酸處理粉煤灰用作水泥混合材的實驗研究

　　我國是一個以煤為主要能源的國家，每年要消耗大量的煤并排放出大量的粉煤灰。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和對電力需求的進一步擴大，粉煤灰的排放量快速遞增；年排放量早已超過1億噸。但是粉煤灰的利用率一直低下，且利用方式和技術(shù)也比較落后，以建材資源化為主。巨量的粉煤灰造成了嚴重的環(huán)保壓力。沒有得到利用的大量粉煤灰，多是以灰漿形式排往灰?guī)於逊e存放，對當?shù)氐沫h(huán)境和社會安全造成相當大的影響；同時也是嚴重的資源浪費。這些濕排灰的活性低，只能用于回填路基等。 

　　我國的粉煤灰多是CaO含量低的F類，一般情況下，硅、鐵、鋁三種元素的氧化物占到了粉煤灰質(zhì)量的70%以上。硅含量高的粉煤灰具有良好的火山灰活性，適宜水泥混合材、混凝土摻合料方向的資源化利用，目前很大部分粉煤灰就是通過這種途徑處理的；而高鐵、鋁的粉煤灰，其火山灰活性相對較低，但卻具有提取鐵、鋁的潛在可能。粉煤灰中含有大量的鐵、鋁組分，是難得的鐵、鋁礦再生資源；從粉煤灰中低成本提取出鐵、鋁，可實現(xiàn)粉煤灰的再生資源礦利用，對于緩解我國鐵、鋁礦資源嚴重不足的現(xiàn)狀具有重要的意義。提取了鐵、鋁后的粉煤灰的性能如何變化，關(guān)系到這些粉煤灰的處置和利用方式，關(guān)系到這些粉煤灰是否會成為二次污染源。本文進行了利用鈦白廢酸提取鐵、鋁后的粉煤灰用作水泥混合材的實驗研究。 

　　1 實驗用材料與制備方法

　　1.1 原材料  

　　九龍干灰，取自重慶九龍電力公司灰?guī)欤悍坼仩t排放的粉煤灰，袋裝II級粉煤灰。主要化學成分見表1。  

　　九龍庫灰，取自重慶九龍電力公司灰?guī)?，煤粉鍋爐排放的粉煤灰，多年濕排陳灰。105±5℃烘干后備用；主要化學成分見表1。 

　　鈦灰，取自某鈦白粉公司自備電廠，循環(huán)流化床鍋爐排放的粉煤灰，濕排。105±5℃烘干后備用。主要化學成分見表1。 

　　藍天熟料，取自重慶藍天水泥廠，立窯水泥熟料，主要化學成分見表1。安定性合格。 

　　富皇熟料，取自重慶富皇水泥廠，旋窯水泥熟料，SO3含量0.60%。安定性合格。 

　　拉法基熟料，取自重慶拉法基水泥廠，旋窯水泥熟料，SO3含量0.50%。安定性合格。 

　　鈦白廢酸，取自某鈦白粉公司，含20% 硫酸，密度1250kg/m3。 

　　1.2 酸處理粉煤灰的制備 

　　將粉煤灰與20%濃度的鈦白廢酸按1kg灰：3L酸的比例混合，以少量的氟化物為助溶劑，在95-102℃條件下處理2小時后，過濾分離、洗滌。將洗凈后粉煤灰在105±5℃烘干即得酸處理粉煤灰；濾液可進一步加工成為聚合硫酸鋁鐵混凝劑，從而實現(xiàn)鈦白廢酸-粉煤灰的完全資源化利用。具體工藝流程見圖1。 

　　按上述方法分別制得處理庫灰和處理鈦灰兩種酸處理粉煤灰。其化學成分見表１ 

　　1.3 實驗用水泥的制備 

　　將粉煤灰與熟料按比例配料，加適量石膏調(diào)節(jié)水泥中的SO3在3.0-3.2%范圍內(nèi)。然后球磨機中磨至0.08ｍｍ篩余為２.0±１.0％。 

　　2 實驗方法 

　　按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》測試水泥的強度。 

　　參照GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》計算粉煤灰活性指數(shù)。 

　　3 實驗結(jié)果與分析  

　　3.1 酸處理粉煤灰用于立窯熟料 

　　用藍天水泥熟料與酸處理九龍庫灰按表2中的比例分別制得水泥，比較酸處理后粉煤灰不同摻量對立窯水泥的強度性能指標影響。見表2。 

　　實驗結(jié)果表明，對于立窯水泥熟料，摻10%、20%和25%酸處理粉煤灰的水泥均具有比較良好的活性，活性指數(shù)分別達到102％、89％和87％。其中摻10%酸處理粉煤灰水泥的3d、28d的抗折、抗壓強度全面超過硅酸鹽水泥，這說明酸處理后粉煤灰具有非常良好的火山灰活性。  

　　 3.2 酸處理粉煤灰用于旋窯熟料 

　　選用富皇旋窯水泥熟料，按表3中的比例制得實驗用水泥，比較酸處理粉煤灰與九龍干灰對旋窯水泥強度性能指標的影響。實驗結(jié)果見表3。 

　　實驗結(jié)果表明，對于旋窯水泥熟料，酸處理粉煤灰同樣具有良好的活性。摻10%、15%酸處理粉煤灰水泥的活性指數(shù)分別達到了105％和92％；而摻10%、20%九龍干灰的水泥活性指數(shù)分別為96％和82％。摻10%酸處理粉煤灰水泥的3d、28d強度全面超過硅酸鹽水泥；而摻10%九龍干灰水泥的3d、28d抗壓強度均低于硅酸鹽水泥的3d、28d抗壓強度。與九龍干灰的對比說明，說明酸處理粉煤灰具有良好的活性。 

　　3.3 不同種類的酸處理粉煤灰對水泥強度的影響 

　　采用拉法基水泥旋窯水泥熟料制得實驗用水泥，比較了酸處理庫灰和酸處理鈦灰這兩種不同粉煤灰對水泥的強度性能指標的影響，見表4。 

　　實驗結(jié)果表明：1、兩種經(jīng)過酸處理后的粉煤灰在10%摻量時的活性指數(shù)均超過100％，說明酸處理可以使粉煤灰具有良好的活性；2、酸處理庫灰明顯優(yōu)于酸處理鈦灰，這說明粉煤灰的來源、質(zhì)量對酸處理粉煤灰的活性具有很大的影響。  

　　3.4 分析 

　　表2、表3和表4的實驗數(shù)據(jù)表明，酸處理粉煤灰具有良好的火山灰活性，摻入酸處理粉煤灰的水泥的強度甚至可以高于硅酸鹽水泥的強度；酸處理粉煤灰在10%摻量具有最高的活性指數(shù)。酸處理后粉煤灰火山灰活性的提高主要是因為：１、在酸處理粉煤灰的過程中，粉煤灰中的部分鐵、鋁溶出（見表1），提高了粉煤灰中活性硅的比例；２、粉煤灰中鐵、鋁的溶出也形成大量的新表面，提高了粉煤灰的比表面積。比較粉煤灰經(jīng)過酸處理前后的形貌（圖2-5），我們可以發(fā)現(xiàn)酸處理后的鈦灰中出現(xiàn)了大量的蜂窩狀顆粒；而酸處理后庫灰顆粒表面嚴重粗糙，且有明顯的因溶蝕而出現(xiàn)的孔洞。