粉煤灰改性實(shí)驗(yàn)研究與意義

姜保曉 董 澄

中交一航局第一工程有限公司

粉煤灰改性實(shí)驗(yàn)研究與意義

姜保曉 董 澄

中交一航局第一工程有限公司

目前，我國(guó)對(duì)于粉煤灰變廢為寶的效率還比較低，利用率不高，利用水平較低。同時(shí)，由于粉煤灰自身活性低，還含有害有毒物質(zhì)。所以，想要綠色處理粉煤灰，就得有效利用它的特點(diǎn)，并充分發(fā)揮它的可用之處。而這些的前提是對(duì)粉煤灰進(jìn)行科學(xué)的改性處理，包括物理處理和化學(xué)反應(yīng)，以提高其活性和塑造性，增強(qiáng)其吸附性、抗壓強(qiáng)度、聚合度等等，以應(yīng)用于不同領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更高的利用效率。文章將對(duì)粉煤灰的改性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究說(shuō)明。

粉煤灰；復(fù)合改性；實(shí)驗(yàn)研究；應(yīng)用

1 粉煤灰改性研究的意義

粉煤灰，是燃煤電廠固體排放物中的主要成分，它是以一定細(xì)度的煤粉在鍋爐中燃燒（1100-1500℃）后，由除塵器收集到的粉狀物質(zhì)，又稱“飛灰”。粉煤灰一般排放量很大，而且如果不加以處理還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，尤其是對(duì)于空氣的質(zhì)量產(chǎn)生影響。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們環(huán)保意識(shí)的增加，我國(guó)對(duì)于粉煤灰的處理問(wèn)題的關(guān)注度越來(lái)越高。由于粉煤灰自身活性低，還含有害有毒物質(zhì),所以想要綠色處理粉煤灰，就得有效利用它的特點(diǎn)，并充分發(fā)揮它的可用之處。普通的粉煤灰要應(yīng)用在工程上，由于高溫作用，表面活性基團(tuán)少，與聚合物分子很難產(chǎn)生可觀的附著力；外表光滑，表面封閉，因而比表面積小，吸附除污能力弱，白度低，對(duì)于橡膠、塑料行業(yè)作用受限制。而改性后的粉煤灰，用于建材制品及混凝土的生產(chǎn)，可提高水泥的標(biāo)號(hào)；可用于水處理，染料廢水、含酚廢水、重金屬離子水、含氮、磷廢水；對(duì)于橡膠，可作為補(bǔ)強(qiáng)劑，可起到體輕、耐磨、隔熱、阻燃的作用；作為瀝青的填充料可制得固體瀝青。改性后的粉煤灰體可以作為電磁防護(hù)涂料的導(dǎo)電填料，導(dǎo)電性良好；也可以用于工業(yè)上的生產(chǎn)制造，制備著色顏料、制備超細(xì)纖維、微晶玻璃。

2 濕磨復(fù)合改性實(shí)驗(yàn)

表面改性技術(shù)定義是：采用一定的方法對(duì)顆粒表面進(jìn)行改性、修飾及加工有目的的改變顆粒表面物理、化學(xué)性質(zhì)，以滿足需要的一門(mén)技術(shù)。表面改性技術(shù)可大概分為11類(lèi)：機(jī)械磨細(xì)改性、高溫焙燒改性、微波改性、超聲波改性、水熱合成改性、酸改性、堿改性、鹽改性、偶聯(lián)劑改性、表面活性劑改性、表面包覆改性。本文采用機(jī)械磨細(xì)改性方法和堿改性兩種方式進(jìn)行，對(duì)改性后的粉煤灰的聚合度、抗壓強(qiáng)度等研究。

2.1 原材料

原材料為從河北某燃煤電廠收集的二級(jí)粉煤灰，它的主要成分包含二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵等，其中二氧化硅和三氧化二鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和達(dá)80%左右，而一氧化鈣含量較低，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅占5.35%。此外，選擇其密度在每立方厘米2.05克左右，且比表面積在每千克350平方米左右，以供進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)方法

為了提高粉煤灰的活性，對(duì)其進(jìn)行物理破壞，破壞其堅(jiān)硬外殼和物理形態(tài)。即采用濕磨試驗(yàn)。此外，還應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行化學(xué)處理，因?yàn)殡m然粉煤灰的玻璃體顆粒外殼結(jié)構(gòu)致密且穩(wěn)定，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，在堿激發(fā)劑的作用下，可以改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，破壞其穩(wěn)定性和激發(fā)活性。即添加改性試劑，可添加不同的試劑或多種試劑，并伴隨一定的粉磨。具體試驗(yàn)方法和內(nèi)容如下：

