脫硝粉煤灰的氧化除氨試驗研究

李科，蔡林虎，徐達軍

（1. 江陰市會德商品混凝土有限公司，江蘇 江陰 214400；2. 江蘇恒大高性能材料有限公司，江蘇 常州 213000）

0 前言

隨著我國經濟的飛速發展，環境問題日益突出，已受到社會各界的廣泛關注。為降低 NOx氣體的排放，燃煤電廠的脫硝改造工程紛紛上馬[1-3]。隨著脫硝政策的強制推進，未來的粉煤灰將全部是脫硝粉煤灰。

由于不同燃煤電廠的 SCR 脫硝工藝不盡相同，一些脫硝方式會導致粉煤灰中殘留較多的銨鹽，此外設備故障導致的反應釜氨逃逸時有發生，逃逸的氨吸附于粉煤灰顆粒，導致粉煤灰中的氨含量大幅度提升[4-6]。相關研究表明，氨含量在 0.5% 以內（以 N 元素計）是其安全范圍，超出這一限值，脫硝粉煤灰應用于混凝土中時，在堿性條件下，氨氣會從混凝土中逸出，使硬化混凝土中留下較多的氣泡，嚴重影響混凝土的力學性能，且對居住環境產生嚴重影響[7,8]。近年來因使用脫硝粉煤灰導致水泥混凝土在拌和時出現異常氣味、體積膨脹和強度下降的事故時有發生。除了氨含量超標的問題外，由于 NH4HSO4的影響，小顆粒粉煤灰會發生吸附，導致粉煤灰顆粒變粗，比表面積由約 400m2/kg 降至 300m2/kg左右[4]。

本文采用二氧化錳作為催化劑，與脫硝粉煤灰共同粉磨，過氧化氫以助磨劑的形式添加，粉磨過程中，過氧化氫與氧氣將固化在脫硝粉煤灰中的銨氧化成氮氣和水，從粉煤灰中逸出，不再對混凝土力學性能產生不利影響，且不會再向空氣中釋放有害氣體，粉磨過程同時降低了粉煤灰的粒度，使脫硝粉煤灰的各項物理化學性能得到提升。

1 試驗

1.1 試驗原料

（1）水泥：鶴林 P·O42.5 水泥，標準稠度用水量為 28.5%，28d 抗壓強度 54.3MPa。

（2）粉煤灰 1：國華Ⅰ級灰，28d 活性指數 75%。

（3）粉煤灰 2：華能脫硝粉煤灰，28d 活性指數45%，粉煤灰中具有氨味。

（4）雙氧水：濟南清岸，工業級，濃度 27.5%。

（5）二氧化錳：偉鑫錳業，工業級，純度 99%。

普通粉煤灰和脫硝粉煤灰的化學成分見表1，物理化學性能指標見表2。

表1 普通粉煤灰和脫硝粉煤灰的化學成分 %

表2 普通粉煤灰和脫硝粉煤灰的性能指標 %

1.2 試驗方法

采用Φ500×500mm 試驗磨機粉磨脫硝粉煤灰，粉磨時雙氧水與二氧化錳和脫硝粉煤灰同時入磨，粉磨時間從 10min 到 30min。參照 GB 18588—2001《混凝土外加劑中釋放氨的限量》檢測粉煤灰氮含量；參照 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，檢測粉煤灰的細度、需水量比、活性指數等基本性能；參照GB/T 8074—2008《水泥比表面積測定方法勃氏法》檢測粉煤灰的比表面積。

2 試驗結果與討論

2.1 雙氧水用量對脫硝粉煤灰除氨的影響

對比表1中普通粉煤灰和脫硝粉煤灰的化學成分，兩者除 N 含量以外，其他化學成分無明顯差異，而兩種粉煤灰的主要物理化學性能指標存在著明顯的差異，由于脫硫粉煤灰中的氨在堿性條件下逸出，導致粉煤灰活性指數大幅度降低，而銨鹽的存在也使得脫硝粉煤灰的其他性能亦低于普通粉煤灰。

