐵酸鹽相主要來自富鐵礦物，如黃鐵礦、菱鐵礦和硫酸鐵等。900℃以下時玻璃體中的鐵含量正比於含鉀黏土礦物和煤中伊利石中鐵的含量，通常認為這是由於在 K2O-SiO2-Al2O3相圖中有很多低熔點的共熔區域。在 900 ～ 1000℃之間，方鐵礦和其他富鐵氧化物將會和石英、高嶺石發生反應而熔融。在 1000 ～ 1200℃之間，由於鐵尖晶石和鋁酸鐵等的形成，鐵的這種熔融反應停止，超過 1200℃所有的鐵將會與液態的硅酸鹽結合。

圖 4. 1 FeO-SiO2-Al2O3相圖( 陰影為粉煤灰區域)

圖 4. 2 CaO-SiO2-Al2O3相圖( 陰影為粉煤灰區域)

圖 4. 3 煤灰礦物含量隨溫度的變化曲線

Spears ( 2000) 對英國煤燃燒過程中黏土礦物的轉化行為也做過詳細研究，他認為粉煤灰中的莫來石主要來源於煤中高嶺石礦物的轉化，而粉煤灰中的玻璃相和空心微珠主要得益於煤中的伊利石礦物。我國學者邵靖邦等 ( 1996) 也詳細給出了煤中 12 種礦物在不同溫度下的化學反應及其礦物相。盛昌棟等 ( 1998) 綜合國內外研究成果評述了煤中含鐵礦物在煤粉燃燒過程中的行為。不同人給出的化學反應式基本一致，存在的差異主要是礦物轉變過程中的溫度問題。

Demir 等 ( 2001) 根據多人研究成果列出煤中礦物不同溫度下的化學反應及其礦物相轉變如下:

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

高鋁粉煤灰的物相組成與普通粉煤灰也有很大差別。XRD 分析 ( SIROQUANT 軟體)表明，准格爾電廠高鋁粉煤灰中含有 55. 2% 的玻璃相和 44. 8% 的結晶礦物相，結晶礦物主要為 35. 6%莫來石和 8. 4%剛玉，另有次要礦物 0. 5%方解石、0. 2% 石英和 0. 2% 金紅石 ( 表 4. 3; 圖 4. 4，圖 4. 5) 。

表 4. 3 XRD 和 SIROQUANT 軟體測得的高鋁粉煤灰物相組成 ( %)

莫來石和剛玉均為煤燃燒過程中形成的二次礦物相，特別是剛玉相在普通粉煤灰中幾乎難以尋覓，但在准格爾電廠高鋁粉煤灰中高達 8. 4%，這種情況十分少見。

莫來石礦物含量高達 35. 6%，也比普通粉煤灰中常見的含量 20% 左右高出許多。粉煤灰中高含量的莫來石主要來源於煤中豐富的高嶺石在高溫下的分解和轉化產物; 莫來石的另一來源途徑是，煤中豐富的勃姆石礦物失水轉變為 γ-Al2O3再與高嶺石分解產生的非晶態 SiO2反應生成莫來石。剛玉則主要來自煤中勃姆石礦物失水後的晶體轉化。

粉煤灰中極其少量的石英主要是原生 ( primary) 或次生 ( secondary) 礦物。在普通粉煤灰中石英是最常見的礦物 ( Vassilev 等，1996) ，呈多角形到渾圓狀 ( 熔點 1713℃，軟化溫度≥1300℃) 。石英在准格爾電廠高鋁粉煤灰中含量極少，與電廠爐前煤中石英含量很少有關 ( 邵龍義等，1996) ，也說明准格爾電廠高鋁粉煤灰中的石英主要為原生殘余礦物。

粉煤灰中的金紅石主要是原生礦物 ( 熔點 1827℃) ，但 Vassilev 等 ( 1995) 認為，若煤中礦物含有銳鈦礦時也可以次生形成。從爐前煤礦物組成看 ( 邵龍義等，1996) ，准格爾電廠粉煤灰中的金紅石應為原生礦物。

圖 4. 4 准格爾電廠高鋁粉煤灰 XRD 圖譜

圖 4. 5 測定的 ( 上) 和計算的 ( 中) XRD 圖譜及其二者之間的差分 ( 下)

粉煤灰中的方解石主要是原生或後生 ( Tertiary) 的，幾乎沒有次生成因的，當溫度低於 700 ～ 950℃ 時，較粗顆粒的方解石可能出現不完全分解而殘留下來 ( Vassilev 等，1996) 。

