CN106082737A - 一种工艺简单的改性脱硝粉煤灰的方法 - Google Patents

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王�琦
宋鹏
陈延昌
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Abstract

本发明公开了一种简单改性脱硝粉煤灰的方法，首先脱硝粉煤灰、消石灰、石膏按一定比例在100℃蒸养温度下，蒸养48小时，再脱水粉磨后加入到硅酸盐水泥中，不仅达到了去除脱硝副产物的目的，而且克服了粉煤灰早期水化慢，28天内对强度贡献小的缺陷。采用本发明改性的脱硝粉煤灰作为混合材，能大幅度提高水泥强度，改善水泥性能，降低水泥生产成本，从而使脱硝粉煤灰得到有效利用。

Description

一种工艺简单的改性脱硝粉煤灰的方法
技术领域
本发明涉及一种建筑材料的制备，具体来说是一种工艺简单的改性脱硝粉煤灰的方法，是通过预水化改性脱硝粉煤灰。
背景技术
粉煤灰是燃煤电厂的废弃物，由电厂收尘所得。随着电力工业的迅速发展，粉煤灰排放量的急剧增加，我国每年粉煤灰的排放量在亿吨以上，给国民经济建设和生态环境造成了巨大的压力。同时粉煤灰又是一种宝贵的可再利用资源，粉煤灰作为混凝土的一种矿物掺合料在生产中已得到广泛利用，多种研究表明，粉煤灰的微集料效应，形态效应、活性效应和火山灰效应，能极大的改善混凝土的施工和易性、长期耐久性能，并能使混凝土获得较高的后期强度。大量地消耗粉煤灰这种工业固体废弃物，也使生态环境得到了极大改善。
随着环保越来越受到重视，国家对燃煤电厂SO3、NOx排放量的控制要求越来越严格，电厂为了减少NO，通常采用过量的尿素、液氨或氨水等作为还原剂喷入高温炉膛的SCR或SNCR法进行脱硝，一旦发生氨的逃逸，就会造成氨以NH4HSO4等常温状态下较稳定的物质残留在灰渣中，进而残留在电厂生产出来的粉煤灰中。在拌制混凝土时，混凝土成碱性，并且水泥水化会产生一定热量，原本残留在粉煤灰的NH4HSO4就会与混凝土中OH-发生反应，发出刺鼻性的气味。在搅拌站大量搅拌混凝土时，这些被释放的气体不能全部排出，积存在混凝土内部，可能导致混凝土的含气量增大，强度降低。
发明内容
本发明为了克服以上问题提供一种工艺简单的改性脱硝粉煤灰的方法，通过预水化处理的方法不仅可以去除脱硝副产物，而且也可以提高脱硝灰的反应速度,控制其形成一定量的水化产物,这种经过预处理的粉煤灰在内部形成许多水化硅酸钙凝胶及晶体，有利于提高其早期强度贡献。
这种处理方法是通过向脱硝粉煤灰中加入消石灰，使其在蒸养状态下与脱硝副产物NH4HSO4反应，释放出氨气，其反应机理其实是OH-与H+、NH4 +的反应：
NH4HSO4+Ca(OH)2=CaSO4+NH3∙H2O+H2O
离子方程：NH4HSO4=NH4 ++H++SO4 2-
NH4 ++H++2OH-=NH3↑+2H2O或NH3∙H2O+H2O
通过这种方式不仅使脱硝副产物的去除率达到95%，而且使抗压、抗折强度明显提高。
这种改性方法也是基于水化硅酸钙脱水再水化的理论,“C/S比在一定范围内的凝胶态水化硅酸钙,在一定温度和时间内形成脱水介稳相,再水化时仍具有胶凝能力”。这样,我们才可以将预先升温水化后的粉煤灰,经过脱水磨细后再加入硅酸盐水泥中,使之能很快水化,克服粉煤灰水化慢,在28天设计强度内对强度贡献小的问题。
本发明是通过混料、蒸养、脱水、粉磨四步来实现：具体来讲首先是将脱硝粉煤灰与消石灰、石膏按比例40:5:2均匀混合，在设定温度为100℃的蒸养箱中蒸养48小时,制成预先水化的粉煤灰,然后再在100℃条件下脱水4小时，粉磨20分钟过200目筛子,最后掺加到硅酸盐水泥中,制成预先水化的粉煤灰水泥,实验中所用粉煤灰的数据见表1、表2，石灰中Ca(OH)2含量80%,石膏为建筑石膏粉。
表1 粉煤灰的化学成分
表2 粉煤灰的物理性质
本发明加入石膏的目的是可以使之掺杂到新生成的C-S-H凝胶的结构中去,阻碍凝胶粒子的聚合,较小尺寸的C-S-H凝胶粒子比大粒子的扩散能力强,因此沉积到粉煤灰颗粒表面的数量相对减少,水化产物的厚度减薄,扩散过程加速, 从而促进Ca(OH)2与粉煤灰的水热反应,生成更多的水化产物。
