粉煤灰專用助磨劑的開發(fā)

　　1.什么是粉煤灰

　　從火力發(fā)電廠燃煤鍋爐煙道中收捕下來的粉狀煙道灰，稱之為粉煤灰。粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢棄物。

　　煤粉在爐膛中呈懸浮狀態(tài)燃燒，燃煤中的絕大部分可燃物都能在爐內(nèi)燒盡，而煤粉中的不燃物（主要為灰分）大量混雜在高溫?zé)煔庵?。這些不燃物因受到高溫作用而部分熔融，同時(shí)由于其表面張力的作用，形成大量細(xì)小的球形顆粒。在鍋爐尾部引風(fēng)機(jī)的抽氣作用下，含有大量灰分的煙氣流向爐尾。隨著煙氣溫度的降低，一部分熔融的細(xì)粒因受到一定程度的急冷作用而呈玻璃體狀態(tài)，從而具有較高的潛在活性。在引風(fēng)機(jī)將煙氣排入大氣之前，上述這些細(xì)小的球形顆粒，經(jīng)過除塵器，被分離、收集，即為粉煤灰。

　　粉煤灰是我國當(dāng)前排放量較大的工業(yè)廢渣之一。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣，若排入水系會(huì)造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會(huì)對(duì)人體和生物造成危害。因此，粉煤灰的處理和利用問題引起人們的廣泛關(guān)注。

　　煤在鍋爐中燃燒后，有兩種形狀的固態(tài)殘留物———灰和渣。隨著鍋爐煙氣從煙道尾部排出的，主要是經(jīng)沉降室或除塵器收集下來的固體顆粒，簡(jiǎn)稱煙灰或飛灰（即粉煤灰）；顆粒較大或呈塊狀的，是從爐膛底部收集出來的，簡(jiǎn)稱爐渣（即爐底渣）。我們平常講的粉煤灰綜合利用，就包括飛灰和爐底渣兩個(gè)部分。

　　根據(jù)電廠燃煤質(zhì)量和品種的不同，排放收集的粉煤灰有低鈣粉煤灰和高鈣粉煤灰之分。按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡氧化鈣含量大于8%或游離氧化鈣含量大于1%的粉煤灰稱為高鈣粉煤灰。故一般情況下，高鈣灰和低鈣灰都是以測(cè)定粉煤灰中氧化鈣含量和游離氧化鈣含量的數(shù)值來區(qū)分的。通常，高鈣粉煤灰的顏色偏黃，低鈣粉煤灰的顏色偏灰。

　　隨著人們對(duì)粉煤灰開發(fā)利用的不斷深入，粉煤灰綜合利用途徑日趨廣泛。目前，粉煤灰可應(yīng)用于水泥工業(yè)生產(chǎn)以及混凝土與砂漿、墻體材料、筑路、回填等工程領(lǐng)域。粉煤灰是一種不可多得的再生資源的新觀念，已經(jīng)形成。

　　粉煤灰與礦渣一樣，屬于量大面廣的工業(yè)固體廢棄物之一。由于它的活性不如礦渣高，因此總體的利用率不如礦渣好。通常，電廠采用兩種方式存放粉煤灰。其一為干法，收塵器將粉煤灰回收后自動(dòng)分級(jí)（或不分級(jí)），然后分別存放在庫內(nèi)。其二為濕法，將收塵器回收的粉煤灰，通過管道用水將粉煤灰（包括部分渣）沖到一個(gè)指定的大型沉淀池中。

　　目前，發(fā)電機(jī)組較大或自動(dòng)化程度較高的電廠多數(shù)采用干法存放粉煤灰。由于這種方法儲(chǔ)存的粉煤灰活性較好，其利用率幾乎達(dá)到100%（甚至供不應(yīng)求），主要用于混凝土和水泥制品工程，以及用作粉煤灰水泥的混合材。而多數(shù)中小電廠則采用濕法儲(chǔ)存。采用濕法儲(chǔ)存時(shí)，由于粉煤灰不分級(jí)且長期泡于水中，其活性很低，因此利用率也低。如何激發(fā)這部分粉煤灰的活性，使它也能大規(guī)模應(yīng)用，是目前粉煤灰開發(fā)利用的重要研究課題。而摻助磨劑利用機(jī)械力活化粉煤灰，正是一種快捷而經(jīng)濟(jì)的方法。

　　2.粉煤灰專用助磨劑研制

　　粉煤灰專用助磨劑的開發(fā)是一個(gè)新的課題。根據(jù)助磨劑的作用機(jī)理，研究人員選擇不同的物質(zhì)組成和不同的生產(chǎn)工藝，經(jīng)過多次試驗(yàn)研究后，開發(fā)粉煤灰專用助磨劑的工作逐步走上正軌。首先，研究人員認(rèn)識(shí)到：助磨劑的物質(zhì)組成必須是偶極矩大的極性物質(zhì)或強(qiáng)力的表面活性劑，極性物質(zhì)屏蔽效應(yīng)強(qiáng)，各種不同的吸附劑在顆粒表面上具有不同的吸附機(jī)理，將多種表面活性劑分別通過試驗(yàn)，有條件地組合在一起，能夠增強(qiáng)在顆粒表面的吸附作用，改善助磨效果。其次，根據(jù)當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)情況，即混合粉磨粉煤灰水泥的企業(yè)較多，在生產(chǎn)粉煤灰水泥時(shí)，由于其中各種成分在磨內(nèi)所要求的助磨機(jī)理各不相同，因此要找出各自的作用機(jī)理，確定最佳組合，在磨內(nèi)要求幾種物質(zhì)結(jié)合在一起復(fù)配成多功能復(fù)合助磨劑，以增強(qiáng)其對(duì)粉煤灰水泥的適應(yīng)性。

　　由于粉煤灰專用助磨劑屬于多功能復(fù)合助磨劑，因此在助磨劑原材料的選取上，要考慮其與普通助磨劑的不同之處。其一，要采用碳酸鈣物質(zhì)完善調(diào)整水泥石的化學(xué)組成，提高粉煤灰在水化過程中所消耗的大量放熱反應(yīng)。其二，要采用不同的化學(xué)物質(zhì)，并通過多種試驗(yàn)來補(bǔ)充激發(fā)粉煤灰的潛在活性，與多種離子表面活性劑復(fù)合成粉煤灰專用助磨劑。其三，要采用多種分散劑、外加劑與粉煤灰進(jìn)行復(fù)合試驗(yàn)及研究，針對(duì)不同的水泥粉磨物料、顆粒組成等工藝條件，在粉磨過程中使用不同的粉煤灰專用粉磨劑。此外，還要保證研發(fā)出的粉煤灰專用助磨劑達(dá)到國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求。

　　粉煤灰專用助磨劑有別于普通助磨劑，它可以用于活化粉煤灰的單獨(dú)粉磨，也可以用于生產(chǎn)粉煤灰水泥的混合粉磨。摻加粉煤灰專用助磨劑之后，一般可以使粉煤灰水泥產(chǎn)品的強(qiáng)度提高4～8MPa（特別是早期強(qiáng)度）。如使用相同質(zhì)量的水泥熟料，可較大幅度地提高粉煤灰在水泥中的摻加量。當(dāng)活化后的粉煤灰用作水泥混合材時(shí)，粉煤灰摻量可達(dá)到30%～50％。在不增加廠房設(shè)備投資的情況下，使用粉煤灰專用助磨劑可提高球磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量20%～40%，節(jié)省水泥生產(chǎn)粉磨電耗8～15kWh/t，其經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益都十分可觀。