煤灰成分碱酸比与硅铝比的对比分析
李永刚郭东风，
（河南能源化工集团鹤壁煤化工，河南鹤壁 458000）
摘要：煤炭完全燃烧后，剩余部分为煤的矿物质中金属与非金属的氧化物与盐类形成的残渣，即灰分。
煤灰成分复杂，主要由硅、铝、铁、钛、钙、镁、硫、钾、钠等元素的氧化物与盐类组成。
分析结果以氧化物质量百分含量形式报出。
碱酸比是指煤灰中碱性组分(铁、钙、镁、锰等的氧化物)含量总和与酸性组分(硅、铝、钛的氧化物)含量总和之比。
关键字：煤灰成分碱酸比硅铝比
一、前言
煤炭完全燃烧后，煤中的可燃部分燃烧释放热量，煤中水分蒸发，剩余部分为煤的矿物质中金属与非金属的氧化物与盐类形成的残渣，即灰分。
主要由硅、铝、铁、钛、钙、镁、硫、钾、钠等元素的氧化物与盐类组成。
分析结果以氧化物质量百分含量形式报出。
二、实验原理和试剂
实验原理和试剂依据GB/T1574-2007。
三、灰样制备
称取一定量的一般分析煤样于灰皿中（一般分析煤样不超过0.15g/cm2），将煤样送入温度不超过100℃的马弗炉中，在自然通风和炉门留有15mm左右缝隙条件下，缓慢升温至500℃保持30min后，升至（815±10）℃，在此温度下灼烧2h，取出冷却后，用玛瑙研钵将灰样研细到0.1mm，在置于灰皿内，于（815±10）℃下再灼烧30min，直到质量恒定。
空气中放置约5min，转入干燥器中。
称样前应在（815±10）℃灼烧30min。
四、实验数据
序号SiO2% Al2O3% Fe2O3% TiO2% CaO% MgO% K2O% Na2O% FT℃碱/酸硅/铝
1 54.89 29.67 3.61 1.1
2 3.88 1.1 1.54 0.96 >1500 0.1
3 1.85
2 56.98 27.85 4.28 1.12 3.28 1.06 1.86 0.52 >1500 0.1
3 2.05
6 57.73 26.94 5.08 0.78 2.81 0.89 2.08 0.6 1500 0.13 2.14
4 53.38 24.77 5.54 0.86 4.28 1.3 1.9 1.14 1466 0.18 2.16
15 52.36 26.46 2.6 1.74 5.75 1.43 1.69 0.94 1459 0.15 1.98
8 54.57 25.4 4.48 0.72 6.36 1.35 1.5 0.72 1430 0.18 2.15
7 50.46 26.39 6.04 0.77 5.31 1.27 2.16 0.96 1426 0.20 1.91
10 52.73 25.68 3.6 1.19 5.76 1.15 1.66 1.29 1388 0.17 2.05
16 58.54 17.31 5.79 1.01 7.43 1.19 1.38 0.81 1366 0.22 3.38
11 52.75 24.36 3.8 0.62 8.66 1.7 1.77 0.81 1355 0.22 2.17
5 50.45 24.71 4.5 0.7 8.92 2.15 1.4 1.87 134
6 0.25 2.04
14 55.54 20.64 4.4 1.16 8.34 1.81 2.81 0.66 1302 0.23 2.69
19 58.43 20.49 4.31 1.12 5.78 1.91 3.32 0.71 1293 0.20 2.85
17 56.87 18.5 6.96 1.05 7.01 1.79 2.95 0.7 1248 0.25 3.07
18 45.04 17.73 7.51 0.83 16.43 1.55 0.84 0.82 1205 0.43 2.54
12 47.65 16.35 12.8 0.83 11.89 2.14 0.64 0.34 1177 0.43 2.91
