摘 要：本文进行了钛白废酸处理后粉煤灰用作水泥混合材的实验研究。实验结果表明：酸处理粉煤灰可以提高粉煤灰的活性；掺10%酸处理粉煤灰的水泥具有最高强度。
关键词：粉煤灰，酸处理，废酸，混合材
分类号：TU528.0，X7，TQ09
0 前言
我国是一个以煤为主要能源的国家，每年要消耗大量的煤并排放出大量的粉煤灰。随着我国经济的发展和对电力需求的进一步扩大，粉煤灰的排放量快速递增；年排放量早已超过1亿吨。但是粉煤灰的利用率一直低下，且利用方式和技术也比较落后，以建材资源化为主。巨量的粉煤灰造成了严重的环保压力。没有得到利用的大量粉煤灰，多是以灰浆形式排往灰库堆积存放，对当地的环境和社会安全造成相当大的影响；同时也是严重的资源浪费。这些湿排灰的活性低，只能用于回填路基等。
我国的粉煤灰多是CaO含量低的F类，一般情况下，硅、铁、铝三种元素的氧化物占到了粉煤灰质量的70%以上。硅含量高的粉煤灰具有良好的火山灰活性，适宜水泥混合材、混凝土掺合料方向的资源化利用，目前很大部分粉煤灰就是通过这种途径处理的；而高铁、铝的粉煤灰，其火山灰活性相对较低，但却具有提取铁、铝的潜在可能。粉煤灰中含有大量的铁、铝组分，是难得的铁、铝矿再生资源；从粉煤灰中低成本提取出铁、铝，可实现粉煤灰的再生资源矿利用，对于缓解我国铁、铝矿资源严重不足的现状具有重要的意义。提取了铁、铝后的粉煤灰的性能如何变化，关系到这些粉煤灰的处置和利用方式，关系到这些粉煤灰是否会成为二次污染源。本文进行了利用钛白废酸提取铁、铝后的粉煤灰用作水泥混合材的实验研究。
1 实验用材料与制备方法
1.1 原材料
九龙干灰，取自重庆九龙电力公司灰库，煤粉锅炉排放的粉煤灰，袋装II级粉煤灰。主要化学成分见表1。
九龙库灰，取自重庆九龙电力公司灰库，煤粉锅炉排放的粉煤灰，多年湿排陈灰。105±5℃烘干后备用；主要化学成分见表1。
钛灰，取自某钛白粉公司自备电厂，循环流化床锅炉排放的粉煤灰，湿排。105±5℃烘干后备用。主要化学成分见表1。
蓝天熟料，取自重庆蓝天水泥厂，立窑水泥熟料，主要化学成分见表1。安定性合格。
富皇熟料，取自重庆富皇水泥厂，旋窑水泥熟料，SO3含量0.60%。安定性合格。
拉法基熟料，取自重庆拉法基水泥厂，旋窑水泥熟料，SO3含量0.50%。安定性合格。
钛白废酸，取自某钛白粉公司，含20% 硫酸，密度1250kg/m3。
1.2 酸处理粉煤灰的制备
将粉煤灰与20% 浓度的钛白废酸按1kg灰：3L酸的比例混合，以少量的氟化物为助溶剂，在95-102℃条件下处理2小时后，过滤分离、洗涤。将洗净后粉煤灰在105±5℃烘干即得酸处理粉煤灰；滤液可进一步加工成为聚合硫酸铝铁混凝剂，从而实现钛白废酸-粉煤灰的完全资源化利用。具体工艺流程见图1。
按上述方法分别制得处理库灰和处理钛灰两种酸处理粉煤灰。其化学成分见表１
1.3 实验用水泥的制备
将粉煤灰与熟料按比例配料，加适量石膏调节水泥中的SO3在3.0-3.2%范围内。然后球磨机中磨至0.08ｍｍ筛余为２.0±１.0％。
2 实验方法
按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》测试水泥的强度。
参照GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》计算粉煤灰活性指数。
3 实验结果与分析
3.1 酸处理粉煤灰用于立窑熟料
用蓝天水泥熟料与酸处理九龙库灰按表2中的比例分别制得水泥，比较酸处理后粉煤灰不同掺量对立窑水泥的强度性能指标影响。见表2。
实验结果表明，对于立窑水泥熟料，掺10%、20%和25%酸处理粉煤灰的水泥均具有比较良好的活性，活性指数分别达到102％、89％和87％。其中掺10%酸处理粉煤灰水泥的3d、28d的抗折、抗压强度全面超过硅酸盐水泥，这说明酸处理后粉煤灰具有非常良好的火山灰活性。
3.2 酸处理粉煤灰用于旋窑熟料
选用富皇旋窑水泥熟料，按表3中的比例制得实验用水泥，比较酸处理粉煤灰与九龙干灰对旋窑水泥强度性能指标的影响。实验结果见表3。
实验结果表明，对于旋窑水泥熟料，酸处理粉煤灰同样具有良好的活性。掺10%、15%酸处理粉煤灰水泥的活性指数分别达到了105％和92％；而掺10%、20%九龙干灰的水泥活性指数分别为96％和82％。掺10% 酸处理粉煤灰水泥的3d、28d强度全面超过硅酸盐水泥；而掺10% 九龙干灰水泥的3d、28d抗压强度均低于硅酸盐水泥的3d、28d抗压强度。与九龙干灰的对比说明，说明酸处理粉煤灰具有良好的活性。
3.3 不同种类的酸处理粉煤灰对水泥强度的影响
采用拉法基水泥旋窑水泥熟料制得实验用水泥，比较了酸处理库灰和酸处理钛灰这两种不同粉煤灰对水泥的强度性能指标的影响，见表4。
实验结果表明：1、两种经过酸处理后的粉煤灰在10%掺量时的活性指数均超过100％，说明酸处理可以使粉煤灰具有良好的活性；2、酸处理库灰明显优于酸处理钛灰，这说明粉煤灰的来源、质量对酸处理粉煤灰的活性具有很大的影响。
3.4 分析
表2、表3和表4的实验数据表明，酸处理粉煤灰具有良好的火山灰活性，掺入酸处理粉煤灰的水泥的强度甚至可以高于硅酸盐水泥的强度；酸处理粉煤灰在10%掺量具有最高的活性指数。
酸处理后粉煤灰火山灰活性的提高主要是因为：１、在酸处理粉煤灰的过程中，粉煤灰中的部分铁、铝溶出（见表1），提高了粉煤灰中活性硅的比例；２、粉煤灰中铁、铝的溶出也形成大量的新表面，提高了粉煤灰的比表面积。比较粉煤灰经过酸处理前后的形貌（图2-5），我们可以发现酸处理后的钛灰中出现了大量的蜂窝状颗粒；而酸处理后库灰颗粒表面严重粗糙，且有明显的因溶蚀而出现的孔洞。
