利用粉煤灰制備輕質多孔陶粒工藝研究_董誠

1、第22卷第6期2008年11月山東理工大學學報(自然科學版)JournalofShandongUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vol.22No.6Nov.2008文章編號:1672-6197(2008)06-0054-03利用粉煤灰制備輕質多孔陶粒工藝研究董󰀁誠,許珂敬,李󰀁芳(山東理工大學材料科學與工程學院,山東淄博255049)摘󰀁要:以粉煤灰為主要原料,高嶺土、生石灰和玻璃粉為輔助原料,采用微波發(fā)泡法制備了水處理用多孔陶粒.研究了不同配方和不同燒結溫度等對陶粒氣孔率、強度等性能的影響

2、,得到了制造高氣孔率的多孔陶粒的最佳工藝條件.在最佳工藝條件下所制得的多孔陶粒的顯氣孔率為60%,閉氣孔率為10%,抗壓強度為9.5MPa.關鍵詞:多孔陶粒;粉煤灰;微波發(fā)泡;氣孔率;燒結中圖分類號:TB383文獻標識碼:APreparationoflight󰀁weightporoushaditesusingflyashDONGCheng,XUKe󰀁jing,LIFang(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,ShandongUniversityofTechnology,Zibo255049)Abstract:Thepor

3、oushaditesusedforwatertreatmentwerepreparedbymicrowavefoamingmethodwithflyashasmainmaterial,kaolin,quicklimeandglasspowdersasauxiliarymaterials.Theeffectsofdifferentbatchformulaanddifferentsinteringtemperaturesontheporosityandstrengthofhadieswerestudied.Theoptimalpreparationconditionswereachieved.Th

4、eapparentporosityofporoushaditespreparedunderoptimalpreparationconditionsis60%,thecloseporos󰀁ityis10%,thecompressivestrengthis9.5MPa.Keywords:poroushadites;flyash;microwavefoaming;porosity;sintering󰀁󰀁粉煤灰作為燃煤電廠的廢棄物,近年來逐漸被用于混凝土澆注、隔音材料等各種建筑材料,以及作為綜合處理污水的陶粒的原料.粉煤灰處理廢水的機理主要有吸附作用、接

5、觸凝聚作用和沉淀作用、過1濾作用以及貯灰場的自然凈化作用.隨著粉煤灰研發(fā)技術的日益成熟,粉煤灰水泥、混凝土摻和料、粉煤灰砌塊和粉煤灰陶粒已被人們重視和利用2󰀁5形成較大規(guī)模,大多用于復合屋面板和隔墻板.近年來,陶粒作為水處理填料得到了廣泛的應用,其用途主要有3種:(1)應用于曝氣生物濾池(BIOFOR)中生物陶粒載體;(2)應用于含油廢水處理的過濾材料;(3)代替?zhèn)鹘y(tǒng)水處理中深度處理用濾料.制備陶粒的原料多為粉煤灰、赤泥、污泥等污染廢棄物,價格便宜且環(huán)保,可行性強6󰀁8,.陶粒作為一但目前全國粉煤灰平均利用率僅有50%,仍有每年5000萬噸粉煤灰需占用土地或江河

6、、海域等,給環(huán)境造成嚴重的污染,因此加強粉煤灰的利用,開拓粉煤灰的利用途徑,仍是一個十分急迫的任務.國外陶粒品種中,粉煤灰陶粒約占總量的6070%.國內從50年代開始研究粉煤灰陶粒,至90年代中期已收稿日期:2008󰀁04󰀁24作者簡介:董誠(1987󰀁),男.種新型水處理多孔添料,主要的制備方法是燒結法和蒸養(yǎng)法.燒結法一般用于制備多孔陶粒,在原料中添加適量比例的固體炭等成孔劑,燒結后炭揮發(fā)而留下氣孔;蒸養(yǎng)法需要水泥作膠凝劑,多用于致密陶粒的制備.這些粉煤灰陶粒中所含粉煤灰量僅有50wt%左右.在前期研究工作的基礎上9󰀁10,原料

