粉煤灰資源利用的灰色預(yù)測模型

粉煤灰資源利用的灰色預(yù)測模型

0粉煤灰排放量預(yù)測碳灰粉俗稱碳灰，是由火力廠排放的工業(yè)廢物。近年來,隨著資源需求量的增加,粉煤灰產(chǎn)量呈逐年上升趨勢。中國1995年粉煤灰排放量約1.25億t,2000年粉煤灰排放量約1.5億t,2009年粉煤灰排放量約3.75億t,根據(jù)灰色預(yù)測模型估計(jì)到2020年中國粉煤灰排放量將達(dá)到9億t。如果不對粉煤灰加以處理,一旦排放到環(huán)境中,將會(huì)對水,空氣、土壤造成不同程度的污染和破壞,同時(shí)對生物體也產(chǎn)生極大危害。因此如何合理利用粉煤灰,實(shí)現(xiàn)廢棄資源的再度利用已迫在眉睫。1碳灰粉的物理性質(zhì)1.1粉煤灰的密度粉煤灰的顏色一般分為灰色和灰黑色,顏色較深是由于粉煤灰中的炭粒未完全燃燒。粉煤灰形狀各不相同,粒度大小不等,粒徑一般在0.5~300.0μm,視密度為1.0~1.8g/cm3,密度大多為2.1~2.6g/cm3,粉煤灰經(jīng)高溫形成的過程中,由于煤粉表面張力的作用,大部分顆粒呈現(xiàn)微球狀,表面極不平均,微孔較少,凸凹不平。一些分子在熔融狀態(tài)下相互碰撞形成表面粗糙,棱角很多的蜂窩狀粒子聚合態(tài),故粉煤灰具有很大的比表面積和較高的吸附活性。1.2粉煤灰的化學(xué)成分粉煤灰是一種火山灰質(zhì)的混合材料,來源于煤中無機(jī)成分,而煤中無機(jī)成分以黏土礦為主,還含有少量的黃鐵礦、方解石、石英等礦物。故粉煤灰化學(xué)成分以SiO2,Al2O3為主(約占80%),其它成分為Fe2O3,CaO,MgO,TiO2,K2O,Na2O,P2O5,MnO2,SO3。不同年代的煤通過不同燃燒工藝,所產(chǎn)生的氧化物含量也不盡相同。粉煤灰的化學(xué)成分見表1。2關(guān)于碳灰粉的綜合利益現(xiàn)階段,對粉煤灰研究的重點(diǎn)主要集中在農(nóng)業(yè),建材和建筑,化學(xué)工業(yè),環(huán)境保護(hù)等方面。2.1粉煤灰與運(yùn)動(dòng)粉煤灰是一個(gè)巨大比表面積的孔體,能對水、肥、氣、熱進(jìn)行保存和傳導(dǎo)。向土壤中加入適量粉煤灰時(shí),土壤視密度、比重和飽和導(dǎo)水率顯著增加,通氣性提高,且粉煤灰中含有植物生長的多種礦物質(zhì),如Mg,N,B,Fe,Ca等元素,施加到土壤中能提高土壤的營養(yǎng)含量,改善土壤物化性質(zhì),提高土壤肥力。MahaleNK等通過盆栽實(shí)驗(yàn)研究,表明粉煤灰含量10%~60%能提高種子的發(fā)芽率。粉煤灰也能改善土壤的pH,提高孔隙率,降低土壤的體積密度。2對添加劑或加電劑粉煤灰是礦物質(zhì)燃燒的直接產(chǎn)物,富含礦質(zhì)元素,可替代部分肥料的添加劑或通過對其電磁場處理,能得到一種很好的復(fù)合肥。到目前為止已研制粉煤灰硅肥、粉煤灰氮磷肥、粉煤灰磁化肥、粉煤灰復(fù)混肥、粉煤灰磁化復(fù)混肥,使用后,作物能明顯增產(chǎn),且肥效作用較長。2.2在其他方面的應(yīng)用粉煤灰混凝土由水泥、砂石以及摻入一定量的粉煤灰配制而成。譚學(xué)生研究表明,在配制混凝土復(fù)合材料時(shí),加入適量的粉煤灰能提高混凝土的抗?jié)B性、抗沖磨性和抗腐蝕性,同時(shí)能減少水泥用水量,增強(qiáng)漿體的體積功能、調(diào)節(jié)凝膠量和凝膠過程的功能、填充漿體孔隙和堵截毛細(xì)功能等,故在土木工程、水利工程、建筑工程、預(yù)制混凝土制品、預(yù)拌混凝土方面有較廣泛的應(yīng)用。2粉煤灰的質(zhì)量粉煤灰磚是以粉煤灰為主要原料,再摻入其它工業(yè)廢渣,經(jīng)過配料、混料、干燥成型以及焙燒工序而制得的多孔磚或空心磚。