粉煤灰改性实验研究与意义

姜保晓 董 澄

中交一航局第一工程有限公司

粉煤灰改性实验研究与意义

姜保晓 董 澄

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目前，我国对于粉煤灰变废为宝的效率还比较低，利用率不高，利用水平较低。同时，由于粉煤灰自身活性低，还含有害有毒物质。所以，想要绿色处理粉煤灰，就得有效利用它的特点，并充分发挥它的可用之处。而这些的前提是对粉煤灰进行科学的改性处理，包括物理处理和化学反应，以提高其活性和塑造性，增强其吸附性、抗压强度、聚合度等等，以应用于不同领域，实现更高的利用效率。文章将对粉煤灰的改性实验进行研究说明。

粉煤灰；复合改性；实验研究；应用

1 粉煤灰改性研究的意义

粉煤灰，是燃煤电厂固体排放物中的主要成分，它是以一定细度的煤粉在锅炉中燃烧（1100-1500℃）后，由除尘器收集到的粉状物质，又称“飞灰”。粉煤灰一般排放量很大，而且如果不加以处理还会对环境造成严重污染，尤其是对于空气的质量产生影响。随着科学技术的进步，人们环保意识的增加，我国对于粉煤灰的处理问题的关注度越来越高。由于粉煤灰自身活性低，还含有害有毒物质,所以想要绿色处理粉煤灰，就得有效利用它的特点，并充分发挥它的可用之处。普通的粉煤灰要应用在工程上，由于高温作用，表面活性基团少，与聚合物分子很难产生可观的附着力；外表光滑，表面封闭，因而比表面积小，吸附除污能力弱，白度低，对于橡胶、塑料行业作用受限制。而改性后的粉煤灰，用于建材制品及混凝土的生产，可提高水泥的标号；可用于水处理，染料废水、含酚废水、重金属离子水、含氮、磷废水；对于橡胶，可作为补强剂，可起到体轻、耐磨、隔热、阻燃的作用；作为沥青的填充料可制得固体沥青。改性后的粉煤灰体可以作为电磁防护涂料的导电填料，导电性良好；也可以用于工业上的生产制造，制备着色颜料、制备超细纤维、微晶玻璃。

2 湿磨复合改性实验

表面改性技术定义是：采用一定的方法对颗粒表面进行改性、修饰及加工有目的的改变颗粒表面物理、化学性质，以满足需要的一门技术。表面改性技术可大概分为11类：机械磨细改性、高温焙烧改性、微波改性、超声波改性、水热合成改性、酸改性、碱改性、盐改性、偶联剂改性、表面活性剂改性、表面包覆改性。本文采用机械磨细改性方法和碱改性两种方式进行，对改性后的粉煤灰的聚合度、抗压强度等研究。

2.1 原材料

原材料为从河北某燃煤电厂收集的二级粉煤灰，它的主要成分包含二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁等，其中二氧化硅和三氧化二铝的质量分数之和达80%左右，而一氧化钙含量较低，其质量分数仅占5.35%。此外，选择其密度在每立方厘米2.05克左右，且比表面积在每千克350平方米左右，以供进行实验。

2.2 试验方法

为了提高粉煤灰的活性，对其进行物理破坏，破坏其坚硬外壳和物理形态。即采用湿磨试验。此外，还应当及时进行化学处理，因为虽然粉煤灰的玻璃体颗粒外壳结构致密且稳定，但内部结构相对松散，在碱激发剂的作用下，可以改变其内部结构，破坏其稳定性和激发活性。即添加改性试剂，可添加不同的试剂或多种试剂，并伴随一定的粉磨。具体试验方法和内容如下：

（1）湿磨试验。取适量的粉煤灰，并加入相应适量的水，之后，在球磨机进行研磨，大约一个小时后取出，烘干并结块后再次进行粉磨，使结块散开。湿磨需要技术保证和充分研磨，且时间控制得当。

（2）复合改性试验。对于充分粉磨后的粉煤灰，适量选取并分为三部分。采取三组方案，以设置对照实验。方案一是氢氧化钠与粉煤灰以一比六的质量比混合试剂，方案二采用氧化钙与粉煤灰一比三的质量比混合试剂，方案三采用氢氧化钠、氧化钙、粉煤灰以一比二比六的质量比混合试剂。将模数为1的水玻璃作为碱激发剂，添加至改性试验后的粉煤灰，并制备成为长方体试件，进行观察和抗压强度测试。

2.3 结果与分析

通过电镜扫描和核磁共振检查，可知在第一步湿磨后，粉煤灰的内部结构发生很大变化，玻璃微珠基本消失，但直径甚小至10μm的玻璃微珠还未破碎。在第二步的复合改性后，玻璃微珠更是消失不见。表明充分粉磨加上复合改性试剂的作用，破坏了粉煤灰的表面结构和内部结构，有利于提高粉煤灰的活性。根据测试3d和28d下的抗压强度，发现湿磨后，强度有所增大，而实施方案一和方案三后，相比于方案二，强度大幅度增加。不难得出是碱性试剂在起改性作用。而粉煤灰中的单体硅，也受到碱激发剂的作用，发生了化学反应，形成高聚合度的硅四配位结构。说明此次实验不仅大大增加了粉煤灰的活性，还一定程度上提高了粉煤灰的聚合度和抗压强度。

3 改性粉煤灰的应用

大量含毒含害的粉煤灰不经处理直接排放，不仅严重污染大气、河流等，产生环境污染问题。还可能影响人们的呼吸问题、饮食问题及身体健康。同时，直接排放也造成一定程度上的浪费，因为，粉煤灰本身具有来源广、成本低的特点，能够具有较强吸附性能、抗压性能等，便同时具有了很大的利用价值。通过一定的改性处理后，粉煤灰具有较高的催化活性剂吸附性能，在处理工业废水领域，尤其是难降解的废水，有很大的利用空间，可实现经济效益的以废治废。一些改性粉煤灰可应用于对于废水的湿法烟气脱硫处理，减青废水对河流、空气等环境的影响。使用改性粉煤灰对膨胀土进行改性，使其发生物理化学反应，改变其物理力学性质，而粉煤灰可降低成本，又可以解决粉煤灰作为废弃物。总之，出于粉煤灰的量多且成本低的特点，一旦能够增加其活性，提高其性能、水平，便具有很多可利用的价值和可应用的领域。

4 结束语

综上所述，粉煤灰具有很大的利用空间，但首先需要对其进行改性处理，即提高活性，以更好地应用于有利的方面。而本次实验，表明对于低钙的粉煤灰，需进行充分湿磨后，添加适量的复合改性试剂及碱性激发剂，以大幅度提高活性和增强抗压强度、聚合度。这样，它能在更多的地方发挥自身的价值和效用，如工业、农业、环保等领域。所以粉煤灰的改性技术具有重要意义和实践意义，它的应用不仅减少环境污染，还帮助带来额外的经济效益。

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