粉煤灰的活化研究进展

材料研究与应用　广东建材２０１２年第９期　粉煤灰的活化研究进展　周洪萍　（福建省建筑科学研究院福建省绿色建筑技术重点实验室）　摘　要：本文概述了粉煤灰的火山灰反应活性，就近年来粉煤灰的活化处理方法进行了综述，并对　粉煤灰的活化处理研究进行了展望。　关键词：粉煤灰；活化处理　１引言　粉煤灰是由火力发电厂燃煤烟气除尘过程中所排　放的一种工业固体废渣。随着我国电力工业的迅速发　展，粉煤灰排放量也在急剧增加，并有逐年增加的趋势，　仅２０１０年的排放量就达到３亿吨Ｅ１］，给我国的国民经　济建设及生态环境造成巨大的压力，因此，如何综合有　效利用粉煤灰已成为一个研究的热点问题。长期以来，　我国对粉煤灰的利用，主要为路基、填方、混凝土掺和　料、土壤改造等方面；经过近几年来的研究开发，粉煤灰　的利用途径扩大到在水泥原料、水泥混合材、大型水利　枢纽工程、泵送混凝土、大体积混凝土制品、高级填料、　新型墙体材料、粉煤灰陶粒等，这些都大大提高了粉煤　灰的利用率。　对粉煤灰的利用，主要是利用粉煤灰具有一定的潜　在的火山灰反应活性。然而，由于我国电厂排放的粉煤　灰中活性较高的优质灰比较少，其中Ｉ、ＩＩ级优质粉煤　灰产量仅占５％，其余９５％以上为ＩＩＩ级粉煤灰或等外灰圆，另　外，由于粉煤灰经高温燃烧迅速冷却后形成的玻璃微球　表面有一层致密的玻璃外壳，降低了其火山灰反应活　性，使其不能直接用作水泥混合材、高性能混凝土的活　化掺合料以及生产免烧高强新型墙体材料与地面材料，　这就极大地限制了粉煤灰的开发利用。因此，对粉煤灰　进行活化处理，提高其潜在活性，将极大地提高其利用　率，既可以治理粉煤灰带来的环境污染，又可促进建筑　材料的发展与环境相协调，具有重要的意义。本文通过　对粉煤灰的活化处理方法进行综述，并对进一步研究进　行探讨。　２粉煤灰的火山灰反应活性及其活化处理　２．１粉煤灰的火山灰反应活性　对粉煤灰的研究，早在１９１４年Ａｎｏｎ以及１９３３年　一２２一　Ｒ．Ｅ．维斯已经分别对粉煤灰的火山灰反应活性以及粉　煤灰在混凝土的应用进行了研究；到二十世纪七、八十　年代，许多学者开始对粉煤灰的特性及其应用进行了密　集的研究＿３］，这些研究为粉煤灰的充分利用做出了重要　贡献。研究表明　，粉煤灰的主要化学组成为ＳｉＯ　、　Ａ１２Ｏ３、Ｆｅ２０。、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、ＳＯ３等，其中粉煤灰中ＳｉＯ２、　Ａ１　０。含量一般在５２％￣８９％。而粉煤灰中玻璃体所富含　的可溶性Ｓｉ０　、Ａ１。Ｏ。是其具有火山灰反应活性的主要　原因，可溶性Ｓｉ０　、Ａ１　０。能与ｃａ（０Ｈ）　或其他碱土金属　氧化物发生化学反应，生成水化硅酸钙（Ｃ—Ｓ—Ｈ）、水化铝　酸钙（Ｃ—Ａ—Ｈ）等具有水硬性胶凝性能的化合物。在通常　条件下，粉煤灰经高温燃烧后形成的玻璃微珠表面是由　致密的玻璃质外壳包围，可溶出的含ＳｉＯ　、Ａｌ　０。会相对　较少，此外，粉煤灰中由于高硅、高铝、低钙所形成的［　（Ｓｉ，Ａ１）０　］　结构比较稳定，导致其活性也较难以发挥。　因此，如何激发其潜在活性，从而达到提高粉煤灰利用　率的目的，已经成为近年来针对粉煤灰研究的热点之　２．２粉煤灰的活化处理　目前，对粉煤灰活性的激发主要有四种，包括物理　活化、化学活化、改变粉煤灰组成及物相结构、热力活化　等激发方式。　２．２．１物理活化　粉煤灰的物理活化，主要是通过机械粉磨来进行。　通过破坏粉煤灰玻璃微珠的表面形态，降低粉煤灰的粒　径，增加其比表面积，进而增加参与火山灰反应的表面，　有利于ｃａ　的渗透和粉煤灰玻璃体中的ＳｉＯ　、Ａ１　０。的　溶出；另外，粉磨促使粉煤灰颗粒产生内裂纹、缺陷、畸　变等现象，进而增加了粉煤灰的活化中心，从而提高了　粉煤灰火山灰反应活性。芦令超等陋　对粉煤灰的粉磨进　行了探究，探讨了粉煤灰的细度、颗粒级配及颗粒形貌　广东建材２０１２年第９期　材料研究与应用　对粉煤灰活性的影响，结果表明通过粉磨可以达到提高　对较复杂，需要具备高温煅烧设备，因此会增加其活化　粉煤灰反应活性的目的。付晓茹等四　通过研究磨细粉煤　成本。　灰对其火山灰效应比影响进行了研究，发现随着粉磨时　２．２．４热力活化　间的延长，粉煤灰的火山灰效应比呈现出先增加后减少　热力活化法是将粉煤灰、生石灰、石膏按比例混合　的趋势，这些都证明了通过机械粉磨可以提高粉煤灰的　后，放入高压釜蒸养后烘干的一种粉煤灰活化处理方　火山灰活性。