1.电厂粉煤灰
粉煤灰是煤粉燃烧后由烟气自锅炉中带出的粉状残留物，因此从电厂煤粉锅炉烟道气体中收集的粉末称为电厂粉煤灰。它是一种人工火山灰质材料，即一种硅质或硅铝质材料。粉煤灰的性能具有较大的波动性，它不仅与煤种、煤源有关，同时也取决于锅炉的类型、运行条件、收尘及排灰方式。
（1）粉煤灰的组成和结构 粉煤灰的化学组成见表6-5。
表6-5 粉煤灰的化学组成（质量分数，%）
由于煤粉各颗粒间的化学成分并不完全一致，因此燃烧过程中形成的粉煤灰在排出的冷却过程中形成了不同的物相。从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物，故矿物组成的波动范围较大。粉煤灰的主要矿物组成见表6-6。
表6-6 粉煤灰的主要矿物组成
在显微镜下观察，粉煤灰是由结晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的一个复合结构的混合体。混合体中这三者的比例随煤燃烧所选用的技术及操作手法不同而不同。其中结晶体包括石英、莫来石、磁铁矿等；玻璃体包括光滑的球形玻璃体粒子、形状不规则孔隙少的小颗粒、疏松多孔巨形状不规则的玻璃球等；未燃炭多呈疏松多孔形式。
（2）粉煤灰的物理性质 粉煤灰的组成波动范围大，这就决定了其性质的差异。我国68个火力发电厂的粉煤灰的基本物理性质见表6-7。
表6-7粉煤灰的基本物理性质
（3）粉煤灰的化学性质 粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及有水存在时，能在常温，特别是在水热处理（蒸汽养护）条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。这也正是粉煤灰能够用来生产各种建筑材料的原因所在。
（4）粉煤灰的存在形态 粉煤灰以颗粒形态存在，巨这些颗粒的矿物组成、粒径大小、形态各不相同。人们通常将其按形状分为珠状颗粒和渣状颗粒两大类。其中，珠状颗粒包括漂珠（又称漂珠形空心微珠）、空心沉珠（也称空心微珠）、复珠（又称子母珠）、密实沉珠（又称实心沉珠）和富铁玻璃微珠五大品种；渣状颗粒包括海绵状玻璃渣粒、炭粒、钝角颗粒、碎屑和黏聚颗粒五大品种。正是由于这些颗粒有各自组成上的变化，组合上的比例不同，因此直接影响到粉煤灰质量的优劣。
（5）粉煤灰的活性 粉煤灰的活性包括物理活性和化学活性两个方面。物理活性是粉煤灰颗粒效应、微集料效应等的总和，是一切与自身化学元素性质无关，又能促进制品胶凝活性和改善制品性能（如强度、抗渗性、耐磨性）的各种物理效应的总称。它是粉煤灰能够直接被充分利用的最有实用价值的活性，是早期活性的主要来源。
化学活性是指粉煤灰中的可溶性二氧化硅、三氧化二铝等成分在常温下与水和石灰徐徐地发生化合反应，生成不溶、安定的硅铝酸钙盐的性质，也称火山灰活性。需要说明的是，有些粉煤灰本身含有足量游离石灰，无需再加石灰就可和水显示该活性。粉煤灰化学活性的决定因素是其中玻璃体含量、玻璃体中可溶性的含量及玻璃体解聚能力。粉煤灰的活性是粉煤灰颗粒大小、形态、玻璃化程度及其组成的综合反映，也是其应用价值大小的一个重要参数。
（6）粉煤灰的技术指标 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定了其分类和等级（见表6-8）。
表6-8 粉煤灰的分类和等级
拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求见表6-9。水泥活性混合材料用粉煤灰技术要求见表6-10。
表6-9 拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求
表6-10 水泥活性混合材料用粉煤灰技术要求
广西田东电厂粉煤灰公司产Ⅲ级粉煤灰的矿物组成、化学成分及技术指标分别见表6-11、表6-12和表6-13。
表6-11 粉煤灰的矿物组成
表6-12 粉煤灰的化学成分（质量分数，%）
表6-13 粉煤灰的技术指标
注：细度为过80μm筛筛余，相当于过45μm筛筛余量的28%～35%。
2.空心微珠
空心微珠是火电厂排放的粉煤灰中含有的一种颗粒微小、呈圆球状、颜色由浅到深的透明或半透明的中空或实心的玻璃体。
1978年，原电力部电力建设研究所为了探索粉煤灰应用的新途径，进行了大量的科学试验调查，发现在我国许多电厂排放的粉煤灰中，含有一种质轻、微小、呈空心球形的玻璃体，其粒径为2～400μm，将它们放在光学显微镜下观察，形体完美，光彩夺目，像一颗颗银白色的晶莹的珍珠（见图6-2），因而将它定名为“空心微珠”。
（1）空心微珠的物理化学性能空心微珠的主要组成为SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO等。它在粉煤灰中存在的状态有五种形式，即薄壳微珠、厚壳微珠、实心微珠、富铁微珠和复合微珠。
图6-2 空心微珠的形貌
空心微珠的化学成分及物理性能分别见表6-14及表6-15。
表6-14 空心微珠化学成分
表6-15 空心微珠物理性能