20 42.8 16.28 10.2 1.64 17.36 1.37 1.38 0.94 1169 0.51 2.63
3 51.08 17.27 6.8 0.76 14.17 1.25 2.1 1.12 1156 0.37 2.96
13 33.62 15.81 17.6 0.97 22.49 2.24 0.34 0.46 1130 0.86 2.13
五、数据分析
实验样品来源地为河南、陕西、山西、甘肃、内蒙。
很多论文与著作在研究分析煤灰成分时采用碱酸比，而生产中使用硅铝比，间接分析煤灰的灰熔
融性。
下面就两种方法做一个对比分析。
实验数据经过Excel以FT数据降序排列。
5.1数据总体分析
总体来看随灰熔融点FT温度的降低碱酸比和硅铝比总体趋势逐渐升高。
曾经在我的论文《煤灰成分对灰熔融性的影响研究》得出过一个结论SiO2含量在45%-60%，Al2O3含量20%左右，硅铝比（SiO2/Al2O3）在2-3，灰熔融点FT约在1300℃。
从数据来看硅铝比的最高值恰好主要集中在灰熔融点FT约在1300℃。
随机挑选的这组数据碱酸比在0.1-0.8，硅铝比在2-3。
5.2 SiO2含量在45%-60%，Al2O3含量20±3%
样品3、12、14、16、17、18、19、20数据分布在此范围内。
碱酸比在0.2-0.5，硅铝比2.7-3。
其中14、16、17、19煤样的SiO2和Al2O3之外的成分大多小于7%，除了TiO2在煤灰中始终起到提高灰熔融性温度的作用。
其余起助融作用的成分含量较少，灰熔融性的温度主要由SiO2和Al2O3决定。
灰熔融点FT约在1300℃。
碱酸比在0.2-0.25，硅铝比约在3。
其中3、12、18、20 SiO2和Al2O3之外均有大于10%的成分，例如Fe2O3和 CaO均是起助融作用，有效的降低了灰熔融点，硅铝比的范围在3±0.3。
5.3 SiO2含量在45%-60%，Al2O3含量20±3%不在此范围内的
其余数据的碱酸比分布在0.13-0.25，硅铝比在2±0.2，灰熔融点FT多数大于1400℃。
1、2、6煤样为Al2O3含量是最高的。
可以发现Al2O3与灰熔融点温度的分布具有一致性，这说明Al2O3对灰熔融点的影响是最大的。
除了13其余煤FT温度多数大于1400℃，而FT大于1500℃不在讨论，因为不符合使用条件。
这样硅铝比范围可缩小至2±0.1。
七、结论
篇幅所限数据不再一一列举，以上数据均是随机抽取，具有一定的代表性。
在这些数据中13煤样很特别，SiO2含量最低，起助熔效果的成分如Fe2O3、CaO、MgO都是最高的，灰熔融点FT最低，仅有1130℃。
翻看以往实验数据，发现一个非常有趣的现象，SiO2和Al2O3含量低的煤种，那么Fe2O3和CaO含量都很高，这也造成了其灰熔融点很低，大概在1100℃。
以上这些数据无论碱酸比，还是硅铝比，总体趋势随灰熔融点温度的降低，而逐渐升高。
从数据方面来看，碱酸比要比硅铝比更严谨，因为碱酸比所包含的数据比硅铝比多，更能反映煤的实际情况。
由13煤样看出，碱酸比的优势，若以硅铝比来判断灰熔融性误差就很大。
如果将数据范围缩小将煤按照SiO2含量在45%-60%，Al2O3含量20%进行分类，可以发现碱酸比的分布范围就有点大，反而没有硅铝比来的更简便。
参考文献
[1]白浚仁，刘凤歧．煤质分析[M]．煤炭工业出版社，1992.
[2]陈鹏．中国煤炭性质、分类和利用[M]．化学工业出版社，2004.
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[4]段云龙．煤炭试验方法标准及其说明（第三版）[M]．中国标准出版社，2005.
[5]中华人民共和国国家标准煤灰成分分析方法GB/T1574-2007。