7、中第6期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁董󰀁誠,等:利用粉煤灰制備輕質多孔陶粒工藝研究55粉煤灰含量擬達70wt%,陶粒的氣孔率高達60%以上,氣孔孔徑較大(可達到毫米級),以滿足透光的要求.另一方面,為了使陶粒能夠漂浮在水面上,以滿足負載光催化劑后能降解水中油的需要,在原料中添加適量的玻璃粉使陶粒中形成部分閉氣孔,加工成橢球狀陶粒可以漂浮于水面.本文就粉煤灰陶粒的制備工藝作了較系統(tǒng)的研究.以粉煤

8、灰為基體原料,采用微波發(fā)泡法,對不同配方、發(fā)泡劑、水的添加量和燒結溫度等進行對比分析,從而確定水處理用多孔陶粒的最佳制備工藝.灰粘結成球.另外,為使陶粒易于燒結,加入少量生石灰,其添加量對陶粒氣孔率和陶粒狀況的影響見表1,當粉煤灰:生石灰為12:4時,陶粒的顯氣孔率最高,燒結狀況良好,適合水中長時間浸泡.表1󰀁生石灰的添加量對陶粒性能的影響粉煤灰與生石灰的質量比12:112:312:412:6顯氣孔率/%33.7%52.9%65.4%58.3%陶粒狀況松散,難成型較松散,長時間浸泡會掉粉有一定強度,可長時間浸泡強度較高,可長時間浸泡1󰀁實驗1.1󰀁

9、;原料及添加劑以粉煤灰、高嶺土、生石灰和玻璃粉為原料,少量TiO2為燒結助劑,NH4HCO3為發(fā)泡劑,水為粘結劑.1.2󰀁制備工藝將廢舊碎玻璃裝入球磨罐中破碎成粉.將上述原料按適宜的比例混勻并造粒,迅速放入微波爐中低火微波發(fā)泡23min.在馬弗爐中緩慢升溫至合適溫度,保溫1h.具體工藝流程如下:配料混勻成球發(fā)泡11注:粉煤灰:高嶺土=12:1,含水量30wt%;燒結溫度為1100󰀁,保溫時間1h.本研究中的多孔陶粒主要用于含油廢水的處理,要求所制備的陶粒能夠漂浮在水面上.而玻璃粉在800󰀁下就能熔融,因而若在原料中加入適量的玻璃粉后在大于1000

10、󰀁下燒結陶粒過程中就能在多孔陶粒中封閉部分氣孔,形成一定的閉氣孔,以減小陶粒的密度,達到漂浮目的.玻璃粉具體添加量與陶粒的關系見表2.表2󰀁玻璃粉的添加量對陶粒性能的影響粉煤灰與玻璃閉氣孔率/%9.111.411.910.5體積密度/g/cm30.720.680.660.69微波粉的質量比12:112:212:312:41.3󰀁性能測試采用煮沸法測陶粒的氣孔率,其中,顯氣孔率為P1=(m3-m1)/(m3-m2)󰀁100%,閉氣孔率為P2=P3-P1,真氣孔率為P3=(󰀁1-󰀁2)/󰀁

11、;1󰀁100%,其中:m1為干燥試樣的質量(g);m2為飽和試樣的表觀質量(g);m3為飽和試樣在空氣中的質量3(g);󰀁1為材料的真密度(g/cm);󰀁2為材料的體積密注:粉煤灰:高嶺土:生石灰=12:1:4,其它條件同表1󰀁注󰀁.綜合表2中各組陶粒的閉氣孔率、體積密度等因素,將原料配比選定為粉煤灰:玻璃粉=12:2.最終確定最佳原料配方為粉煤灰:高嶺土:生石灰:玻璃粉=12:1:4:2.2.2󰀁發(fā)泡劑的選擇及用量多孔陶粒的制備方法主要有成孔劑法和發(fā)泡法.成孔劑法是在成型過程中加入煤、炭、石墨、淀

