|
|
本文由 马后炮化工论坛 转载自互联网
，？ x 0 引言 随着电力工业的迅速发展，粉煤灰的排放量急剧增加，年排放量已接近2亿t，而被利用的粉煤灰仅占排放粉煤灰量的25%～30%，造成粉煤灰的大量堆积。未被利用粉煤灰的堆放不仅占用大量土地，而且严重污染环境。 大量粉煤灰未被利用是由于粉煤灰的活性低，因此要提高粉煤灰的利用率，必须提高粉煤灰的活性。笔者较系统地进行了提高粉煤灰活性的不同方法研究，试图寻找一种简易可行的活化方法，以拓宽粉煤灰的利用途径。 1 提高粉煤灰活性的方法 1.1 磨细粉煤灰 粉煤灰越细，需水量越小，火山灰反应能力越好。我们以江油火电厂排出的粉煤灰为原料，通过粉磨研究粉煤灰细度对活性的影响，结果见表1。 表1 粉煤灰细度对其活性的影响 试样粉煤灰细度/%粉煤灰掺量/%熟料掺量/%石膏掺量/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d未掺 95532.856.45.48.2未磨20.42075516.436.33.06.0磨细9.12075520.640.13.56.5磨细6.72075522.243.83.86.9磨细3.42075524.946.44.17.2磨细1.12075527.149.64.57.5注：未掺粉煤灰的水泥细度为4900孔筛筛余5.4%。 表1数据表明，粉煤灰细度不同，活性有较大差异，这说明粉磨粉煤灰可提高其活性。 1.2 化学物质活化 利用化学物质活化粉煤灰，可采用： 1)碱性物质：NaOH、Ca(OH)2、水泥熟料等； 2)碱金属盐：Na2CO3、Na2O·nSiO2等； 3)硫酸盐：Na2SO4、CaSO4等； 4)Φ-2激发剂：其组成见表2。 表2 Φ-2激发剂化学组成 % SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3SO3R2OLoss18.4518.7339.680.320.5413.244.544.21 表3～6分别列出了添加Na2SO4、Na2CO3、Na2O·nSiO2和Φ-2激发剂对粉煤灰活性的影响。 表3 Na2SO4掺量对粉煤灰活性的影响 试样水泥配比/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa熟料粉煤灰Na2SO4石膏3d28d3d28d1-1 1-2 1-35541 40 391 2 33 3 313.5 15.4 17.333.2 35.1 37.43.4 3.7 4.06.3 6.6 6.82-1 2-2 2-36531 30 291 2 33 3 318.4 20.5 22.438.3 40.6 42.74.0 4.3 4.66.9 7.2 7.4 注：水泥熟料28d抗压强度56.4MPa，水泥细度0.08mm方孔筛筛余5.2%，以下同。 表4 Na2CO3掺量对粉煤灰活性的影响 试样水泥配比/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa熟料粉煤灰Na2CO3石膏3d28d3d28d1-1 1-2 1-35541 40 391 2 33 3 314.6 16.8 18.234.3 36.6 38.13.6 3.9 4.16.5 6.8 7.02-1 2-2 2-36531 30 291 2 33 3 319.5 22.4 25.339.3 42.4 45.24.2 4.5 4.77.1 7.4 7.6 表5 Na2O·nSiO2掺量对粉煤灰活性的影响 试样水泥配比/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa熟料粉煤灰Na2SiO3石膏3d28d3d28d1-1 1-2 1-35046 44 421 3 53 3 313.2 16.7 19.932.4 36.5 39.83.5 3.9 4.36.4 6.8 7.22-1 2-2 2-36036 34 321 3 53 3 316.8 21.9 24.936.6 41.8 44.73.9 4.4 4.76.8 7.3 7.6 注：Na2O·nSiO2模数n=1.5。 