其中，薄壳微珠能浮于水面上，故俗称“漂珠”，含量占灰渣总量的1%（质量分数）左右；其他四种形式的微珠均能沉于水中，故俗称“沉珠”，在粉煤灰中的含量为30%～80%（质量分数）。微珠具有活性高、质轻、绝热、电绝缘性好、耐高低温、耐腐蚀、防辐射、隔声、耐磨、抗压强度高、分散性好、流动性好、热稳定性好、罕见的电阻热效应、防水、防火和无毒等优异功能，是新型复合材料工业的优质原料及填充剂。
漂珠的物理性能见表6-16。
表6-16 漂珠的物理性能(www.xing528.com)
一般讲，漂珠和沉珠从物理性能相比较，漂珠壁较薄、堆密度小、强度低、耐磨性差、粒度较大，而沉珠壁较厚、堆密度大、强度高、粒度小、耐磨性好、呈中心珠体、浑圆度好，粒径为0.25～150μm，有的在200μm左右。沉珠产品中粒径≥5μm的占3%，＜1μm的占20%。漂珠壁厚为直径的6%～20%。化学成分分析表明，漂珠中SiO2和Al2O3的含量达90%（质量分数）以上，比沉珠高；漂珠的Fe2O3、CaO、TiO2含量均比沉珠的低。
（2）空心微珠的应用 从粉煤灰中提取的玻璃微珠中的漂珠主要用于隔热保温材料，如空心漂珠轻质隔热耐火砖，空心漂珠绝热板，空心漂珠防火涂料，铸造用保温、发热冒口套，人造泡沫复合材料等。而空心沉珠主要用作塑料填料使用；同时空心沉珠在橡胶、沥青等材料改性方面，也有着重要的应用；另外，在金属基耐磨材料、绝缘材料等方面也大量使用空心沉珠。
3.珍珠岩（Perlite）
（1）概述 珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩经急剧冷却而成的玻璃质岩石，因其具有珍珠裂隙结构而得名。珍珠岩矿包括珍珠岩、松脂岩和黑曜岩三种。三者的区别是：珍珠岩具有因冷凝作用而形成的圆弧形裂纹（称珍珠岩结构），水的质量分数为2%～6%；松脂岩具有独特的松脂光泽，水的质量分数为6%～10%；黑曜岩具有玻璃光泽与贝壳状断口，水的质量分数一般小于2%。
地质上对珍珠岩的划分有三种。这三种划分除其化学成分略有不同外，其他各项或是互相类似，或是互相补充，分别见表6-17、表6-18和表6-19。其中k0指由工厂焙烧炉试验得到的矿石膨胀偌数，通常为试验室焙烧试验偌数k的2偌左右。这三种对矿石级别的划分，主要是按照矿石膨胀性能好坏进行的。实际应用何种品级应根据具体需要决定。
表6-17 珍珠岩的划分（1）
决定膨胀珍珠岩原料工业价值的主要是它们在高温焙烧后的膨胀偌数和产品密度，即膨胀偌数k0为5～15偌、密度为80～200kg/m3。
表6-18 珍珠岩的划分（2）
表6-19 珍珠岩的划分（3）
（2）珍珠岩矿物组成及特征 珍珠岩、松脂岩和黑曜岩三种类型的岩石均具有在瞬间高温条件下膨胀的性能。珍珠岩的矿物组成及矿石特征见表6-20，其主要物理性质见表6-21，珍珠岩矿石的一般化学成分见表6-22，我国部分产地珍珠岩、松脂岩和黑曜岩的化学成分见表6-23。
表6-20 珍珠岩的矿物组成及矿石特征
表6-21 珍珠岩的主要物理性质
表6-22 珍珠岩矿石的一般化学成分
表6-23 我国部分产地珍珠岩、松脂岩和黑曜岩的化学成分
（3）珍珠岩工艺特性及主要用途 当酸性熔岩喷发出地表时，由于岩浆骤冷而有很大黏度，使大量水蒸气未能从岩浆逸散而存于玻璃质中。当焙烧时，因突然受热达到软化程度，玻璃质中结合水汽化产生很大压力，体积迅速膨胀。在玻璃质冷却至软化温度以下时，便凝成空腔结构，形成多孔的膨胀珍珠岩。因此，玻璃质是引起矿石膨胀的基础条件，水是引起矿石膨胀的内在原因。但铁质是影响矿石膨胀的不利因素之一。
珍珠岩矿石类型、品级划分见表6-24。
表6-24 珍珠岩矿石类型、品级划分
珍珠岩原砂经细粉碎和超细粉碎，可用于橡塑制品、颜料、油漆、油墨、合成玻璃、隔热胶木及在一些机械构件和设备中作填充料。珍珠岩经膨胀而成为一种轻质、多功能新型材料。其具有表观密度轻、热导率低、化学稳定性好、使用温度范围广、吸湿能力小，巨无毒、无味、防火、吸声等特点，广泛应用于多种行业（见表6-25）。
表6-25 膨胀珍珠岩的主要用途
（4）产品质量标准 地质上常用的珍珠岩质量分级标准见表6-26。
表6-26 珍珠岩的质量分级标准
工业上应采用一级珍珠岩矿石，三级矿石不准使用。对化学成分（质量分数）的要求为：SiO2占70%左右；H2O占4%～6%；Fe2O3+FeO必须小于1%。
膨胀珍珠岩用矿砂的技术要求见表6-27。
膨胀珍珠岩用矿砂的技术指标要求见表6-28。
表6-27 膨胀珍珠岩用矿砂的技术要求
注：对于特殊要求，由供需双方商定。
表6-28 膨胀珍珠岩用矿砂的技术指标要求
膨胀珍珠岩技术要求见表6-29。膨胀珍珠岩产品按堆密度分为70、100、150、200、250号五个标号。各标号产品按物理性能分成优等品、一等品和合格品三个等级。产品按堆密度均匀性分级应符合表6-30规定。
表6-29 膨胀珍珠岩技术要求（JC/T 209—2012）
表6-30 按堆密度均匀性分级
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