初次試驗時，設定二氧化錳用量為粉煤灰質量的0.1%，粉磨時間為 30min，以保證氧化反應的充分進行，調整雙氧水的用量，試驗結果如表3及圖1所示。

表3 雙氧水用量對脫硝粉煤灰除氨的影響

圖1 雙氧水用量對脫硝粉煤灰除氨的影響

試驗結果表明，隨著雙氧水用量的增加，粉煤灰中的 N 含量顯著下降，30min 的粉磨使得粉煤灰的粒度大幅度降低，粉煤灰的需水量比及活性指數都得到了明顯改善，當雙氧水用量提升至 0.5% 以后（此時 N 含量為0.5%），粉煤灰物理化學性能提升的幅度減緩，當雙氧水用量提升至 0.7% 以后（此時 N 含量為 0.41%），粉煤灰的物理化學性能不再提升，此試驗結果表明 N 含量在 0.5% 以內，脫硝粉煤灰中的氨不會對粉煤灰的物理化學性能產生不利影響。

2.2 粉磨時間對脫硝粉煤灰除氨的影響

由于雙氧水的用量提升至 0.7% 以后，粉煤灰的物理化學性能不再提升，因此此次試驗中，將雙氧水的用量設定為粉煤灰質量的 0.7%，二氧化錳用量為 0.1%，調整粉磨時間。試驗結果如表4及圖2所示。

表4 粉磨時間對脫硝粉煤灰除氨的影響

圖2 粉磨時間對脫硝粉煤灰除氨的影響

結果表明，隨著粉磨時間的延長，粉煤灰的比表面積逐漸提升，氨含量和粉煤灰粒度的降低使得粉煤灰的活性指數明顯提升，試驗數據顯示，粉磨時間在10～15min 已足以保證脫硝粉煤灰的氧化除氨的效果，粉磨時間超過 15min 會導致粒度過小而使得需水量比明顯提升，對砂漿和混凝土的工作性能產生不利影響。

2.3 二氧化錳用量對脫硝粉煤灰除氨的影響

相對于粉煤灰等工業廢渣而言，二氧化錳是一種價格較高的化工產品，因此在其用量會對脫硝粉煤灰的處理成本產生較大影響。試驗結果表明，雙氧水用量為粉煤灰質量的 0.7%，粉磨時間為 15min 已足以保證脫硝粉煤灰的除氨效果，此次試驗調整二氧化錳的用量，降低脫硝粉煤灰的處理成本，試驗結果見表5及圖3。

試驗結果表明，二氧化錳的用量為粉煤灰質量的0.03% 即可以達到脫硝粉煤灰除氨的效果，由于二氧化錳是氨發生氧化反應的催化劑，在反應前后二氧化錳的質量并不會發生改變，二氧化錳的用量僅會影響氧化反應的時間，而不會影響氧化反應的結果，在雙氧水用量為 0.7%，粉磨時間為 15min 時，二氧化錳用量為0.03% 已足以保證脫硝粉煤灰除氨的效果，使得脫硝粉煤灰的物理化學性能大幅度提升，與普通粉煤灰（國華Ⅰ級灰）沒有明顯差異。

表5 MnO2 用量對脫硝粉煤灰除氨的影響

圖3 MnO2 用量對脫硝粉煤灰除氨的影響

3 結論

（1）采用二氧化錳作為催化劑，在粉磨過程中，利用過氧化氫與氧氣將固化在脫硝粉煤灰中的氨氧化成氮氣和水，從粉煤灰中逸出，可使脫硝粉煤灰的各項物理化學性能得到提升。

（2）雙氧水用量為粉煤灰質量的 0.7%，二氧化錳用量為 0.03%，粉磨時間為 15min 時，可將脫硝粉煤灰的性能提升至與普通粉煤灰（國華Ⅰ級灰）相同的水平。