表6Φ-2激发剂掺量对粉煤灰活性的影响 试样水泥配比/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa熟料粉煤灰Φ-2石膏3d28d3d28d1-1 1-2 1-35045 43 412 4 63 3 315.7 19.2 22.134.1 39.4 42.63.8 4.2 4.56.8 7.3 7.62-1 2-2 2-35540 38 362 4 63 3 320.2 23.1 26.840.2 43.3 46.14.3 4.6 4.97.4 7.7 8.0 表3～6数据表明，Na2SO4、Na2CO3活化粉煤灰效果欠佳，且带入水泥中的碱量(按Na2O计)约为1.0%～1.4%；模数为1.5的Na2O·nSiO2活化粉煤灰效果较好，但模数为1.5的Na2O·nSiO2活化粉煤灰时水泥初凝时间较快，使用时需加缓凝剂，同时用Na2O·nSiO2作激发剂的生产成本较高，不利市场竞争，且使用Na2O·nSiO2将带入水泥中的碱量(按Na2O计)约为1.5%左右，采用活性集料，在潮湿环境下有可能发生碱集料反应，建议不采用Na2SO4、Na2CO3、Na2O·nSiO2作粉煤灰的活化剂。Φ-2激发剂活化粉煤灰的效果好，且带入粉煤灰的碱量较低，按Na2O计仅0.4%左右。实践证明，Φ-2激发剂是活化粉煤灰较理想的物质。 这里特别要说明的是，不能用含Cl-的化学物质作激发剂，因为这种物质会加速混凝土中钢筋的锈蚀，缩短混凝土的使用寿命。 1.3 改变粉煤灰组成与物相结构 粉煤灰中的主要矿物相为玻璃体、莫来石、石英，水硬性矿物很少，粉煤灰的活性主要来自玻璃相。为增加粉煤灰中的水硬性矿物以提高其活性，可采用加入石灰石、矿化剂，利用低温煅烧来改变粉煤灰的化学组成与矿物结构。 其主要影响因素为石灰石的加入量、矿化剂加入量、煅烧温度及煅烧时间。各影响因素的变化范围为： 石灰石： 37%～69% 矿化剂： 4%～10% 煅烧温度： 800～1000℃ 煅烧时间： 80～150 min 该实验采用正交设计法，其实验方法如下：将烘干的石灰石、矿化剂磨细至通过0.08mm方孔筛的筛余为10%左右，后按拟定的石灰石、粉煤灰、矿化剂量称取、混合、搅拌均匀，加水成球，放入匣钵于箱式电阻炉内按拟定的煅烧温度、煅烧时间进行煅烧。煅烧结束后，取出急冷，将煅烧样品进行X射线衍射分析及密度、fCaO含量、安定性、凝结时间、抗压强度、抗折强度等性能测定，实验结果如下： 1)X射线衍射图表明，燃烧试样的主要矿物为β-C2S等； 2)煅烧试样的物理性能检测结果示于表7。 3)增钙粉煤灰的应用效果示于表8。 表7 增钙粉煤灰的物理性能 试样细度 /%密度 /(g/cm3)标稠 /%fCaO /%安定性初凝 /h∶min终凝 /h∶minA8.12.9031.41.38合格1∶244∶12B7.52.9531.01.14合格1∶184∶00 表8 增钙粉煤灰掺量对水泥强度的影响 试样增钙 粉煤灰 /%细度 /%凝结时间 /h∶min抗压强度 /MPa抗折强度 /MPa初凝终凝3d28d3d28d纯熟料06.31∶063∶0431.556.55.07.81号356.41∶214∶0224.352.84.57.62号406.41∶284∶1121.849.14.27.43号456.51∶354∶2519.646.44.07.24号506.51∶484∶4317.243.23.76.9 表8数据表明，采用煅烧法改变粉煤灰的化学组成与物相结构得到的粉煤灰，其活性很高，掺量高达50%时水泥强度指标仍能达到425号。 1.4 热力活化法 利用热力激活粉煤灰，其主要影响因素是石灰的加入量、压蒸温度、压蒸制度、脱水温度与脱水时间等，各影响因素的变化范围为： 石 灰： 10%～30% 压蒸温度： 150～200℃ 压蒸时间： 6～10h 脱水温度： 700～900℃ 脱水时间： 30～90 min 实验方法如下：将石灰、粉煤灰磨细至通过0.08mm方孔筛筛余10%左右，后按拟定的石灰、粉煤灰量称取、混合、搅拌均匀，成型，放入高压釜内，按拟定的压蒸温度、压蒸时间进行热力活化后，从高压釜内取出试样放入箱式电阻炉内按拟定的脱水温度、脱水时间脱水，脱水结束后，取出冷却，并测定试样强度。直观分析所得实验数据，找出热力活化粉煤灰的最佳条件，并按最佳条件活化粉煤灰，测定其物理性能等，测定结果列于表9。 