改性粉煤灰在煤泥水中的應用

(安徽理工大學材料科學與工程學院 安徽 淮南 232001)

引言

隨著我國電力工業的發展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加[1]，造成大量土地和資金浪費。此外，粉煤灰中攜帶的有害物質，也對人體健康造成危害。利用粉煤灰來改良土壤和生產粉煤灰復合肥等[2-3]。利用酸堿混合法從粉煤灰中提取氧化鋁并改進粉煤灰，使其中的氧化鋁和氧化硅分離，進而用于煤泥水處理，為煤泥水處理提供一定的依據[4-5]

一、試樣的性質

(一)試樣的化學性質

粉煤灰主要氧化物包括SiO2,Al2O3,FeO,FeO3,CaO等.其中氧化硅和氧化鋁主要來自高嶺土、伊利石等粘土礦，氧化鈣主要來自碳酸鹽、硫酸鹽等。煤的產地，燃燒方式也會造成粉煤灰具有不同的化學成分[6-8]。

(二)試樣的物理性質

粉煤灰中的礦物是煤粉顆粒中所含礦物經分解、高溫燒結、熔融、冷卻等過程形成的，當冷卻速度較慢時，容易析出成晶體，反之當冷卻速度較快，粉煤灰中玻璃體含量較多，因此從礦物組成上粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物。

粉煤灰是一種人工火山灰質混合材料，本身沒有水硬膠凝性能，但以粉狀及水存在時，能在常溫，特別是水熱處理(蒸汽養護)條件下，與氫氧化鈣或其他堿土金屬發生化學反應，生成具有水硬膠凝性能的化合物，成為一種增加強度和耐久性的材料。

二、試樣的改進與試驗

(一)試樣的制備

藥劑：37%質量分數的鹽酸，無水碳酸鈉，聚丙烯酰胺。

(1)取粉煤灰100g與5g的無水碳酸鈉混合，置于馬弗爐中，在800oC下保持2h后使其自然冷卻。經燒結反應后的粉煤灰呈黃灰色。

(2)將4mol/L的鹽酸加入到已經冷卻的粉煤灰中，控制在水浴鍋中將溫度調整在100oC攪拌洗滌后保持2h。

采用碳酸鈉為活化劑，高溫活化后對粉煤灰酸浸處理實現硅鋁分離。實驗室所用鹽酸質量分數為37%，進行計算后將其以1:2的鹽酸和水的比例進行稀釋，得到4mol/L的鹽酸。將聚丙烯酰胺與先前改性過的粉煤灰進行雜化。分別取1g,2g,3g的聚丙烯酰胺和10g改性粉煤灰組成復合絮凝劑

(二)試驗方案

利用上述改性后的粉煤灰—聚丙烯酰胺復合絮凝劑進行煤泥水沉降實驗。

稱取煤樣16g，倒入200mL的燒杯里，注入100mL清水將其潤濕，攪拌，直至煤樣全部潤濕并分散在水中。進行單因素實驗，分別探究不同絮凝劑，投放量對沉降效果的影響。

三、試驗結果與分析

(一)不同絮凝劑對沉降實驗的影響

分別取改性粉煤灰，1:10改性粉煤灰—聚丙烯酰胺復合絮凝劑各1g，0.1g聚丙烯酰胺加入到200mL煤泥水中，攪拌5min，沉降30min。沉降完成之后取上清液100mL，測量其懸浮物質及透光率。

經試驗后發現絮凝劑的作用效果為FCA+PAM>PAM>FCA>自由沉降。經過雜化絮凝劑的處理之后，其上清液懸浮物質的質量為0.0656g,透光率可以達到65.6%。利用粉煤灰單獨作為絮凝劑處理煤泥水時，由于在煤泥水中與水中煤粒子的電荷產生相互排斥，就無法對其進行吸附沉降，效果不好。當使用FCA+PAM對煤泥水處理時，雜化絮凝劑中的聚丙烯酰胺與煤泥水中的粒子形成電橋，與煤泥水的電荷發生中和作用，由此對煤泥水中的粒子進行吸附絮凝作用。

圖1 四種絮凝劑的透光率對比

圖2 不同絮凝劑對煤泥水上清液懸浮物的影響

(二)試樣用量對沉降效果的影響

取雜化比例2：10的粉煤灰—聚丙烯酰胺復合絮凝劑各0.3g,0.5g,1g,2g,2.5g,3g,4g投放入200mL煤泥水中，攪拌5min，沉降30min后取100mL上清液測定懸浮物質及透光率。

經試驗后發現當投放量為2g時，處理后的上清液懸浮物質只有0.0442g，透光率為78.2%。此時的處理效果最佳。當投放量過小時，絮凝劑中Fe,Al成分迅速水解形成的羥基產物能降低膠體的表面電位，進一步降低膠體間的表面斥力。

通過實驗得出粉煤灰雜化聚丙烯酰胺絮凝劑處理煤泥水的效果優于改性粉煤灰、聚丙烯酰胺。

四、結語

(1)粉煤灰含有多孔玻璃體、多孔炭粒，呈多孔性蜂窩狀組織，比表面積較大，還具有活性基團，吸附活性高，因此粉煤灰處理廢水的機理主要有物理吸附和化學吸附。

(2)改性后的粉煤灰與絮凝劑聚丙烯酰胺雜化后，會具有更好的效果。這是因為聚丙烯酰胺本身作為一種高分子絮凝劑，可以跟煤泥水中的粒子之間形成電橋，再加上粉煤灰對煤粒的吸附絮凝作用，起到了雙管齊下的效果。