趙蕾 ( 2007) 測得准格爾電廠高鋁粉煤灰樣品中的主晶相和玻璃相含量與我們的研究結果基本一致，且莫來石含量在飛灰中明顯高於底灰，而燒失量則與之相反 ( 表 4. 4) ;利用 120、160、300、360 和 500 目分級篩將准格爾電廠高鋁粉煤灰按粒度分為 6 級，測得不同粒度段粉煤灰中的礦物相和玻璃相含量見表 4. 5。

表 4. 4 准格爾電廠燃煤產物的物相組成

( 據趙蕾，2007)

表 4. 5 准格爾電廠不同粒度粉煤灰的物相組成

( 據趙蕾，2007)

目數表示每平方英寸上的孔的數目，目數越大，孔徑越小。目數與微米之間的對應關系可查相關資料獲得。

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

從表 4. 5 可以看出，莫來石和剛玉相含量隨粉煤灰粒度減小其含量增多，而玻璃相含量則相應減少; Goodarzi ( 2006) 研究加拿大火電廠普通粉煤灰時發現，同一電廠布袋除塵器收集到的飛灰顆粒粒徑小於靜電除塵器，並且前者飛灰中的莫來石含量高於後者，因此推斷莫來石更多地聚集於細顆粒中。將磁性飛灰與非磁性飛灰相比，非磁性飛灰中的莫來石和剛玉相含量明顯高於磁性飛灰，而含鐵礦物明顯出現在磁性飛灰中 ( 表 4. 6) 。

表 4. 6 准格爾電廠磁性和非磁性飛灰的物相組成

( 據趙蕾，2007)

下面對准格爾電廠高鋁粉煤灰中主要礦物的形成機理作詳細探討。

( 1) 莫來石

莫來石是在 Al2O3-SiO2二元相圖中唯一穩定的結晶硅酸鹽，具有極好的化學穩定性，典型化學成分為 3Al2O3·2SiO2，但實際上莫來石的成分可以從 3Al2O3·2SiO2到 2Al2O3·SiO2連續變化。眾多的研究結果表明，莫來石並非一個固定的化學組成，它不僅有經典的 3 ∶2 型莫來石 ( α-莫來石) ，也有 2∶1 型莫來石 ( β-莫來石) ，還存在 1∶1 過渡型莫來石。莫來石的通式可以表示為: Al4 + 2xSi2 － 2xO10 － x，其中 x 表示單位晶胞中的氧空位，0≤x≤1，氧空位是由於莫來石晶格中的兩個硅原子被兩個鋁原子替代所致: O2 －+ 2Si4 +→2Al3 ++ □， 見圖 4. 6。

圖 4. 6 莫來石結構沿 ( 001) 面的投影( 引自 Ban 等，1992)

就結晶學觀點來說，莫來石的晶體結構符合最終組成硅線石 ( x = 0) 和具有莫來石結構的氧化鋁 ( x =1) 之間的任何結構。實際上，在 1 atm下，硅線石和莫來石之間以及莫來石與具有莫來石結構的氧化鋁之間分別存在非混熔區域，莫來石固熔體僅存在於組成為 x =0. 2 和 x =0. 6 之間，相當於莫來石的 Al2O3含量為 58 mol% 和 75 mol% ( Schnei-der 等，1990) 。燒結 3∶2 型莫來石 x = 0. 25，Al2O3≈72%; 電熔 2∶1 型莫來石 x = 0. 40，Al2O3≈78%; 經有機或無機先驅粉在 < 1000℃ 合成條件下經熱處理得到的化學莫來石( x > 0. 80，Al2O3> 90% ) 也 已 經 得 到 證 實 ( Schneider 等，2008 ) 。我國學 者 高 振 昕 等( 2002) 也指出，介穩態高鋁莫來石 x = 0. 57。

粉煤灰中的莫來石主要來源於煤中的黏土礦物，特別是高嶺石礦物，因為高嶺石在3 種常見的黏土礦物中 Al2O3/ SiO2質量比最高，為 0. 85 ( 41% Al2O3，48% SiO2，11%H2O) 。

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

根據任國斌等 ( 1988) 的資料，高嶺石加熱到 700 ～800℃時，結構中的 ［OH］ 以水的形式分解脫失，形成偏高嶺石; 繼續加熱到 950℃，偏高嶺石轉變為莫來石和非晶質SiO2，這些非晶質 SiO2在更高的溫度下可以轉變為方石英。由高嶺石高溫分解產生的莫來石稱為一次莫來石。