表9 热力活化粉煤灰的物理性能 试样细度 /%密度 /(g/cm3)标稠 /%fCaO /%安定性初凝 /h∶min终凝 /h∶minA7.52.6529.30.32合格2∶154∶48B6.52.6829.50.45合格2∶104∶32 按热力活化粉煤灰最佳条件活化粉煤灰，并将活化后的粉煤灰配制粉煤灰水泥，其试验结果列于表10。 表10 热力活化粉煤灰掺量对水泥强度的影响 试样热力活化 粉煤灰/%细度/%凝结时间/h∶min抗压强度/MPa抗折强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d纯熟料05.41∶063∶0431.556.55.07.81号355.61∶313∶5624.953.24.57.62号405.61∶414∶0222.150.64.37.33号455.61∶554∶1520.347.24.17.14号505.62∶014∶2518.544.83.86.9 实验结果表明，采用热力活化法可得到活性很高的粉煤灰，掺量高达50%时强度指标仍可达到425号。 2 活化粉煤灰方法比较 2.1 磨细粉煤灰 采用该方法工艺简单，不需增加设备投资。但该方法提高粉煤灰的活性是有限的，生产425号粉煤灰水泥，粉煤灰的加入量通常少于25%。 2.2 化学物质活化 Φ-2激发剂活化粉煤灰生产425号粉煤灰水泥，粉煤灰掺量高，同时该方法简单，不需改变原来生产工艺和增加设备投资。但采用该方法受铁路交通限制，远离铁路的水泥厂使用该方法，激发剂的运输费用太高。 2.3 改变粉煤灰化学组成与物相结构 采用该方法活化粉煤灰，粉煤灰掺量高，大幅度降低水泥生产成本，对交通不方便的水泥厂采用此法更适宜。但采用这种方法，需要一低温煅烧设备。 2.4 热力活化 用热力活化粉煤灰作混合材生产水泥，其掺量高。但采用该法，需要一高压釜与高温(900℃左右)脱水设备，其工艺过程较上述方法相对复杂。 3 结论 磨细粉煤灰、化学活化、改变粉煤灰的化学组成与矿物结构、热力活化等均可提高粉煤灰的活性，提高粉煤灰的利用量，各厂可根据本厂的具体情况选择适合自己厂的活化方法。 0 引言 随着电力工业的迅速发展，粉煤灰的排放量急剧增加，年排放量已接近2亿t，而被利用的粉煤灰仅占排放粉煤灰量的25%～30%，造成粉煤灰的大量堆积。未被利用粉煤灰的堆放不仅占用大量土地，而且严重污染环境。 大量粉煤灰未被利用是由于粉煤灰的活性低，因此要提高粉煤灰的利用率，必须提高粉煤灰的活性。笔者较系统地进行了提高粉煤灰活性的不同方法研究，试图寻找一种简易可行的活化方法，以拓宽粉煤灰的利用途径。 1 提高粉煤灰活性的方法 1.1 磨细粉煤灰 粉煤灰越细，需水量越小，火山灰反应能力越好。我们以江油火电厂排出的粉煤灰为原料，通过粉磨研究粉煤灰细度对活性的影响，结果见表1。 表1 粉煤灰细度对其活性的影响 试样粉煤灰细度/%粉煤灰掺量/%熟料掺量/%石膏掺量/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d未掺 95532.856.45.48.2未磨20.42075516.436.33.06.0磨细9.12075520.640.13.56.5磨细6.72075522.243.83.86.9磨细3.42075524.946.44.17.2磨细1.12075527.149.64.57.5注：未掺粉煤灰的水泥细度为4900孔筛筛余5.4%。 表1数据表明，粉煤灰细度不同，活性有较大差异，这说明粉磨粉煤灰可提高其活性。 1.2 化学物质活化 利用化学物质活化粉煤灰，可采用： 1)碱性物质：NaOH、Ca(OH)2、水泥熟料等； 2)碱金属盐：Na2CO3、Na2O·nSiO2等； 3)硫酸盐：Na2SO4、CaSO4等； 4)Φ-2激发剂：其组成见表2。 表2 Φ-2激发剂化学组成 % SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3SO3R2OLoss18.4518.7339.680.320.5413.244.544.21 表3～6分别列出了添加Na2SO4、Na2CO3、Na2O·nSiO2和Φ-2激发剂对粉煤灰活性的影响。 