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。