12、粉或其它有機物等,在燒結過程中成孔劑隨著溫度的提高逐漸揮發(fā)而留下氣孔,這種氣孔的尺寸大小主要取決于原料的粒度大小,氣孔率取決于所添加的成孔劑的量,這種方法不易造成太大的氣孔.發(fā)泡法是在成型過程中加入發(fā)泡劑,在干燥過程中迅速發(fā)泡,燒結后得到多孔陶粒.多孔陶粒的氣孔率和氣孔大小主要取決于發(fā)泡劑的種類及其用量.本研究采用了發(fā)泡法,在原料中添加適量的發(fā)泡劑,成型后置度(g/cm3).采用WDW1020電子萬能試驗機測試樣品的抗壓強度.2󰀁結果與討論2.1󰀁原料配方為提高粉煤灰的利用率,在配料過程中盡量加大粉煤灰的用量.參考文獻4報道的陶粒中所含粉煤灰的量僅有50wt%左

13、右,而本研究中添加少量高嶺土來增加陶粒的粘性,從而使粉煤灰添加量高達70wt%.當粉煤灰:高嶺土為12:1(本文均為質量比56山東理工大學學報(自然科學版)2008年󰀁氣孔率的多孔陶粒.選擇了酵母粉、洗衣粉和NH4HCO3等作發(fā)泡劑.研究發(fā)現(xiàn)在相同情況下NH4HCO3作發(fā)泡劑,陶粒的氣孔率高,氣孔孔徑大、均勻,可以滿足負載光催化劑后光催化降解時需要透光率高的要求,故選定NH4HCO3作為發(fā)泡劑.當NH4HCO3的添加量為20wt%(本文均以原料總質量為基準)時,生料球經微波發(fā)泡有較多通孔出現(xiàn),表面凹凸不平;燒結后的陶粒強度較大,可經受長時間浸泡.2.3󰀁造粒過程

14、中水量的控制研究發(fā)現(xiàn),以NH4HCO3作發(fā)泡劑,當水量加至剛好能使粉料成球時,微波條件下發(fā)泡,孔少而小,效果不好.稍增加水量,發(fā)泡后生料呈半球狀,此時孔徑適中,比較均勻,合適的溫度燒結后能飄浮于水上,負載光催化劑后可用于含油廢水的處理,此時加水量為30wt%.當水的添加量過多時,發(fā)泡后生料塌陷成餅狀,燒結后難以漂浮.2.4󰀁燒結工藝燒結工藝影響著多孔陶粒的燒結性能、氣孔率甚至氣孔大小.溫度過高會導致氣孔過度收縮,因此,要使氣孔率盡量的大就需控制燒結溫度不能過高,但溫度過低陶粒的強度又難以達到要求,長時間浸泡于水中易有粉末脫落.表3為不同燒結溫度下(保溫1h)多孔陶粒的性能對比.

15、由表3可知,燒結溫度在1150󰀁效果較好,此時陶粒既能達到漂浮效果又有一定的強度.相同燒結溫度下,保溫時間的不表3󰀁不同燒結溫度對陶粒性能的影響燒結溫度/󰀁95010001050110011501200陶?，F(xiàn)象松散、未燒結黃色,漂浮深黃色,漂浮深黃色,漂浮黃褐色,漂浮褐色,沉底浸泡有少量粉末脫落基本燒結有一定強度較高高63.361.459.957.555.2強度顯氣孔率/%150󰀁,保溫1h所制得的多孔陶粒的顯氣孔率為60%,閉氣孔率為10%,抗壓強度為9.5MPa.這種多孔陶粒的外形照片見圖1,斷面SEM照片見圖2.圖1b

