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比表面积仪|比表面积测试在垃圾发电行业的应用|

北京精微高博科学技术有限公司  2021-08-25  点击451次

垃圾焚烧发电是通过对燃烧热值较高的垃圾进行高温焚烧,在高温焚烧中产生的热能转化为高温蒸汽,推动汽轮机并带动发电机发电。垃圾焚烧法相较于卫生填埋、堆肥等无害化处理方式具有处理效率高、减容效果好、资源可回收利用、对环境影响相对较小等优势,在国家的大力支持下,将成为垃圾处理行业的主流方式。然而,垃圾焚烧过程中也会产生约为垃圾焚烧量3%~5%的飞灰。什么是垃圾焚烧炉的飞灰?即垃圾焚烧炉的烟气净化系统收集的粉尘(飞灰)含有二恶英及重金属等有害物。

根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)规定:“除尘飞灰按危险废物处理”。飞灰属于危险废物,必须单独收集,不得与生活垃圾、焚烧残渣等混合,也不得与其他危险废物混合。生活垃圾焚烧飞灰不得在产生地长期储存,不得进行简易处置,不得排放。生活垃圾焚烧飞灰产生地必须进行必要的稳定化固化处理,稳定化固化处理之后方可运输,运输需使用专用运输工具。采用密闭收集和输送的方式输送至飞灰储仓,经浸出毒性试验合格后送至填埋场填埋。
飞灰中含有一定量的有害物质,若重金属未经处理直接排放,将会污染土壤和地下水,对环境造成危害。另一方面,由于灰渣中含有一定数量的铁、铜、锌、铬等重金属物质,有回收利用价值,故又可作为一种资源开发利用。

飞灰的粒径分布近似呈正态分布,约90%的飞灰粒径都小于280μm,大约43%的飞灰粒径集中在50~76μm,粒径35μm和粒径600μm的飞灰颗粒所占比例则很小。同时,粒径是影响飞灰比表面积的主要因素,垃圾焚烧飞灰的BET比表面积、微孔比表面及总孔容都随着飞灰粒径的增大而逐渐减小,而飞灰的平均孔径随着飞灰粒径的增大而增大。粒径<76μm飞灰的BET比表面积达到6.20m2/g,是粒径大于600μm飞灰的BET比表面积的近3倍。
氮气在低温条件下的物理吸附是受扩散控制的,粒径越小,气体的扩散能力越强。此外,飞灰的孔隙结构对飞灰的比表面积和孔容积也有很大影响。飞灰的孔隙结构是由丰富的毛细管、裂缝型孔所组成,其中存在许多封闭孔隙,随着飞灰粒径的减小,这些封闭的孔隙被打开,形成开放型的孔隙,从而气体可以扩散进去。比表面积和孔容积都会有明显的增大。
目前业内人士为了实现飞灰的“无害化、资源化”处置目标,拟利用沥青较强的黏结性与化学稳定性,将去除二噁英的飞灰作为外加剂添加到沥青路面中,采用沥青来包覆飞灰,稳固重金属。对于飞灰,其组分不稳定,物理化学性能亦不同于常规填料,将其用于沥青路面几乎属于首创,其能否用于沥青路面,以及作为何种组分、如何掺入沥青路面,掺入沥青路面后对路用性能及周边环境产生的影响等问题都需要深入的理论分析与大量的试验研究。
飞灰表面微孔众多,孔隙放大后,其周围由鳞片状、块状、纤维状颗粒堆积而成。水解之后的飞灰BET比表面积、孔容增大,这是因为飞灰在水解过程中,原飞灰中的半水石膏、硬石膏、无水钙质芒硝、CaO,SO3等与水反应,固相体积增加、体积膨胀。沥青组分中的沥青质分子量很大,颗粒粒径为5~30nm;胶质颗粒粒径为1~5nm。无论是矿粉还是飞灰,其孔径都在12.428~18.637nm之间,因此部分沥青质颗粒粒径大于飞灰的孔径,难以进入飞灰孔隙,可以判断出沥青中活性较大的沥青质可以吸附在飞灰或者矿粉表面,胶质可以吸附在飞灰或者矿粉表层小孔中,而油分则可以沿着毛细管被吸附到飞灰或者矿粉内部。

掺入2%的水解飞灰沥青混合料的动稳定度满足规范要求,且高于未掺飞灰的沥青混合料的高温稳定性。另外,从飞灰沥青胶浆的针入度减小、软化点增高的结果来看,飞灰沥青胶浆的稠度增高、热稳定性提高,因此相应的沥青混合料的高温稳定性也会有所提高。这是因为飞灰表面多微孔、比表面积大,会直接影响沥青膜的厚度。沥青混合料加入飞灰后,其矿料的总比表面积提高,密实度增加,矿料之间的滑动变形减少;同时飞灰表面多微孔,吸附了部分起润滑作用的游离沥青,因而加入飞灰能够改善混合料高温稳定性。
高标准的测试离不开高性能测试仪器,JW-BK300比表面及孔径测试仪,配置小量程(1torr/0.1torr)硅膜电容式压力传感器,搭载高真空度分子泵,可在短时间内同时对三组样品比表面数据进行采集并完成分析。
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