粉煤灰改性實驗研究與意義

姜保曉 董 澄

中交一航局第一工程有限公司

粉煤灰改性實驗研究與意義

姜保曉 董 澄

中交一航局第一工程有限公司

目前，我國對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，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，并充分發(fā)揮它的可用之處。而這些的前提是對粉煤灰進行科學的改性處理，包括物理處理和化學反應，以提高其活性和塑造性，增強其吸附性、抗壓強度、聚合度等等，以應用于不同領域，實現(xiàn)更高的利用效率。文章將對粉煤灰的改性實驗進行研究說明。

粉煤灰；復合改性；實驗研究；應用

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對環(huán)境造成嚴重污染，尤其是對于空氣的質(zhì)量產(chǎn)生影響。隨著科學技術的進步，人們環(huán)保意識的增加，我國對于粉煤灰的處理問題的關注度越來越高。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，并充分發(fā)揮它的可用之處。普通的粉煤灰要應用在工程上，由于高溫作用，表面活性基團少，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)，可提高水泥的標號；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；對于橡膠，可作為補強劑，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涂料的導電填料，導電性良好；也可以用于工業(yè)上的生產(chǎn)制造，制備著色顏料、制備超細纖維、微晶玻璃。

2 濕磨復合改性實驗

表面改性技術定義是：采用一定的方法對顆粒表面進行改性、修飾及加工有目的的改變顆粒表面物理、化學性質(zhì)，以滿足需要的一門技術。表面改性技術可大概分為11類：機械磨細改性、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。本文采用機械磨細改性方法和堿改性兩種方式進行，對改性后的粉煤灰的聚合度、抗壓強度等研究。

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)量分數(shù)之和達80%左右，而一氧化鈣含量較低，其質(zhì)量分數(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，以供進行實驗。

2.2 試驗方法

為了提高粉煤灰的活性，對其進行物理破壞，破壞其堅硬外殼和物理形態(tài)。即采用濕磨試驗。此外，還應當及時進行化學處理，因為雖然粉煤灰的玻璃體顆粒外殼結(jié)構致密且穩(wěn)定，但內(nèi)部結(jié)構相對松散，在堿激發(fā)劑的作用下，可以改變其內(nèi)部結(jié)構，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。具體試驗方法和內(nèi)容如下：

（1）濕磨試驗。取適量的粉煤灰，并加入相應適量的水，之后，在球磨機進行研磨，大約一個小時后取出，烘干并結(jié)塊后再次進行粉磨，使結(jié)塊散開。濕磨需要技術保證和充分研磨，且時間控制得當。

（2）復合改性試驗。對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，以設置對照實驗。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，添加至改性試驗后的粉煤灰，并制備成為長方體試件，進行觀察和抗壓強度測試。

2.3 結(jié)果與分析

通過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。在第二步的復合改性后，玻璃微珠更是消失不見。表明充分粉磨加上復合改性試劑的作用，破壞了粉煤灰的表面結(jié)構和內(nèi)部結(jié)構，有利于提高粉煤灰的活性。根據(jù)測試3d和28d下的抗壓強度，發(fā)現(xiàn)濕磨后，強度有所增大，而實施方案一和方案三后，相比于方案二，強度大幅度增加。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)生了化學反應，形成高聚合度的硅四配位結(jié)構。說明此次實驗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度。

3 改性粉煤灰的應用

大量含毒含害的粉煤灰不經(jīng)處理直接排放，不僅嚴重污染大氣、河流等，產(chǎn)生環(huán)境污染問題。還可能影響人們的呼吸問題、飲食問題及身體健康。同時，直接排放也造成一定程度上的浪費，因為，粉煤灰本身具有來源廣、成本低的特點，能夠具有較強吸附性能、抗壓性能等，便同時具有了很大的利用價值。通過一定的改性處理后，粉煤灰具有較高的催化活性劑吸附性能，在處理工業(yè)廢水領域，尤其是難降解的廢水，有很大的利用空間，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益的以廢治廢。一些改性粉煤灰可應用于對于廢水的濕法煙氣脫硫處理，減青廢水對河流、空氣等環(huán)境的影響。使用改性粉煤灰對膨脹土進行改性，使其發(fā)生物理化學反應，改變其物理力學性質(zhì)，而粉煤灰可降低成本，又可以解決粉煤灰作為廢棄物。總之，出于粉煤灰的量多且成本低的特點，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值和可應用的領域。

4 結(jié)束語

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

[1]柯國軍,楊曉峰,彭紅,賈非,岳洪濤.化學激發(fā)粉煤灰活性機理研究進展[J].煤炭學報,2005(3).

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