莫來石在粉煤灰堿性溶液中的反應(yīng)行為

1、瑚lNo5粉煤灰綜合利用FLYASHCOMPREHENSIVEUTILIZATION■蟹圜——————————————————————————————————————————————————————————————————～莫來石在粉煤灰堿性溶液中的反應(yīng)行為王華張強宋存義(北京科技大學(xué)資源工程學(xué)院，北京100083)摘要：研究了粉煤灰中的莫來石在不同反應(yīng)溫度和時間的穩(wěn)定行為。結(jié)果表明，在150。C和200％合成條件下，奠來石為不穩(wěn)定相，

2、它們與粉煤灰中的玻璃相和石英一樣，溶解于堿性溶液中，并與Na結(jié)合形成方沸石、水化方鈉石和水化霞石，或這些礦物的引導(dǎo)體。關(guān)鍵詞：粉煤灰，莫來石沸石，NaOH溶液中圍分類號：0741一2文蔭標(biāo)識碼：A文章編號：l(X)5—8249(92001)05—0024—041前言粉煤灰中sin、A1203、Fe203三種成分占70％以上，主要由非晶態(tài)玻璃相構(gòu)成，結(jié)晶礦物包括a石英和奠來石等。根據(jù)Katz的研究，在強堿性溶液中活‘化粉煤灰可提高粉煤灰的

3、活性，并由于沸石增強相的形成而顯著地提高水泥體的機械強度。粉煤灰的沸石化通常在堿性溶液中進(jìn)行，因條件不同，合成沸石種類也不同“。根據(jù)Catalfamo等人”1的研究結(jié)果，奠來石不利于沸石的形成，因此，在利用粉煤灰合成沸石時，應(yīng)限制莫來石的含量。MiehSinger41采用100℃的合成溫度研究了莫來石的變化，結(jié)果表明，反應(yīng)進(jìn)行至50h時，莫來石的XRD峰值仍無減弱的跡象。Shigemoto51采用高溫熔融粉煤灰然后于常溫下與堿性溶液反應(yīng)

4、合成沸石，證明奠來石仍然為穩(wěn)定礦相。從現(xiàn)有文獻(xiàn)資料看，由于合成溫度較低，一般s100℃，在此溫度下，莫來石具有較強的穩(wěn)定性。另一方面，莫來石是粉煤灰中唯一含鋁的結(jié)晶相，占鋁含量的40％“。因此，有必要研究粉煤灰中莫來石相于高溫下的穩(wěn)定性能，但至今尚未見此類研究報導(dǎo)。本文采用3MNaOH溶液與粉煤灰的混合體系，研究了莫來石于150℃和2000c條件下的穩(wěn)定性能，初步提出了粉煤灰合成沸石過程中莫來石的反應(yīng)模式。2實驗方法2陳丈新t壤和環(huán)境微

5、生物學(xué)北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，23—34農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)晨1997，53(3)：26—293胨世寶華路，白磚玉等有機質(zhì)在土壤重金屬污染治理中的應(yīng)用Ⅱfeet0f輒qj婦唱BlackSoilAmended姆nyAshOilEcologicalFaetotsinWinterWheatD／ngJmlMaXirordn92【1Institute礦49roecdo射“，Collegeof學(xué)andScience，醌班”FUnivers毋，脅“g幽m，310

6、029；2DepogttrletttofAgrontwO，Renanhgri_[vltureUn&ers毋，‰跏m450002)Abstract：EffectofShajiangBlacksoilamendedbyflyashOil試nterwheatecdo母c止factorsⅧ咖died曲useofhdtrrelcultivatedexperiment‰resuhshowedthatflyashappliedinShaiiangbl

7、acksoilcoulddecreasesoildensitysoilpropoitloltandclayparticlec町Ite呲nardincreosesoiltotalpolosilycapillaryporosityandcod]ficientofsoilsatttrationconductivewnterThesimulationequationsbetveen出e眈eed豫iealfaeiorsandthe躕刪《nvasl

