摘要(yao)：以粉(fen)煤(mei)灰、黏(nian)土(tu)為主料(liao)，添(tian)加不(bu)同比例(li)的(de)造(zao)孔劑煤(mei)矸(gan)石制備粉(fen)煤(mei)灰陶粒(li)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)。本文研究了煤(mei)矸(gan)石用(yong)量對(dui)粉(fen)煤(mei)灰陶粒(li)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)性能的(de)影響，結果表明，隨著煤(mei)矸(gan)石比例(li)的(de)提(ti)高，粉(fen)煤(mei)灰陶粒(li)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)的(de)燒失量、吸水率及比表面(mian)積逐漸增加，而堆積密度、強度和耐(nai)酸堿性逐漸減小。

0 前言

粉(fen)煤(mei)(mei)灰陶粒濾(lv)(lv)料(liao)是一(yi)種(zhong)球形人造濾(lv)(lv)材，是以粉(fen)煤(mei)(mei)灰為主料(liao)，添(tian)加(jia)一(yi)定量的粘結(jie)劑(ji)和(he)造孔劑(ji)，經混合、成球、燒結(jie)制(zhi)成。粉(fen)煤(mei)(mei)灰陶粒濾(lv)(lv)料(liao)表面(mian)粗糙堅硬，內部多微孔，密度(du)低、比(bi)表面(mian)積大、表面(mian)能(neng)高、吸附性(xing)強且易于(yu)再生，便于(yu)重(zhong)復利用，被廣(guang)泛應(ying)用于(yu)生活(huo)用水凈化、工業污水處(chu)理等行業。

造孔劑(ji)即氣孔形成(cheng)劑(ji)，是制備粉煤(mei)灰(hui)陶(tao)粒(li)濾料中常用(yong)的外加劑(ji)。陜西(xi)煤(mei)炭儲量豐富，煤(mei)炭掘進開采和洗煤(mei)過(guo)程中排出的廢棄物一煤(mei)矸石(shi)自身為可燃物，且燃盡(jin)后形成(cheng)氣孔，具有(you)造孔效果。

本文以工業廢(fei)料煤矸石為造孔劑，研(yan)究其用量對粉煤灰陶粒濾料性(xing)能的影響。

1 試驗(yan)原料及方法(fa)

1.1 原材料

試驗選用的(de)主料為(wei)(wei)渭北發(fa)電廠的(de)粉煤(mei)灰，粘結劑(ji)為(wei)(wei)可(ke)塑黏土(tu)，造(zao)孔劑(ji)為(wei)(wei)煤(mei)矸石(shi)，化學組成見(jian)表(biao)1，細度(du)見(jian)表(biao)2。

表(biao)1 試驗原材料的化學組成

樣品類別	SiO2	Al2O3	Fe2O3	TiO2	CaO	MgO	K2O	Na2O	SO3	l.O.I
粉煤灰	52.75	35.18	2.86	1.16	3.54	0.68	1.51	0.44		1.40
可塑黏土	63.21	18.65	3.56	0.67	0.54	1.15	2.91	0.94		7.92
煤矸石	54.39	16.27	3.48	4.98	1.99	1.14			1.94	15.24

表2 粉煤灰樣品細度測試(shi)結果

樣品質量/g	篩網規格/目	篩余質量/g	篩余率/%
55.683	325	8.156	16.65
51.163	300	6.831	13.32
51.336	250	4.188	8.16
50.182	200	3.610	7.19

1.2 試驗方法

試(shi)驗通(tong)過添加不同比(bi)例(li)的(de)(de)造孔劑煤矸石(shi)制備粉煤灰陶粒濾料，原理是利用(yong)煤矸石(shi)經過燒結發生(sheng)反應(ying)變(bian)成氣體逸出，使得(de)原本占據的(de)(de)空間成為氣孔。故要對煤矸石(shi)在燒結過程(cheng)中的(de)(de)變(bian)化進(jin)(jin)行研究，以便(bian)制定合(he)適(shi)的(de)(de)燒結工藝。本文(wen)對煤矸石(shi)進(jin)(jin)行了(le)TG-DTA分析，結果(guo)如圖1所示。

從圖1看出，在溫度為102~408℃階段(duan)，煤矸(gan)石附著水脫(tuo)出，形成(cheng)吸熱(re)(re)谷(gu)，在TG-DTA曲線(xian)上(shang)質(zhi)(zhi)量緩慢減少，在513℃處的吸熱(re)(re)谷(gu)由煤矸(gan)石脫(tuo)去羥基水，在513~741℃階段(duan)，TG-DTA曲線(xian)上(shang)質(zhi)(zhi)量大幅減少，此(ci)處有劇烈的放(fang)(fang)熱(re)(re)反(fan)應發生，在1067℃處又出現放(fang)(fang)熱(re)(re)峰(feng)，TC-DTA曲線(xian)上(shang)質(zhi)(zhi)量隨(sui)溫度變化微小。根據TC-DTA分析(xi)結果，設定(ding)燒(shao)成(cheng)溫度為1200 ℃，以(yi)保證原料(liao)各組分反(fan)應完(wan)全并(bing)趨(qu)于穩定(ding)。

1.3 試驗流程

試驗(yan)流程(cheng)見(jian)圖2。

(1)配料：將(jiang)原料分(fen)別破碎(sui)，使(shi)用球磨機磨細并過篩，將(jiang)粉煤灰、可塑黏土以一定的(de)比例(li)混合，分(fen)別摻(chan)人不(bu)同比例(li)的(de)煤矸石。