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

上述轉變過程中沒有鋁硅尖晶石中間相生成，這種情況也是存在的 ( Okada 等，1992; Castelein 等，2001) ，但是大多數人認為高嶺石在轉變為莫來石過程中有鋁硅尖晶石中間相生成 ( 林彬蔭等，1989; 高振昕等，2002) ，沃羅爾 ( 1980) 給出的高嶺石高溫下轉變為莫來石的過程如下:

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

上式中的預莫來石 ( Al2O3·SiO2) 也就是現在所稱的過渡組成 1∶1 莫來石。從上述情況看，高嶺石轉化為莫來石在形成方式和轉化溫度上的爭議仍然會存在很長一段時間。

勃姆石又稱一水軟鋁石，化學式為 γ-AlO ( OH) 或 γ-Al2O3·H2O，其中 含 85%Al2O3，15% H2O，成分中可能有少量 Fe3 +替代 Al3 +，晶體結構屬層狀。加熱時於 530 ～600℃ 之間失水後相變為 γ-Al2O3( 林彬蔭等，1989) 。γ-Al2O3結構與尖晶石結構相近，是具有缺陷的尖晶石結構。在 1200℃ 以上高溫下，γ-Al2O3通過調整有缺陷的尖晶石結構，與高嶺石分解出來的非晶質 SiO2反應生成莫來石，即二次莫來石。

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

准格爾電廠燃煤中高含量的高嶺石和勃姆石為莫來石形成提供了充足的物質來源，因為電廠鍋爐燃燒溫度在 1200 ～1700℃，中心溫度甚至超過 1700℃，所以在准格爾電廠粉煤灰中就形成了含量高達 35. 6%的莫來石。粉煤灰中的莫來石多數以顆粒骨架結構存在，而骨架孔隙和表面通常被玻璃質充填和覆蓋，所以在 SEM 下不易直接識別，如果用鹽酸或氫氟酸侵蝕粉煤灰中的玻璃質，就可以發現有大量的針狀莫來石晶體存在。

粉煤灰形成過程中結晶的莫來石，由於受到雜質的影響常常混入其他陽離子，特別是粉煤灰中的 Fe3 +和 Ti4 +可以進入莫來石晶格替代部分鋁離子。Gomse 等 ( 2000) 對法國東部一家火電廠粉煤灰採用多種研究手段進行了研究，得出粉煤灰中莫來石的平均化學式為 Al4. 61Fe0. 05Ti0. 02O9. 65，XRD 和 NMR ( 核磁共振) 等研究得到的化學式為 Al4. 70Si1. 30O9. 65( 對應 x = 0. 35，Al2O3含量為 75. 5%) ，其中鋁含量略高出經典的莫來石化學式 Al4. 5Si1. 5O9. 75( 對應 x = 0. 25，Al2O3含量為71. 8%) ，介於燒結3∶2 莫來石和電熔2∶1 莫來石之間。粉煤灰形成過程中的瞬時冷卻使得莫來石並不能充分結晶和均一化，導致了莫來石在結構和成分上的差異。

( 2) 剛玉

剛玉是次生礦物，其熔融溫度為2050℃，在准格爾電廠爐前煤中並沒有檢測到。Vas-silev 等 ( 1996) 認為，剛玉主要是黏土礦物熔融後重新結晶形成的，也可能是鋁的氫氧化物發生脫羥基化作用形成。從准格爾電廠爐前煤礦物組成看，高鋁粉煤灰中的剛玉主要來自煤中的勃姆石，即:

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

粉末衍射標准聯合委員會 ( JCPDS) 的 XRD 卡片資料表明 Al2O3有 γ、η、χ、δ、θ、κ、τ 和 ε 過渡相，惟一穩定相為 α-Al2O3( 剛玉) 。至於 β-Al2O3，它不屬於 Al2O3變體。這些過渡相的呈現類型和相變順序取決於原始礦物的種類和形成方式。原始礦物為勃姆石，則其相變順序極可能是 γ→δ→θ→α; 若原始礦物為三水鋁石，則相變可能包括γ→χ→τ→θ→α; 如果原始礦物為一水硬鋁石，則直接相變為 α-Al2O3( 剛玉) 。過渡型氧化鋁的結晶參數見表 4. 7。

表 4. 7 過渡型氧化鋁的結晶參數

( 據高振昕等，2002)

( 3) 石英

石英是粉煤灰中的常見礦物，石英在粉煤灰形成過程中是否熔融及其熔融溫度也是一個頗具爭議的問題。在常壓下石英的同質多像轉變形式為 ( 武漢地質學院礦物教研室，1979) :

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

在低溫范圍鱗石英和方石英的轉變為:

