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粉煤灰中的氨味时怎么回事,粉煤灰氨味问题成因的调查研究

更新时间:2020-10-31 13:07

粉煤灰作为电厂排放的主要固体废弃物之一,近些年来被广泛地应用于建筑、建材领域,2010年我国粉煤灰的产量为4.8亿t,利用率已达到68%,开发大掺量粉煤灰在混凝土中的利用技术,提升粉煤灰在建筑、建材领域的利用能力,是国家《“十二五”资源综合利用指导意见》中规定的主要任务之一。最近1年来,在厦门市及周边地区拌合或浇筑掺有部分粉煤灰的混凝土过程中发现,部分混凝土会发出一股刺激性的难闻氨味,特别是在混凝土搅拌的过程中,刺激性的氨味会更大,部分商品混凝土搅拌站及建材制品公司均发现类似的问题。针对该问题,本人近期对其进行了系统的调查、分析,并对其成分及形成的原因进行了研究。

1原材料与试验方法

1.1原材料

(1)粉煤灰样品:选取7组不同来源、不同等级的粉煤灰。1#样品:福建地区某电厂粉煤灰;2#样品:厦门市同安区潘凤兴建筑材料加工厂生产,F类,Ⅱ级粉煤灰;3#样品:安溪县龙门永发粉煤灰厂生产,F类,Ⅲ型;4#样品:厦门市嵩能粉煤灰开发有限公司生产,F类,Ⅱ级;5#样品:厦门益材粉煤灰有限责任公司生产,F类,Ⅱ级;6#样品:漳州后石电厂生产,F类,Ⅱ级;7#样品:厦门嵩屿电厂生产。

(2)水泥:华润P·O42.5水泥。

(3)氨基减水剂:福建科之杰新材料有限公司生产。

(4)水:凉水,一次蒸馏水;热水,自来水烧制沸腾。

1.2试验方法

本试验通过3个步骤确定拌合物中氨味的来源及其主要的成分:模拟胶凝材料拌合试验、样品的酸碱性试验、加热试样试验。先通过模拟胶凝材料拌合试验来确认氨味是否来自粉煤灰,再通过粉煤灰样品的酸碱性对样品进行初步的筛选,最后对筛选的样品进行加热试验,以确定样品能够挥发出氨气并分析其主要成分。

(1)模拟胶凝材料拌合试验:利用水泥、粉煤灰样品、氨基外加剂、凉水或一定温度的热水等相互组合,形成不同的配比组分,在锥形瓶中混合搅拌一定时间,在搅拌的过程中或搅拌后,仔细嗅闻搅拌程中以及搅拌后拌合物是否会发出氨气的味道。其中水泥100g、粉煤灰50g、氨基外加剂3g、水35g。

(2)样品的酸碱性试验:通过酚酞试剂来确定。取一张空白的滤纸,滴上酚酞试剂后不变色,再在有酚酞试剂的区域撒上适量的粉煤灰样品,混合,观察样品及滤纸是否变色。

(3)加热试样试验:再通过一定温度的水浴锥形瓶加热样品,在瓶口放置滴有酚酞试剂的滤纸,通过滤纸颜色的变化,判定是否产生氨气,从而分析确定产生氨气的主要物质。粉煤灰试样的用量为150g。

2实验室试验结果与分析

2.1模拟胶凝材料拌合试验及结果

取7组粉煤灰样品与水泥、水、外加剂进行混合试验,另再进行一组氨基减水剂与水泥、水的混合试验,具体试验组分配比及试验结果见表1。

由表1可知,在7组粉煤灰样品中,除1#粉煤灰样品外,其它的自身均无氨味发出;同样的情况,在与水泥、水、氨基外加剂混合后,也仅1#样品配比组分中有氨味出现。本试验中使用热水,是为了模拟在有大掺量水泥加入的混凝土拌合以及大体积混凝土浇筑的过程中,会有较大热量产生的情况。而氨基减水剂本身同样不会产生氨味,其与水泥、不同温度的水混合后也无氨味溢出。所以,通过本组试验可以确定:混凝土拌合物中氨气的味道主要来源于粉煤灰,氨味是由粉煤灰所产生。