16、3041;多孔陶粒的外觀照片圖2󰀁多孔陶粒的斷面SEM照片3󰀁結論(1)以粉煤灰為主要原料,高嶺土、生石灰、玻璃粉等為輔助原料,NH4HCO3為發(fā)泡劑,采用微波發(fā)泡法可以制備高氣孔率的水處理用多孔陶粒.(2)制備高氣孔率的多孔陶粒的最佳工藝是:原料配比為粉煤灰:高嶺土:生石灰:玻璃粉=12:1:4:2,NH4HCO3的添加量為20wt%,加水量為30wt%,微波發(fā)泡23min,燒結溫度為1150󰀁,保溫1h.在該最佳工藝條件下所制得的多孔陶粒的顯氣孔率為60%,閉氣孔率為10%,抗壓強度為9.5MPa.參考文獻:1張建平,張振聲,尹連慶,等.粉煤

17、灰處理廢水機理及應用J.粉煤灰綜合利用,1996(4):33󰀁35.2方榮利,劉󰀁敏,周元林.粉煤灰泡沫玻璃發(fā)泡劑的研究J.粉煤灰綜合利用,2003(3):29󰀁32.3常艷萍,徐占森.再生資源粉煤灰的研究與應用J.安徽農學通報,2007,13(15):132󰀁133.同對陶粒的性能影響不大,保溫1h足以使陶粒燒結.研究發(fā)現(xiàn),燒結溫度對陶粒的顯氣孔率影響不大,每升高50󰀁約降低2%.研究中添加少量(以原料總量為基準時為1wt%左右)的TiO2粉末以起到降低燒結溫度的效果,添加后燒結溫度可降低約50󰀁

18、.在原料質量比為粉煤灰:高嶺土:生石灰:玻璃粉=12:1:4:2,NH4HCO3的添加量為20wt%,水加入量為30wt%,微波發(fā)泡23min,燒結溫度為1(轉60頁)60信水平下的實證檢驗的結果.山東理工大學學報(自然科學版)2008年󰀁表2󰀁上證綜合指數(shù)不同方法的比較方法RiskMetrics方法基于logistic分布的計算方法衰減因子0.950.970.950.97實際失敗天數(shù)16151514理論失敗天數(shù)11.3511.3511.3511.35LR值1.78891.12711.12710.60825󰀁結束語本文針對RiskMetrics方

19、法的不足給出了基于logistic分布的VaR計算方法,由于logistic分布在擬合標準序列的分布時明顯較正態(tài)分布更合適,因而基于該分布建立的VaR模型要優(yōu)于RiskMet󰀁rics方法,實證分析也支持了這一觀點.這里還想再談一點,由于VaR方法的核心在于對收益序列(不僅指原始的對數(shù)收益序列,也可以是LR值0.20220.07890.07890.0789表3󰀁香港恒生指數(shù)不同方法的比較方法衰減因子0.950.970.950.97實際失敗天數(shù)9777理論失敗天數(shù)7.757.7511.3511.35經過轉化后的所謂標準序列)統(tǒng)計分布的描述,因此,任何一個能很好地對

20、收益序列進行擬合的分布都可以拿來用于估計金融資產的在險價值.參考文獻:1JorionP.ValueatRiskM.Irwin,Chicago,1997.2Pritsker,Matthew.ThehiddendangersofhistoricalsimulationJ.FederalReserveBoardofGovernors,2006,30(2):561󰀁582.3MorganJP.Riskmetricstechnicaldocument,4theditionR.NewYork:MorganGuarantyTrustCompany,1996.4OluyedeBO.Inequa

21、litiesandcomparisonsofthecauchy,gauss,andlogisticdistributionsJ.AppliedMathematicsLet󰀁ters,2004,(1):77󰀁82.5KupiecPaul.Techniquesforverifyingtheaccuracyofriskmeas󰀁urementmodelsJ.JournalofDerivatives,1995,3(2):73󰀁84.RiskMetrics方法基于logistic分布的計算方法由上面的比較結果不難看出,95%置信水平下基于logistic分布的計算方法要