表3 Na2SO4掺量对粉煤灰活性的影响 试样水泥配比/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa熟料粉煤灰Na2SO4石膏3d28d3d28d1-1 1-2 1-35541 40 391 2 33 3 313.5 15.4 17.333.2 35.1 37.43.4 3.7 4.06.3 6.6 6.82-1 2-2 2-36531 30 291 2 33 3 318.4 20.5 22.438.3 40.6 42.74.0 4.3 4.66.9 7.2 7.4 注：水泥熟料28d抗压强度56.4MPa，水泥细度0.08mm方孔筛筛余5.2%，以下同。 表4 Na2CO3掺量对粉煤灰活性的影响 试样水泥配比/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa熟料粉煤灰Na2CO3石膏3d28d3d28d1-1 1-2 1-35541 40 391 2 33 3 314.6 16.8 18.234.3 36.6 38.13.6 3.9 4.16.5 6.8 7.02-1 2-2 2-36531 30 291 2 33 3 319.5 22.4 25.339.3 42.4 45.24.2 4.5 4.77.1 7.4 7.6 表5 Na2O·nSiO2掺量对粉煤灰活性的影响 试样水泥配比/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa熟料粉煤灰Na2SiO3石膏3d28d3d28d1-1 1-2 1-35046 44 421 3 53 3 313.2 16.7 19.932.4 36.5 39.83.5 3.9 4.36.4 6.8 7.22-1 2-2 2-36036 34 321 3 53 3 316.8 21.9 24.936.6 41.8 44.73.9 4.4 4.76.8 7.3 7.6 注：Na2O·nSiO2模数n=1.5。 表6Φ-2激发剂掺量对粉煤灰活性的影响 试样水泥配比/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa熟料粉煤灰Φ-2石膏3d28d3d28d1-1 1-2 1-35045 43 412 4 63 3 315.7 19.2 22.134.1 39.4 42.63.8 4.2 4.56.8 7.3 7.62-1 2-2 2-35540 38 362 4 63 3 320.2 23.1 26.840.2 43.3 46.14.3 4.6 4.97.4 7.7 8.0 表3～6数据表明，Na2SO4、Na2CO3活化粉煤灰效果欠佳，且带入水泥中的碱量(按Na2O计)约为1.0%～1.4%；模数为1.5的Na2O·nSiO2活化粉煤灰效果较好，但模数为1.5的Na2O·nSiO2活化粉煤灰时水泥初凝时间较快，使用时需加缓凝剂，同时用Na2O·nSiO2作激发剂的生产成本较高，不利市场竞争，且使用Na2O·nSiO2将带入水泥中的碱量(按Na2O计)约为1.5%左右，采用活性集料，在潮湿环境下有可能发生碱集料反应，建议不采用Na2SO4、Na2CO3、Na2O·nSiO2作粉煤灰的活化剂。Φ-2激发剂活化粉煤灰的效果好，且带入粉煤灰的碱量较低，按Na2O计仅0.4%左右。实践证明，Φ-2激发剂是活化粉煤灰较理想的物质。 这里特别要说明的是，不能用含Cl-的化学物质作激发剂，因为这种物质会加速混凝土中钢筋的锈蚀，缩短混凝土的使用寿命。 1.3 改变粉煤灰组成与物相结构 粉煤灰中的主要矿物相为玻璃体、莫来石、石英，水硬性矿物很少，粉煤灰的活性主要来自玻璃相。为增加粉煤灰中的水硬性矿物以提高其活性，可采用加入石灰石、矿化剂，利用低温煅烧来改变粉煤灰的化学组成与矿物结构。 其主要影响因素为石灰石的加入量、矿化剂加入量、煅烧温度及煅烧时间。各影响因素的变化范围为： 石灰石： 37%～69% 矿化剂： 4%～10% 煅烧温度： 800～1000℃ 煅烧时间： 80～150 min 该实验采用正交设计法，其实验方法如下：将烘干的石灰石、矿化剂磨细至通过0.08mm方孔筛的筛余为10%左右，后按拟定的石灰石、粉煤灰、矿化剂量称取、混合、搅拌均匀，加水成球，放入匣钵于箱式电阻炉内按拟定的煅烧温度、煅烧时间进行煅烧。