该法由于工艺简单且不需要增加设备，活　法，其主要影响因素为生石灰、石膏的加入量、压蒸温　化成本较低，被广泛采用，但该方法提高的粉煤灰活性　度、压蒸制度、脱水温度与脱水时间等。陈鹏［　对粉煤灰　比较有限，因此其在粉煤灰水泥中的掺量就受到限制。　２．２．２化学活化　粉煤灰的化学活化，是通过添加化学激发剂，破坏　粉煤灰玻璃体中具有较高聚合度的Ｓｉ一０四面体结构和　Ａ１—０八面体结构，Ｓｉ一０键及Ａ１—０键的断裂成不饱和的　活性键，加快了其与Ｃａ（０Ｈ）　反应，进而达到活化目的　［１ｏ－１３］。常见的粉煤灰激发剂主要有碱性物质（如ＮａＯＨ、Ｃａ　（ｏＨ）　、水泥熟料等）、碱金属盐（如Ｎａ２ＣＯ。、Ｎａ　ＳｉＯ。等）、　硫酸盐（如Ｎａ　ＳＯ　、ＣａＳＯ　等）等，此外也有采用氯盐作为　激发￣ｌＪ［１３－１４］。研究结果表明，这些激发剂的添加，均可以　增强水合过程中粉煤灰玻璃体的腐蚀作用，进而促进粉　煤灰玻璃体中ＳｉＯ　、Ａ１。０。与ｃａ（０Ｈ）。的反应，达到提高　粉煤灰火山灰活性的目的。该方法活化工艺简单，活化　效果也较好，成本也较低，也是比较广泛应用的一种活　化方式，但是由于其添加的化学物质，大多会引起一些　负面效应，如添加碱金属盐或碱性物质，过量会降低浆　液中Ｃａ２＋浓度，抑制Ｃ－Ｓ—Ｈ和ｃ—Ａ—Ｈ类物质的生成，从　而使硬化体早期强度降低，还可能引起碱骨料反应，降　低硬化体的后期强度；添加硫酸盐材料，会使浆体出现　早凝现象；而添加氯盐则会加速混凝土中钢筋的锈蚀，　从而缩短混凝土的使用寿命。因此，化学活化所添加的　化学物质，其添加量有一定的限制。　２．２．３改变粉煤灰组成及物相结构进行活化　粉煤灰主要由玻璃体、石英、磁铁矿、莫来石和少量　碳等组成，其含有的具有水硬性的胶凝材料较少，为提　高粉煤灰的活性，有研究学者将石灰、矿化剂等具有水　硬性的矿物添加进粉煤灰中，并经高温煅烧来改变粉煤　灰的化学组成及物相结构。贺可音口５＿通过添加具有水硬　性的胶凝材料，并在高温炉内７００￣Ｃ±５０。Ｃ范围进行煅　烧，经粉磨后制得活性较高的粉煤灰，研究结果表明，将　活化后的粉煤灰配制成的粉煤灰水泥，其水泥强度无论　在早期或者后期均较未活化的原状粉煤灰的高。该方法　的主要影响因素，主要是水硬性胶凝材料的添加量、煅　烧温度以及煅烧时间，活化效果显著，但其活化工艺相　的热力活化工艺进行了研究，结果表明，通过对调整热　力活化的工艺，可以改善粉煤灰的活化性能，得到高掺　量高标号的水泥产品。该方法的特点是，得到高掺量的　粉煤灰水泥产品，但需要高压釜和高温脱水设备，其能　耗大，投资费用较高，且该产品长期存放可能导致其活　性损失。　３结论与展望　从目前国内外对粉煤灰的研究来看，粉煤灰作为一　种可利用的资源，主要原因是其具有潜在的火山灰反应　活性。通过物理机械粉磨、化学活化、改变其化学组成及　物相结构以及热力活化的方法，均可以提高粉煤灰的活　性。　但是，这些活化处理方法各有局限性，况且每个地　区生产出来的粉煤灰品质、颗粒形态及其组成均不尽相　同，因此，如何采用合理有效的活化处理方法，复合多种　活化处理方法，充分发挥粉煤灰的潜在活性，是现阶段　研究的一个主要方向。●　【参考文献】　［１］聂轶苗，刘淑贤，牛福生等．粉煤灰研究进展及展望［Ｊ］．混　凝土，２０１０，（０４）：６２—６５　［２］王福元，吴正严．粉煤灰利用手册［Ｍ］．北京：中国电力出版　社，１９９７　［３］Ｍｕｒａｔ　Ｍｏｌ　ｌａｍａｈｍｕｔｏ？ｌｕ，Ｙｕ　ｋｓｅｌ　Ｙｉ　ｉｍａｚ．Ｐｏｔｅｎｔ　ｉａｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｆｌｙ　ａｓｈ　ａｎｄ　ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ａｓ　ｌ　ｉｎｅｒ　ｏｒ　ｃｏｖｅｒ　ａｔ　ｗａｓｔｅ　ｄｉｓｐｏｓａｌ　ａｒｅａｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｇｅｏｌｏｇｙ，２００１，　（４０）：１３１６—１３２４　［４］郑和平．粉煤灰综合利用有效途径探讨［Ｊ］．管理观察，２００８，　（Ｏ８）：１７０一ｌ７２　［５］刘兴德，牛福生，倪文．粉煤灰的资源化利用现状与研究进展　［Ｊ］．建材技术与应用，２００５，（０１）：１２—１５　［６］聂轶苗，刘淑贤，牛福生等．粉煤灰研究进展及展望［Ｊ］．混　凝土，２Ｏ１０，（Ｏ４）：６２—６５　［７］～［１６］略　一２３—