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

石英、磷石英和方石英均有低溫 ( α) 變體和高溫 ( β) 變體，這種高低溫變體間的轉變，結構中的 ［SiO4］ 四面體只有稍微移動和旋轉，其他變體的轉變 ［SiO4］ 四面體則需要斷開和重新排列。所以，同一晶型不同變體 α、β 間轉變較快，各晶型間的轉變速度較慢。

通常情況下，煤中的石英均為 α-石英，也就是我們經常所說的石英，其化學成分較純 ( SiO2通常接近 100% ) ，化學性質相當穩定。有人認為石英在燃煤過程中只存在礦物相的轉變，不存在熔融，因為鍋爐的燃燒溫度並不高，達不到石英的熔融溫度( 鱗石英的熔點為 1670℃ ，方石英的熔點為 1713℃ ) ，但大部分人認為存在部分熔融( Demir 等，2001; Spears，2000) 。根據 Mitchell 和 Gluskoter ( 1976) 的報道，將石英暴露於大約 1200 ～ 1300℃ 的氧化條件下 30 min，石英可以轉化為玻璃相 ( Demir 等，2001) 。由於燃煤中的石英顆粒大小不一，小的可能全部熔融，大的則可能存在部分熔融或表面熔融，因為從 XRD 曲線上基本都能夠發現石英的衍射峰，用 FESEM-EDX 分析，也能夠發現粉煤灰中的石英顆粒，而且基本保持了原來的粒狀特徵。粉煤灰中的石英可以是原生的 ( 石英的軟化溫度≥1300℃，有熔融的，也有半熔融的) ，也可以是次生的，但以原生為主，部分石英 ( 主要是骨架形) 還可來源於熔融物的重結晶作用 ( Vassilev 等，1996) 。

准格爾電廠粉煤灰中的石英數量較少，呈分散的粒狀，具多角形或不規則形，基本保持一定的外形，但也可以發現有的石英邊緣有熔融現象，根據形態和成分 ( FESEM-EDX分析) 仍然可以區分出來，它們在底灰中的數量略高於飛灰。

( 4) 其他次要礦物

用 XRD 法鑒定礦物的不足之處是對含量較低的礦物不敏感，也就是說，對於含量在1% ～ 2% 以下的礦物 XRD 衍射峰不明顯，很難做出准確的判斷。所以，我們在用 XRD 鑒定粉煤灰中礦物的同時，採用了 FESEM-EDX 方法對所有樣品進行了分析，發現除上述礦物外，仍然有少量的磁鐵礦、赤鐵礦和金紅石礦物，它們通常富集在玻璃體的表面或構成玻璃微珠的骨架。用磁選法很容易分選出粉煤灰中的磁性顆粒，其表面大部分比較粗糙，為粉煤灰冷卻過程中析出的晶體，可以通過 FESEM-EDX 分析得以確認。

在粉煤灰中，磁鐵礦通常表現為樹枝狀、粒狀或八面體晶型; 而赤鐵礦多表現為薄板狀或薄片狀或硬殼狀晶體，通常形成 「鐵玫瑰」或 「足球」狀，極少數情況下可以繼承黃鐵礦晶型，呈現出立方體或立方體-八面體復合晶型。一般來說，粗顆粒的飛灰和底灰中容易富集磁鐵礦，而細顆粒的飛灰中容易富集赤鐵礦，這是因為細顆粒飛灰形成時具有相對較高的氧化條件 ( Vassilev 等，1996) ，我們的研究也基本如此，但在飛灰中也並不缺乏磁鐵礦微珠顆粒。此外，粉煤灰中還存在未完全燃燒的炭粒和殘余黏土礦物，它們在底灰中的含量明顯高於飛灰。空心炭在底灰中富集較多，絲質體組分的碎片呈光滑或帶有瘤狀的桿狀顆粒，既存在於底灰也存在於飛灰中。此次研究，在個別粉煤灰微珠顆粒中還發現有針狀或柱狀的金紅石礦物，形成球體的骨架，有玻璃質或多或少充填於金紅石骨架孔隙之中。金紅石通常是粉煤灰中 TiO2的主要物質來源，其熔點高達 1827℃，主要為原生成因，但也可以來自熔體的結晶作用或者來自銳鈦礦同質異像的轉變 ( Vassilev 等，1996) 。圖 4. 7 是准格爾電廠粉煤灰 FESEM-EDX 分析得到的部分礦物圖像和主要成分特徵。

高鋁粉煤灰特性及其在合成莫來石和堇青石中的應用

圖 4. 7 准格爾電廠粉煤灰中的晶體礦物 ( 附有 EDX 能譜點的顆粒)