張澤等研究表明高摻量粉煤灰燒結(jié)磚具有外觀整齊、強(qiáng)度高、重量輕等特點(diǎn)。薛峰利用凍融循環(huán)方法對蒸壓粉煤灰進(jìn)行研究,表明經(jīng)過15次凍融循環(huán)后,質(zhì)量損失率不超過2%,強(qiáng)度損失率不超過20%,達(dá)到國家JC239—2001《粉煤灰磚》的標(biāo)準(zhǔn)。3聚羧酸鹽減水劑粉煤灰的化學(xué)成分是具有活性的SiO2,Al2O3和CaO等硅酸鹽材料,可以代替部分黏土作為生產(chǎn)水泥的原料。李榮佳研究表明80%的普通硅酸鹽水泥,20%的粉煤灰,外加0.3%聚羧酸鹽減水劑制成的水泥漿強(qiáng)度與普通水泥相當(dāng),成石率略高。蘇立輝對粉煤灰水泥的水化研究表明,適當(dāng)添加粉煤灰能改善砂漿密度,增加試件強(qiáng)度。楊志賓等采用活化處理和外加改性劑的方法,制成了摻量為40%~50%的粉煤灰水泥,測試表明能提高粉煤灰水泥體系的流動(dòng)性,降低用水量,增強(qiáng)潤滑、耐腐蝕性。4墻砂漿和抹面砂漿粉煤灰作為砂漿中的材料,可以減少水泥、石灰或砂的用量,一般砂漿按其作用分為砌墻砂漿和抹面砂漿,且砌墻砂漿的用處較廣。劉美燕等通過向砂漿中摻入活化的粉煤灰對其耐久性能進(jìn)行研究表明,隨苯板EPS摻量的增加,EPS粉煤灰砂漿的吸水率減小,軟化系數(shù)增加,干燥收縮值明顯降低,抗化學(xué)腐蝕性能增強(qiáng),試樣表面分化程度減弱。5蒸壓煤灰陶粒的利用粉煤灰陶粒是以粉煤灰為主要成分,加入其它原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而形成的顆粒。高德梅采用蒸壓法利用粉煤灰粉合成的陶粒進(jìn)行研究,表明蒸壓煤灰陶粒可用于輕骨料混凝土,樓層隔音,水處理濾料以及含磷廢水、含氯廢水、含油廢水的處理,另外還具有保溫、阻燃特性,可以用來生產(chǎn)陶粒墻體,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。6粉煤灰發(fā)泡劑粉煤灰泡沫玻璃是以粉煤灰為主要原料經(jīng)燒制而成的新型建筑材料。張勛芳等運(yùn)用粉末燒結(jié)法合成泡沫玻璃,具有隔音、保溫、質(zhì)輕、耐腐蝕、耐磨、抗折強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。ChenBo等研究了以CaCO3作為發(fā)泡劑,制作粉煤灰含量不等的泡沫玻璃,結(jié)果表明在800℃條件下,粉煤灰含量越高,視密度越低,孔隙率越高、玻璃的強(qiáng)度越高。且泡沫玻璃可作大型浮雕材料,通過制成大塊材料,在需要時(shí)可隨意切割。7雜化型材料的制備FGJ-高功能拒水粉是由首都師范大學(xué)研制的一種新型的分散性防水材料。它以粉煤灰為主要原料,輔以少量的化學(xué)添加劑、助劑,經(jīng)過物化作用處理形成的具有特定表面結(jié)構(gòu)的分類雜化型材料。龔正把抗拒粉用于屋面防水,實(shí)踐表明建筑拒水粉防水屋面的防水效果非常好,具有保溫、隔熱、抗震、抗裂、耐低溫、耐老化等特性,可用于地面防潮、地下工程防潮抗?jié)B等。8粉煤灰臺(tái)背施工回填粉煤灰具有干密度低、透氣性大、黏結(jié)性小、活性高等特點(diǎn),是工程回填中的優(yōu)質(zhì)填料。趙聯(lián)芳總結(jié)了輕質(zhì)粉煤灰在大橋臺(tái)背回填中的應(yīng)用,表明輕質(zhì)粉煤灰通過固化劑施工成型后,能夠抵御外界水的作用,提高臺(tái)背回填的剛度,加強(qiáng)結(jié)構(gòu)物與剛度過渡。