(2)混勻(yun)：將混合的原料用(yong)V35混料機混勻(yun)30min以上。

 (3)成型：使用BYJ800造(zao)粒(li)機進行球體顆粒(li)成型，水分(fen)控制在10%~15%。

(4)干(gan)燥：將制好的半成品顆粒在合(he)適的溫度和濕(shi)度下放置一段(duan)時間。

(5)燒(shao)結：使用箱式電阻爐(lu)在(zai)1200℃的燒(shao)結溫度(du)下，對干燥好的半成品(pin)顆粒進行(xing)燒(shao)結。

2 結果與討(tao)論

2.1 煤矸(gan)石含(han)量對粉煤灰陶(tao)粒濾料燒失率的影響(xiang)

由圖3可知(zhi)，隨著煤矸(gan)石比例的提高(gao)，粉煤灰(hui)陶粒濾料的燒(shao)失率(lv)逐(zhu)漸(jian)增加。這是由于(yu)(yu)煤矸(gan)石的燒(shao)失量大于(yu)(yu)粉煤灰(hui)和黏土，因而含量越(yue)高(gao)燒(shao)失率(lv)越(yue)高(gao)。

2.2 煤(mei)矸石(shi)含量對粉煤(mei)灰陶粒濾(lv)料吸水(shui)率(lv)和(he)比表面積的影響(xiang)

采用煮沸法測量粉(fen)煤(mei)(mei)(mei)灰陶粒濾料的吸(xi)水(shui)(shui)率，其結果如圖4所(suo)示。隨著煤(mei)(mei)(mei)矸石(shi)含量的增加(jia)，粉(fen)煤(mei)(mei)(mei)灰陶粒濾料的吸(xi)水(shui)(shui)率增加(jia)。這是因為(wei)煤(mei)(mei)(mei)矸石(shi)的含量越(yue)高，在燒結時，煤(mei)(mei)(mei)矸石(shi)中的碳與氧氣發生(sheng)了式(shi)(1)、(2)、(3)的化學(xue)反(fan)應(ying)，反(fan)應(ying)時產生(sheng)的氣體(ti)就越(yue)多，所(suo)以形成的粉(fen)煤(mei)(mei)(mei)灰陶粒濾料的微孔(kong)越(yue)多，比表面積也逐漸增加(jia)，導致樣(yang)品(pin)吸(xi)水(shui)(shui)率增加(jia)。

C+O₂=CO₂(1)

2C+O₂=2CO(2)

CO+O₂=CO₂(3)

2.3 煤矸石含量對粉煤灰陶粒濾料堆積密度(du)和(he)強度(du)的影響

采(cai)(cai)用CJ/T299-2008測(ce)(ce)試粉煤灰(hui)陶(tao)粒(li)濾(lv)料(liao)堆積(ji)密(mi)度。采(cai)(cai)取壓力機測(ce)(ce)試陶(tao)粒(li)濾(lv)料(liao)的強度，具體方法為：稱(cheng)取粉煤灰(hui)陶(tao)粒(li)濾(lv)料(liao)樣品約30g，倒入破碎室內，在5MPa壓強下測(ce)(ce)試，加壓1min，并(bing)保壓2min，測(ce)(ce)試結果見圖5。

由圖5可得，粉煤(mei)(mei)灰陶(tao)粒濾(lv)料堆(dui)積(ji)密(mi)度隨著煤(mei)(mei)矸石用量的(de)提高(gao)而(er)減小，這是因為煤(mei)(mei)矸石含量的(de)提高(gao)使(shi)陶(tao)粒濾(lv)料的(de)微孔增多，從而(er)使(shi)堆(dui)積(ji)密(mi)度下(xia)降(jiang)。微孔增多的(de)同時(shi)，造(zao)成粉煤(mei)(mei)灰濾(lv)料內(nei)部(bu)物質之(zhi)間的(de)連接點減少，使(shi)陶(tao)粒濾(lv)料的(de)強度下(xia)降(jiang)，破碎率增加。

2.4 煤矸石含量對粉(fen)煤灰(hui)陶粒濾料耐(nai)酸率和耐(nai)堿(jian)率的影(ying)響

由(you)圖6可(ke)知，隨(sui)著(zhu)煤(mei)(mei)矸(gan)(gan)石用(yong)量(liang)的(de)(de)提(ti)高，強酸(suan)(suan)堿(jian)腐蝕率增加。這是因為隨(sui)著(zhu)煤(mei)(mei)矸(gan)(gan)石含(han)量(liang)的(de)(de)提(ti)高，粉煤(mei)(mei)灰陶粒(li)濾料孔隙(xi)逐漸增多(duo)，比表面(mian)(mian)積(ji)增加，酸(suan)(suan)堿(jian)可(ke)接觸的(de)(de)面(mian)(mian)積(ji)大(da)大(da)增加，造(zao)成粉煤(mei)(mei)灰陶粒(li)濾料的(de)(de)強酸(suan)(suan)堿(jian)腐蝕率增加，耐酸(suan)(suan)堿(jian)性(xing)減小，其中(zhong)鹽酸(suan)(suan)可(ke)溶率高于(yu)燒堿(jian)可(ke)溶率，表明耐堿(jian)性(xing)要好于(yu)耐酸(suan)(suan)性(xing)。

3 結論

粉煤(mei)灰陶(tao)粒(li)濾料的燒失(shi)率、吸(xi)水率及比表面(mian)積隨著(zhu)煤(mei)矸石(shi)比例(li)的提高(gao)逐漸增加，但燒失(shi)率增加幅(fu)度(du)逐漸減緩，而(er)堆積密度(du)、強度(du)和耐(nai)(nai)酸堿性卻不斷降低(di)，其中耐(nai)(nai)堿性要(yao)好于耐(nai)(nai)酸性。