碱活化粉煤灰制备高强膨胀陶粒与膨胀机理

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1、一图1粉煤灰活化前后的s酬照片Na0H浓度：a—O；b一2mol／L：c一3mol／L；d一4moI／L粉煤灰活化前后的XRD图谱，见图2。从图2可看出，随着Na0H浓度的增加，奠来石矿物的特征衍射峰逐渐削弱，表明碱液浓度越高，对莫来石晶相的破坏作用越强：而石英的特征衍射峰基本保持不变。这表明。在水热温度下，粉煤灰中石英可抵抗NaoH的侵蚀：NaoH可与粉煤灰非晶态矿物和莫来石矿物中的可溶性Si02反应，生成Na2Si03【81。Na2Si03溶液又称水玻璃，具有很好的黏性和强度，是许多材料成型的粘结剂。因此，NaoH浓度越高，溶出的活化

2、组分越多，粉煤灰泥料的黏性越大，越有利于粉煤灰的造粒成型。203040502创(。)图2粉煤灰活化前后的xRD谱图NaOH；农度：a—O：b一2mol／L：c一3moI／L：d一4mol／L2．2粉煤灰陶粒的制备将活化粉煤灰泥料通过挤压滚圆法造粒，得到6mm左右的生料球，晾干后分别于900℃、950℃和1000℃下焙烧l5min'制得系列粉煤灰陶粒。陶粒的基本性能见表2。表2粉煤灰陶粒的基本性能焙烧温度／℃NaOH浓度／(m()l几)表观密度／(g／cm’)强度／MP8吸水率／％磨损率／％膨胀率／％21．3820lI．2：{．2—0．9l

3、90031．43263．71．6—0．9541．49283．21．2一O．942L66258．91．4一1．87950：31．7l：Il2．51．()一I．824O．9627()．：30．81．9821．76266．71．1一1．43l()003，一、1．0Z280．2()62．2l4O．8725O．2()．63．56酉‘≯。啤溲譬．一一阿巨协陡k匦．．■一睽一P∽．=．．卜～·刀封j此时图4NaOH溶液活化粉煤灰制备的膨胀陶粒的sEM照片NaOH；良度：a一2moI／L；b一3moI／L；c一4moI／L2．3高强膨胀陶粒的形成机理膨胀

4、陶粒的生成需同时具备两个条件：一是有膨胀气体产生，二是黏度适宜的液相出现。粉煤灰体系中的产气反应较多，其产气反应包括未燃尽碳的氧化、碳酸盐的分解、硫化物的分解或氧化以及铁氧化物的还原等。在通常制备陶粒的焙烧温度下，粉煤灰的各化学组分和矿物成分之间发生固相反应，达不到熔融、熔解或分解的程度，难以形成黏度适宜的液相，因此仅靠粉煤灰无法制得膨胀陶粒【6J，需要添加粘结剂和助熔剂。原料粉煤灰中主要产气组分Fe203为7．10％，足以满足陶粒制备中膨胀产气的需要，使粉煤灰陶粒具有很好的膨胀性【21。在焙烧过程中，粉煤灰中的Si02包括石英继续与Na

5、oH生成Na2Si03，使粉煤灰壳层黏性增大，形成致密的外壳：另一方面，体系中存在的大量Na+与莫来石中电负性较强的O发生作用，生成了霞石矿物。Na2Si03和霞石矿物共熔体的生成显著降低了粉煤灰体系的熔点，提高了陶粒的强度。与常规方法制备粉煤灰陶粒的1100～1200℃焙烧温度相比，膨胀温度下降100～200℃。NaOH浓度越大，生成的Na2Si03越多，粉煤灰黏度越大，形成的壳层越致密。因此，卣于2m01，LNaOH活化的粉煤灰生料球生成的Na2Si03较少，无法达到膨胀陶粒所需的适宜黏度，也就无法制得膨胀陶粒；4mol／LNaOH活

6、化的粉煤灰生料球在1000℃时生成了过多的Na2Si03，黏度太大，出现过度烧结现象，可通过降低焙烧温度及减少焙烧时间来改善。焙烧温度越高，NaoH与si02生成的Na2Si03越多，粉煤灰黏性大，更易形成致密!外壳层，生成膨胀陶粒。因此，1000℃焙烧更易形成膨胀陶粒，与实验结果相符。3结论1．粉煤灰在碱性溶液中水热活化，生成了Na2Si03，使玻璃微珠表面粗糙化及形状非球化，既增加了泥料的黏性，也提高了泥料的塑性，易于造粒成型。2．高温焙烧时，NaOH与粉煤灰中的Si02组分生成的Na2Si03，可在粉煤灰壳层形成致密的外壳层，生成膨

7、胀陶粒，NaOH浓度越大，焙烧温度越高，越有利于形成膨胀陶粒。3．在焙烧过程中，体系中的Na+与粉煤灰莫来石中电负性较强的O发生作用，生成了霞石矿物，不但降低了粉煤灰体系的熔点，而且可在800℃的低温焙烧条件下制得高强耐磨陶粒。4．高强膨胀陶粒的最佳工艺参数为：粉煤灰／碱液质量比l：I，NaOH溶液浓度mol／L，80℃水浴下处理3h，蒸干多余水分后通过挤压滚圆法造粒，生料球于1000℃下焙烧15min，即可制得高强轻质膨胀陶粒。参考文献：【l】唐字香，陈文思．中日粉煤灰综合利用比较研究【J】．安徽农业科学，2010，38(36)：208

8、52-20854，20877．【2】都斐，赵大传轻质／超轻粉煤灰陶粒的研制及陶粒膨胀机理的探讨和应用∽功能材料，20lO，4l(s3)：518—523【3】齐元峰，岳钦艳，岳敏，等用于水处理填