王雷研究液態(tài)粉煤灰在臺(tái)背施工回填中的性能表明,液態(tài)粉煤灰能解決臺(tái)背不易壓實(shí)和不均勻沉降的問題。程改艷總結(jié)了粉煤灰在公路工程中的應(yīng)用,表明粉煤灰密度小、透氣性、穩(wěn)定性好,是路基填方的好材料。2.3鋁炭纖維的制備粉煤灰中SiO2和Al2O3總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到80%,其中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%~50%,是制備鋁制品的較好的資源。主要通過以硫酸浸取法和石灰石燒結(jié)法和堿石灰燒結(jié)法進(jìn)行提取。蘇雙青等通過采用兩步堿熔法,從高鋁粉煤灰中制備氫氧化鋁制品,化學(xué)分析表明,該氫氧化鋁制品符合GB/T4294—1997規(guī)定的一級標(biāo)準(zhǔn),且該方法避免了粉煤灰的高溫?zé)Y(jié)過程,生產(chǎn)耗能低。2通過堿熔融-水熱合成法分子篩是結(jié)晶型的硅鋁酸鹽,具有均勻的孔隙結(jié)構(gòu),含有大量結(jié)晶水,又稱沸石。目前人工合成的多達(dá)一二百種,主要包括方鈉型沸石,八面體沸石、絲光體沸石、高硅型沸石等,王天翔等通過水熱合成法,利用粉煤灰合成P型沸石分子篩,并得出最佳的合成條件為晶化時(shí)間16h,堿度0.15M,液固比9∶1。崔杏雨等通過堿熔融-水熱合成法合成4A沸石分之篩,晶相單一且結(jié)構(gòu)完整。分子篩能夠提供很高的活性和特殊的選擇性,在工業(yè)催化中,具有重要的地位。3粉煤灰的表面改性粉煤灰橡塑復(fù)合材料是以粉煤灰作為無機(jī)填料與高分子材料融合形成的一種新型材料。劉俊紅等總結(jié)了粉煤灰在高分子填充方面的研究,表明對粉煤灰進(jìn)行表面改性,可增強(qiáng)其與橡塑之間的相容性,提高填充量。DasguptaM等研究粉煤灰作為橡膠制品的填料表明,粒徑為0.074mm,Al2O3,Fe2O3含量越高的粉煤灰對橡膠制品的填充效果較好,且粒徑較小、比表面積較大、限制橡塑大分子運(yùn)動(dòng),對橡塑制品的增補(bǔ)性提高明顯。4粉煤灰作為填料生產(chǎn)紙張的方法粉煤灰中含有未完全燃燒的煤粒,顆粒形狀多為片狀,粒徑較小,與煅燒過的高嶺石類似,可作為生產(chǎn)紙張的填料。付建生等通過實(shí)驗(yàn)研究表明,利用粉煤灰作填料生產(chǎn)的紙張能提高緊度、耐磨指數(shù)、不透明度。粉煤灰與傳統(tǒng)填料相比,材質(zhì)松軟、密度較低、表面光滑、沒有棱角,對造紙網(wǎng)幾乎沒有損害。2.4皂素廢水的cod和色度去除率粉煤灰去除廢水中的有害物質(zhì)主要通過物理吸附,但在一定條件下,也伴隨一定的絮狀沉淀和過濾作用。劉智峰等以粉煤灰的投入量,pH,溫度為變量,對皂素廢水的COD和色度去除率進(jìn)行研究。結(jié)果表明粉煤灰處理皂素廢水的最佳投料量為10.0g/L,最佳pH為7,反應(yīng)的最佳溫度為20℃,粉煤灰的比表面積大,表面能高,有很強(qiáng)的物理吸附和化學(xué)吸附能力,能對污水中的有機(jī)和無機(jī)物進(jìn)行吸附而將其去除。2脫氮吸附劑和污染物清除效果粉煤灰的主要成分是SiO2,Al2O3,MgO,CaO等,在有水的情況下粉煤灰可以與堿金屬或堿土金屬發(fā)生硬性反應(yīng),生成多孔白色結(jié)晶物,有很大的比表面積,促進(jìn)與Ca2+和SO2反應(yīng)。唐冰等運(yùn)用粉煤灰制作脫氮吸附劑,表明引入氯離子能夠提高吸附劑去除氮氧化物的效果。彭敏研究了粉煤灰對制備鈣基脫硫劑的水熱固相反應(yīng)的自催化性能,表明其表面納米級的SiO2,Al2O3,CaO微粒為形成硅鋁酸鈣