2.2样品的酸碱性试验及结果

取7组粉煤灰样品分别用酚酞试剂进行酸碱性试验,结果发现,1#及7#粉煤灰样品遇酚酞试剂变色,其余的粉煤灰样品均不变色,所以可以确定在这7组粉煤灰样品中,仅1#与7#粉煤灰样品呈现碱性,其它5组粉煤灰样品没有碱性或碱性非常弱,所以用这2个样品进行下一步加热试验分析。

2.3样品的加热试验及结果

取遇酚酞试剂变红的1#、7#样品分别进行水浴锥形瓶加热试验,加热温度为80℃,时间为25min。经过25min加热试验后发现,装有1#粉煤灰样品的锥形瓶口上的酚酞试剂滤纸变红,且锥形瓶内壁上附有大量的水珠和水气,从而可以得知1#粉煤灰样品中有氨气的生成;而7#样品在加热25min后,锥形瓶口的酚酞试剂滤纸未变红,且瓶的内部没有多少水气,所以可以确定7#样品粉煤灰的中无氨气的生成。2.2测试中,7#样品能够使酚酞试剂变红,可能是因为其中含有相对较多的碱性氧化物或氢氧化物。

2.4物质的成分分析

通过以上试验结果可知,1#粉煤灰样品能够挥发出NH3,同时产生NH3的该种物质能够在常温下稳定存在,而在80℃会分解。纵观电厂脱硫、脱销后的可能产物,其主要的阴离子为Cl-、CO32-、HCO3-、SO42-、HSO4-、NO3-等几种,而几种强酸根离子形成的铵盐,其pH值呈酸性,所以该种物质应该为碳酸氢铵或碳酸氢铵的混合物,因为碳酸铵在潮湿的空气中不稳定,容易生成相对较稳定的碳酸氢铵(NH4HCO3),所以可以确定该种物质为碳酸氢铵(NH4HCO3)或相应的混合物。

3现场调查

通过调查,找到了1#粉煤灰样品的生产电厂以及堆放场所。通过现场调查,了解到生产1#样品粉煤灰电厂所使用的脱硝工艺为选择性催化还原法,所使用脱硝剂可产生氨气,所使用的脱硫工艺为海水脱硫,其SCR脱硝工艺采用的是“高飞灰”布置,即其电厂烟气是先经过脱硝后,再进行除尘收集粉煤灰,后进行脱硫工艺。同时1#样品粉煤灰为加湿灰,是被覆盖在下层的陈灰,在被覆盖了较长时间之后被重新挖掘出来。其堆场如图1所示。

4成因分析

该电厂采用海水脱硫工艺及“高飞灰”布置的SCR法脱硝工艺,其粉煤灰收集程序是在烟气进行脱硝后。在电厂脱硝工艺中,脱硝剂一般使用液态氨或尿素,高、中温脱硝的温度一般在290℃以上,烟气脱硝过程,脱氮剂会产生NH3。

通过SEM扫描照片可知,粉煤灰的颗粒形状为光滑的球状,且较多的颗粒为空腔结构,部分颗粒表面有缺口,所以粉煤灰具有一定的吸附作用。

经过脱硝工艺流程之后,过量脱硝剂所产生的NH3会被粉煤灰颗粒吸附在空腔内,粉煤灰通过集尘器收集,加湿后成为湿灰,湿灰拉到填埋场作填埋处理,在被层层覆盖后,内部的NH3便难以溢出,就会被固定在地下。在潮湿的环境中,NH3同CO2反应生成碳酸铵(NH4)2CO3,碳酸铵再反应生成碳酸氢铵NH4HCO3和氨基甲酸铵NH2COONH4,或碳酸铵进一步的反应生成碳酸氢铵NH4HCO3,或氨基甲酸铵再次同H2O反应,生成碳酸氢铵NH4HCO3等。当粉煤灰被挖掘出来后,温度升高,就会有部分碳酸氢铵分解释放出NH3,从而产生氨味(碳酸氢铵在36℃以上可以分解为NH3、CO2和H2O,60℃时可以分解完全)。

5结论

(1)使用有氨味粉煤灰拌合的混凝土,其氨味主要来源于粉煤灰。

(2)粉煤灰中产生氨味的物质,其主要的成分为碳酸氢铵NH4HCO3或相应的混合物。

(3)粉煤灰氨味物质产生的原因是因为电厂进行脱硝处理工艺后,因过量的脱硝剂产生的氨气被粉煤灰吸附,粉煤灰被加湿再进行填埋处理,在潮湿的环境中,与H2O、CO2反应而生成。(来源:《新型建筑材料》)

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