（1）濕磨試驗(yàn)。取適量的粉煤灰，并加入相應(yīng)適量的水，之后，在球磨機(jī)進(jìn)行研磨，大約一個(gè)小時(shí)后取出，烘干并結(jié)塊后再次進(jìn)行粉磨，使結(jié)塊散開(kāi)。濕磨需要技術(shù)保證和充分研磨，且時(shí)間控制得當(dāng)。

（2）復(fù)合改性試驗(yàn)。對(duì)于充分粉磨后的粉煤灰，適量選取并分為三部分。采取三組方案，以設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)。方案一是氫氧化鈉與粉煤灰以一比六的質(zhì)量比混合試劑，方案二采用氧化鈣與粉煤灰一比三的質(zhì)量比混合試劑，方案三采用氫氧化鈉、氧化鈣、粉煤灰以一比二比六的質(zhì)量比混合試劑。將模數(shù)為1的水玻璃作為堿激發(fā)劑，添加至改性試驗(yàn)后的粉煤灰，并制備成為長(zhǎng)方體試件，進(jìn)行觀察和抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

2.3 結(jié)果與分析

通過(guò)電鏡掃描和核磁共振檢查，可知在第一步濕磨后，粉煤灰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，玻璃微珠基本消失，但直徑甚小至10μm的玻璃微珠還未破碎。在第二步的復(fù)合改性后，玻璃微珠更是消失不見(jiàn)。表明充分粉磨加上復(fù)合改性試劑的作用，破壞了粉煤灰的表面結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有利于提高粉煤灰的活性。根據(jù)測(cè)試3d和28d下的抗壓強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)濕磨后，強(qiáng)度有所增大，而實(shí)施方案一和方案三后，相比于方案二，強(qiáng)度大幅度增加。不難得出是堿性試劑在起改性作用。而粉煤灰中的單體硅，也受到堿激發(fā)劑的作用，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成高聚合度的硅四配位結(jié)構(gòu)。說(shuō)明此次實(shí)驗(yàn)不僅大大增加了粉煤灰的活性，還一定程度上提高了粉煤灰的聚合度和抗壓強(qiáng)度。

3 改性粉煤灰的應(yīng)用

大量含毒含害的粉煤灰不經(jīng)處理直接排放，不僅嚴(yán)重污染大氣、河流等，產(chǎn)生環(huán)境污染問(wèn)題。還可能影響人們的呼吸問(wèn)題、飲食問(wèn)題及身體健康。同時(shí)，直接排放也造成一定程度上的浪費(fèi)，因?yàn)椋勖夯冶旧砭哂衼?lái)源廣、成本低的特點(diǎn)，能夠具有較強(qiáng)吸附性能、抗壓性能等，便同時(shí)具有了很大的利用價(jià)值。通過(guò)一定的改性處理后，粉煤灰具有較高的催化活性劑吸附性能，在處理工業(yè)廢水領(lǐng)域，尤其是難降解的廢水，有很大的利用空間，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的以廢治廢。一些改性粉煤灰可應(yīng)用于對(duì)于廢水的濕法煙氣脫硫處理，減青廢水對(duì)河流、空氣等環(huán)境的影響。使用改性粉煤灰對(duì)膨脹土進(jìn)行改性，使其發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，改變其物理力學(xué)性質(zhì)，而粉煤灰可降低成本，又可以解決粉煤灰作為廢棄物?？傊?，出于粉煤灰的量多且成本低的特點(diǎn)，一旦能夠增加其活性，提高其性能、水平，便具有很多可利用的價(jià)值和可應(yīng)用的領(lǐng)域。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，粉煤灰具有很大的利用空間，但首先需要對(duì)其進(jìn)行改性處理，即提高活性，以更好地應(yīng)用于有利的方面。而本次實(shí)驗(yàn)，表明對(duì)于低鈣的粉煤灰，需進(jìn)行充分濕磨后，添加適量的復(fù)合改性試劑及堿性激發(fā)劑，以大幅度提高活性和增強(qiáng)抗壓強(qiáng)度、聚合度。這樣，它能在更多的地方發(fā)揮自身的價(jià)值和效用，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域。所以粉煤灰的改性技術(shù)具有重要意義和實(shí)踐意義，它的應(yīng)用不僅減少環(huán)境污染，還幫助帶來(lái)額外的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]柯國(guó)軍,楊曉峰,彭紅,賈非,岳洪濤.化學(xué)激發(fā)粉煤灰活性機(jī)理研究進(jìn)展[J].煤炭學(xué)報(bào),2005(3).

[2]張金山,劉燁,王林敏.我國(guó)粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀[J].西部探礦工程,2008(9).