CSTM標準《粉煤灰碳含量的測定 熱重法》征求意見

　　【儀表網 儀表標準】由中國材料與試驗團體標準委員會科學試驗領域委員會科學試驗創新方法技術委員會(CSTM/FC98/TCO2)歸口承擔的CSTM LX 980201000-2022《粉煤灰碳含量的測定熱重法》團體標準已完成征求意見稿，按照《中關村材料試驗技術聯盟團體標準管理辦法》的有關規定，現公開廣泛征求意見。
 

　　粉煤灰(也稱飛灰)是煤在鍋爐中燃燒后被煙氣攜帶出爐膛的固態顆粒物。我國是以煤炭為主要消費能源的國家，2019年電力能源的76%由煤炭火力發電產生，粉煤灰年產量已經超過5億噸，目前燃煤產生的粉煤灰利用率約為68%，以生產建材為主要利用途徑。其中生產水泥、混凝土與墻體占總利用率的85%，即每年超過3億噸的利用量。由于每年產生的粉煤灰并沒有100%的被消耗掉，目前被作為固廢的粉煤灰總堆存量已超過10億噸。2018年開始，國家開始對固廢征收25元/噸的環保稅，即需要繳納超過250億元的環保稅。因此，從環保和資源化再利用方面，實現粉煤灰的高價值化再利用迫在眉睫。
 

　　粉煤灰目前最大的用量在建材行業，其中殘留碳的存在極大影響水泥的使用性能及外觀。由于碳的存在會使混凝土的需水量增加，密實度降低，影響引氣劑、減水劑等外加劑的摻量以及混凝土外觀的顏色及均勻性。碳往往又會在泌水過程中逐漸與漿體分離，上升到混凝土的面層，影響混凝土的質量。因而碳含量是影響混凝土性能、外觀以及摻混量的一個重要指標，進而影響了粉煤灰的使用。
 

　　目前，粉煤灰中碳含量的測定國內外并沒有相關的標準方法，通常做法是借鑒水泥的燒失量方法(GB/T 176-2008)，用馬弗爐加熱燃燒粉煤灰，以其總失重量來判定碳含量多少，并根據GB1596-2017(用于水泥和混凝土中的粉煤灰)以燒失量法測定為依據，決定粉煤灰的使用。此標準中規定：拌制混凝土和砂漿用Ⅰ級灰的燒失量必須小于12%，Ⅱ級灰小于30%，Ⅲ級灰小于45%，而水泥活性混合材料用粉煤灰燒失量則必須小于8%。但以燒失量表述碳含量并不準確，其原因在于，電廠的燃煤方式與效率不同，脫硫脫硝等工藝流程也不盡相同，粉煤灰燒失量不僅有碳的燃燒失重，還包含無機化合物的分解及水的脫附等失重量，因此，燒失量并不能完全表示真實碳含量。我國不同燃煤電廠使用的燃煤存在品質差異和批次間差異等問題，均可導致所得粉煤灰理化特性存在巨大差異，以常規簡單的燒失量測定方法為依據并不能準確獲取其碳含量的準確數據，從而難以為其實際應用提供可靠支撐。而雙氣氛法熱分析法測定粉煤灰，可以在一次實驗中區分出粉煤灰中的水和無機鹽的含量，并準確測定粉煤灰中碳的真正含量。實驗方法測得的碳含量更準確、更快速且結果重復性好。因而對提高其資源化利用、規范及拓寬粉煤灰在建材、能源等市場的應用，粉煤灰碳含量標準的制定是有非常重要意義的。針對未來粉煤灰更加精細化的資源利用方向，碳含量的測定標準可以為新的分類標準提供可靠的方法支持，如碳含量富集到一定含量可用作燃料。
 

　　粉煤灰碳含量測定標準的制定，不僅能填補目前粉煤灰行業碳含量測定方法的空白，也能為規范化資源利用提供快速、準確、可靠的測定方法。總之，從粉煤灰綜合利用方面、環保方面和資源化利用方面，都非常有必要制定粉煤灰的碳含量測定標準。
 

　　本文件參照GB/T 1.1—2020 《標準化工作導則 第1部分：標準化文件的結構和起草規則》，GB/T 20001.4《標準編寫規則 第4部分：試驗方法標準》給出的規則起草。參考了GB/T 8170 數值修約規則；GB/T 6425 熱分析術語； GB/T 6679-2003 固體化工產品采樣通則；GB/T 27762 熱重分析儀質量示值校準的試驗方法等文件中的部分內容。
 

　　本文件規定了用熱重法測定粉煤灰中碳含量的方法。本標準適用于碳含量質量分數3~15%粉煤灰樣品的分析，碳含量在該質量分數范圍之外的樣品，也可以參考使用本方法，但是測定結果的準確度和精密度需要進一步驗證。
 

　　方法原理：
 

　　將樣品研磨稱重后放入熱重儀器中，先于惰性氣升溫使水和可分解無機鹽從樣品中充分釋放出來；降溫后切換為氧化性氣氛并升溫，使碳進行充分燃燒，以氧化氣氛中的最大失重量來確定粉煤灰中碳的含量。
 

　　儀器和設備：
 

　　1.熱重分析儀。儀器溫度可達1000 ℃、感量為0.005 mg、能記錄熱失重曲線，并配有氣源。保護氣為氮氣、氦氣等惰性氣體，純度大于99.999%；反應氣為空氣、氧氣或其他濃度的配氣。2.電子天平。精度為0.001mg。
 

　　溫度程序設置及測試：
 

　　調節惰性氣體流量為20~75mL/min，以5~20℃/min的速率將爐溫升至950℃，保溫20~40min至恒重，然后以5~20℃/min的速率降溫到200℃，記錄此時的試料質量m1。將惰性氣體切換為空氣或氧氣，反應氣流量為20~75mL/min ，200℃保溫20~30min，再以5~20℃/min的速率將爐溫升至1000℃，根據熱重分析曲線，記錄此時最大失重的質量m2。
 

　　試驗報告：
 

　　試驗報告應當包括下列內容：a)識別樣品、實驗室和試驗日期所需的全部資料；b)引用標準；c)結果及其表示；d)使用的分析線；e)測定中發現的異常現象；f)對結果可能已產生影響的本文件中未作規定的各種操作或任選的操作。