和已有技术相比，本发明具备以下优点：
1.在蒸养过程中，粉煤灰中的活性Al2O3和SiO2与Ca(OH)2发生水化和水热反应，能大大提高脱硝粉煤灰的活性，根据《GB/T 1596-2005》测得脱硝粉煤灰的活性指数由73.8%提高到80.5%；
2.通过蒸养步骤，脱硝副产物能够与碱反应，而以NH3的形式释放出来，减少了成型后的气孔率，提高了其密实度，最终体现在胶砂强度的提高，与未改性的脱硝灰相比，其3d、28d抗压强度分别提高6.1%和5.2%；
3.便于烘干储存、生产工艺简单；
4.由于粉煤灰活性提高，在生产水泥时，可明显提高水泥的早期强度和缩短其凝结时间，改善水泥的性能。
附图说明
图1为处理后的粉煤灰SEM图片，图2为处理前的粉煤灰SEM图片。从图片中可清楚的看到脱硝粉煤灰的铝硅玻璃体在碱性环境下受到侵蚀，在粉煤灰表面产生缺陷从而有利于粉煤灰活性的发挥；而且脱硝粉煤灰与消石灰、石膏反应生成少量的水化产物，这些水化产物在水泥水化过程中能起到晶核作用，可促进水泥水化。
具体实施方式
以下具体实施案例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
对比例
脱硝粉煤灰与水泥的重量百分比：脱硝粉煤灰占30%，425硅酸盐水泥占70%。按照我国现行标准（GB/T 17671）中普通水泥胶砂试件的制备过程制备水泥胶砂试件。当达到设定养护龄期后取出水泥试件，利用抗压试验机测试其3d、7d、28d抗压、抗折强度。
实施例1：
将脱硝粉煤灰与消石灰、石膏按比例40:5:2均匀混合，在设定温度60℃的蒸养箱中蒸养48小时,制成预先水化的粉煤灰,然后再在100℃条件下脱水4小时，粉磨过200目筛子,得到处理后后的脱硝灰。
表3 生产方法一（参数）
实施例2：
将脱硝粉煤灰与消石灰、石膏按比例40:5:2均匀混合，在设定温度80℃的蒸养箱中蒸养48小时,制成预先水化的粉煤灰,然后再在100℃条件下脱水4小时，粉磨过200目筛子,得到处理后后的脱硝灰。
表4 生产方法二（参数）
实施例3：
将脱硝粉煤灰与消石灰、石膏按比例40:5:2均匀混合，在设定温度100℃的蒸养箱中蒸养48小时,制成预先水化的粉煤灰,然后再在100℃条件下脱水4小时，粉磨过200目筛子,得到处理后后的脱硝灰。
表5 生产方法三（参数）
实施例4：
为了检测改性后的脱硝粉煤灰对水泥胶砂强度的影响，测处理粉煤灰以30%替代普硅水泥后的胶砂强度，实验参照《GBT17671-19100水泥胶砂强度检测方法（ISO法）》制备水泥试件。当达到设定养护龄期后取出水泥试件，利用抗压试验机测试其3d、7d、28d抗压、抗折强度。
表6 3d、7d、28d抗压、抗折强度
表7 抗压、抗折强度提高百分率/%
实施例5：
粉煤灰中总N含量及残留铵盐所含NH4 +和NH3的总含量：使用紫外可见分光光度计UV-5200PC-扫描型检测脱硝粉煤灰中氮元素含量。参考《水质氮铵的测定 水杨酸分光光度法》，改进了待测脱硝粉煤灰样品的预处理方法，乘取5g脱硝粉煤灰样品，加入到50ml无氨水中，搅拌 20分钟，用长颈漏过滤取滤液，测定脱硝粉煤灰所含NH4+的总含量。
表8 脱硝粉煤灰总N及NH4+含量/%
。

Claims (6)

1.这种脱硝粉煤灰的改性方法其特征在于：脱硝粉煤灰经过配料、蒸养、脱水、粉磨四步，才制得本专利改性后的脱硝粉煤灰。
2.根据权利要求1所述的方法，配料阶段其特征在于：脱硝粉煤灰：消石灰：石膏按40:5:2比例进行混料配比。
3.根据权利要求1所述的方法，蒸养阶段其特征在于：蒸养温度设置为100℃，蒸养时间48h。
4.根据权利要求1所述的方法，脱水阶段其特征在于：脱水温度100℃，脱水时间4h。
5.根据权利要求1所述的方法，粉磨阶段其特征在于：在罐磨球磨机粉磨，95转/min，粉磨20分钟。
6.特别权利要求：本发明专利权利3中设定的条件是改性脱硝粉煤灰的关键，在此蒸养温度、蒸养时间下，NH4HSO4与Ca(OH)2反应释放出NH3，使得脱硝副产物的脱出率，达到95%。
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