改性粉煤灰在煤泥水中的应用

(安徽理工大学材料科学与工程学院 安徽 淮南 232001)

引言

随着我国电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加[1]，造成大量土地和资金浪费。此外，粉煤灰中携带的有害物质，也对人体健康造成危害。利用粉煤灰来改良土壤和生产粉煤灰复合肥等[2-3]。利用酸碱混合法从粉煤灰中提取氧化铝并改进粉煤灰，使其中的氧化铝和氧化硅分离，进而用于煤泥水处理，为煤泥水处理提供一定的依据[4-5]

一、试样的性质

(一)试样的化学性质

粉煤灰主要氧化物包括SiO2,Al2O3,FeO,FeO3,CaO等.其中氧化硅和氧化铝主要来自高岭土、伊利石等粘土矿，氧化钙主要来自碳酸盐、硫酸盐等。煤的产地，燃烧方式也会造成粉煤灰具有不同的化学成分[6-8]。

(二)试样的物理性质

粉煤灰中的矿物是煤粉颗粒中所含矿物经分解、高温烧结、熔融、冷却等过程形成的，当冷却速度较慢时，容易析出成晶体，反之当冷却速度较快，粉煤灰中玻璃体含量较多，因此从矿物组成上粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物。

粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，本身没有水硬胶凝性能，但以粉状及水存在时，能在常温，特别是水热处理(蒸汽养护)条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。

二、试样的改进与试验

(一)试样的制备

药剂：37%质量分数的盐酸，无水碳酸钠，聚丙烯酰胺。

(1)取粉煤灰100g与5g的无水碳酸钠混合，置于马弗炉中，在800oC下保持2h后使其自然冷却。经烧结反应后的粉煤灰呈黄灰色。

(2)将4mol/L的盐酸加入到已经冷却的粉煤灰中，控制在水浴锅中将温度调整在100oC搅拌洗涤后保持2h。

采用碳酸钠为活化剂，高温活化后对粉煤灰酸浸处理实现硅铝分离。实验室所用盐酸质量分数为37%，进行计算后将其以1:2的盐酸和水的比例进行稀释，得到4mol/L的盐酸。将聚丙烯酰胺与先前改性过的粉煤灰进行杂化。分别取1g,2g,3g的聚丙烯酰胺和10g改性粉煤灰组成复合絮凝剂

(二)试验方案

利用上述改性后的粉煤灰—聚丙烯酰胺复合絮凝剂进行煤泥水沉降实验。

称取煤样16g，倒入200mL的烧杯里，注入100mL清水将其润湿，搅拌，直至煤样全部润湿并分散在水中。进行单因素实验，分别探究不同絮凝剂，投放量对沉降效果的影响。

三、试验结果与分析

(一)不同絮凝剂对沉降实验的影响

分别取改性粉煤灰，1:10改性粉煤灰—聚丙烯酰胺复合絮凝剂各1g，0.1g聚丙烯酰胺加入到200mL煤泥水中，搅拌5min，沉降30min。沉降完成之后取上清液100mL，测量其悬浮物质及透光率。

经试验后发现絮凝剂的作用效果为FCA+PAM>PAM>FCA>自由沉降。经过杂化絮凝剂的处理之后，其上清液悬浮物质的质量为0.0656g,透光率可以达到65.6%。利用粉煤灰单独作为絮凝剂处理煤泥水时，由于在煤泥水中与水中煤粒子的电荷产生相互排斥，就无法对其进行吸附沉降，效果不好。当使用FCA+PAM对煤泥水处理时，杂化絮凝剂中的聚丙烯酰胺与煤泥水中的粒子形成电桥，与煤泥水的电荷发生中和作用，由此对煤泥水中的粒子进行吸附絮凝作用。

图1 四种絮凝剂的透光率对比

图2 不同絮凝剂对煤泥水上清液悬浮物的影响

(二)试样用量对沉降效果的影响

取杂化比例2：10的粉煤灰—聚丙烯酰胺复合絮凝剂各0.3g,0.5g,1g,2g,2.5g,3g,4g投放入200mL煤泥水中，搅拌5min，沉降30min后取100mL上清液测定悬浮物质及透光率。

经试验后发现当投放量为2g时，处理后的上清液悬浮物质只有0.0442g，透光率为78.2%。此时的处理效果最佳。当投放量过小时，絮凝剂中Fe,Al成分迅速水解形成的羟基产物能降低胶体的表面电位，进一步降低胶体间的表面斥力。

通过实验得出粉煤灰杂化聚丙烯酰胺絮凝剂处理煤泥水的效果优于改性粉煤灰、聚丙烯酰胺。

四、结语

(1)粉煤灰含有多孔玻璃体、多孔炭粒，呈多孔性蜂窝状组织，比表面积较大，还具有活性基团，吸附活性高，因此粉煤灰处理废水的机理主要有物理吸附和化学吸附。

(2)改性后的粉煤灰与絮凝剂聚丙烯酰胺杂化后，会具有更好的效果。这是因为聚丙烯酰胺本身作为一种高分子絮凝剂，可以跟煤泥水中的粒子之间形成电桥，再加上粉煤灰对煤粒的吸附絮凝作用，起到了双管齐下的效果。