煅烧结束后，取出急冷，将煅烧样品进行X射线衍射分析及密度、fCaO含量、安定性、凝结时间、抗压强度、抗折强度等性能测定，实验结果如下： 1)X射线衍射图表明，燃烧试样的主要矿物为β-C2S等； 2)煅烧试样的物理性能检测结果示于表7。 3)增钙粉煤灰的应用效果示于表8。 表7 增钙粉煤灰的物理性能 试样细度 /%密度 /(g/cm3)标稠 /%fCaO /%安定性初凝 /h∶min终凝 /h∶minA8.12.9031.41.38合格1∶244∶12B7.52.9531.01.14合格1∶184∶00 表8 增钙粉煤灰掺量对水泥强度的影响 试样增钙 粉煤灰 /%细度 /%凝结时间 /h∶min抗压强度 /MPa抗折强度 /MPa初凝终凝3d28d3d28d纯熟料06.31∶063∶0431.556.55.07.81号356.41∶214∶0224.352.84.57.62号406.41∶284∶1121.849.14.27.43号456.51∶354∶2519.646.44.07.24号506.51∶484∶4317.243.23.76.9 表8数据表明，采用煅烧法改变粉煤灰的化学组成与物相结构得到的粉煤灰，其活性很高，掺量高达50%时水泥强度指标仍能达到425号。 1.4 热力活化法 利用热力激活粉煤灰，其主要影响因素是石灰的加入量、压蒸温度、压蒸制度、脱水温度与脱水时间等，各影响因素的变化范围为： 石 灰： 10%～30% 压蒸温度： 150～200℃ 压蒸时间： 6～10h 脱水温度： 700～900℃ 脱水时间： 30～90 min 实验方法如下：将石灰、粉煤灰磨细至通过0.08mm方孔筛筛余10%左右，后按拟定的石灰、粉煤灰量称取、混合、搅拌均匀，成型，放入高压釜内，按拟定的压蒸温度、压蒸时间进行热力活化后，从高压釜内取出试样放入箱式电阻炉内按拟定的脱水温度、脱水时间脱水，脱水结束后，取出冷却，并测定试样强度。直观分析所得实验数据，找出热力活化粉煤灰的最佳条件，并按最佳条件活化粉煤灰，测定其物理性能等，测定结果列于表9。 表9 热力活化粉煤灰的物理性能 试样细度 /%密度 /(g/cm3)标稠 /%fCaO /%安定性初凝 /h∶min终凝 /h∶minA7.52.6529.30.32合格2∶154∶48B6.52.6829.50.45合格2∶104∶32 按热力活化粉煤灰最佳条件活化粉煤灰，并将活化后的粉煤灰配制粉煤灰水泥，其试验结果列于表10。 表10 热力活化粉煤灰掺量对水泥强度的影响 试样热力活化 粉煤灰/%细度/%凝结时间/h∶min抗压强度/MPa抗折强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d纯熟料05.41∶063∶0431.556.55.07.81号355.61∶313∶5624.953.24.57.62号405.61∶414∶0222.150.64.37.33号455.61∶554∶1520.347.24.17.14号505.62∶014∶2518.544.83.86.9 实验结果表明，采用热力活化法可得到活性很高的粉煤灰，掺量高达50%时强度指标仍可达到425号。 2 活化粉煤灰方法比较 2.1 磨细粉煤灰 采用该方法工艺简单，不需增加设备投资。但该方法提高粉煤灰的活性是有限的，生产425号粉煤灰水泥，粉煤灰的加入量通常少于25%。 2.2 化学物质活化 Φ-2激发剂活化粉煤灰生产425号粉煤灰水泥，粉煤灰掺量高，同时该方法简单，不需改变原来生产工艺和增加设备投资。但采用该方法受铁路交通限制，远离铁路的水泥厂使用该方法，激发剂的运输费用太高。 2.3 改变粉煤灰化学组成与物相结构 采用该方法活化粉煤灰，粉煤灰掺量高，大幅度降低水泥生产成本，对交通不方便的水泥厂采用此法更适宜。但采用这种方法，需要一低温煅烧设备。 2.4 热力活化 用热力活化粉煤灰作混合材生产水泥，其掺量高。但采用该法，需要一高压釜与高温(900℃左右)脱水设备，其工艺过程较上述方法相对复杂。 3 结论 磨细粉煤灰、化学活化、改变粉煤灰的化学组成与矿物结构、热力活化等均可提高粉煤灰的活性，提高粉煤灰的利用量，各厂可根据本厂的具体情况选择适合自己厂的活化方法。 |
评分
-
查看全部评分
|
IP卡
狗仔卡
发表于 2013-2-4 12:06:27
提升卡
置顶卡
喧嚣卡
变色卡
千斤顶
显身卡