8、aⅥe托伊in商Inthesexnetime，changingsituationsofsoiltemperatu陀，soitwatercorrteatthentRDkr0fsoilmicrcorganismindevelopingprooessofwheatw∽studiedKey悻on出：FlyashWinterwhealShajiangbheksoil，SoilamendmentEoologiealfactors收稿日期：2001m

9、14怍者簡介：T華，1964年生，高工工學(xué)博士，^L事資源綜臺利用研究24萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)2∞lNo5粉煤灰綜合利用nⅣASH00MPR咖NSI、砸UIⅢJZAlloN于L50。C和2腫屯反應(yīng)l一24h溶液中AJ含量變化；圖5和圖6為溶解酸組分中si、Al、№含量變化。30—25j20■15托】0“5025三20粵I5翌lo=50善1毒L運o=oO4812162024反應(yīng)時間(h)圍3溶液中野含量變化D812l620反應(yīng)時間(h)圖4藩

10、液中AJ含量變化02反應(yīng)時間(h)圈5溶解酸組份的Na／Si摩爾比反應(yīng)時同thJ胡6溶解酸組份的AI／Si牽爾比33實驗分析從表l、圖1和圖2可以看出：當(dāng)反應(yīng)溫度為150℃和200qc時結(jié)晶礦物的組成發(fā)生變化，在粉煤灰石英莫來石與NaOH溶液混合體系，莫來石XRD26峰逐漸減弱，直到完全消失。這表明在粉煤灰水熱合成反應(yīng)過程中，莫來石緩慢溶解于NaOH溶液中，但與石英的溶解速度相比，顯得相對較慢。當(dāng)反應(yīng)溫度為150屯時，方沸石首先結(jié)晶，至

11、12h達(dá)到最大結(jié)晶。之后，含量不斷減少，有被水化方鈉石取代的趨勢；當(dāng)反應(yīng)溫度為200℃時，體系反應(yīng)2h后，XRD結(jié)果表明結(jié)晶礦物只有方沸石，但反應(yīng)進(jìn)行至4h即基本消失，水化方鈉石開始結(jié)晶，并在反應(yīng)進(jìn)行至8h左右達(dá)到最大結(jié)晶度，且伴有少量水化霞石結(jié)晶，至16h，水化方鈉石基本消失，水化霞石的結(jié)晶度隨反應(yīng)進(jìn)行逐漸增加。這說明在莫來石粉煤灰與堿溶液體系中，隨反應(yīng)溫度和時間增加，合成礦物由方沸石經(jīng)水化方鈉石向水化霞石過渡。從圖3和圖4可以看出，

12、在水熱合成反應(yīng)初期，溶液中的Si濃度較低，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到8h左右，si的濃度達(dá)到最小值，之后基本保持一定值；而AJ的濃度在反應(yīng)初期即減少，在反應(yīng)進(jìn)行至10h附近達(dá)到最小值，之后基本保持一定，或呈徐徐減少的趨勢。圖5和圖6為溶解酸組分中的Na／Si和AJ／Si摩爾比值隨反應(yīng)時間和溫度的變化情況。從圖中看出，Na／Si和A1／si的比值在反應(yīng)初期都經(jīng)過了一個上升期，之后基本圍繞某一數(shù)值小幅渡動。這說明粉煤灰堿性溶液體系中，粉煤灰中的Si、^J

13、不斷溶解，并與Na結(jié)合形成沸石。當(dāng)溶液中的舢、si和Na比達(dá)到某一值時，溶液與固相達(dá)成平衡，即粉煤灰中的玻璃相、石英和莫來石中Al、si組分溶解速度與A1、Si、Na組分構(gòu)成的非晶態(tài)物質(zhì)形成沸石的速度基本相等。但是，在粉煤灰石英一莫來石NaOH溶液體系中，由于溶液和溶解酸組分中A1含量隨反應(yīng)時間的變化很小，Al在溶液相和非晶態(tài)相(引導(dǎo)體)中的分布模式尚待深入研究。從圖5和圖6還可以看出，溶解酸組分的Na／Si和AI／Si的摩爾比值與根據(jù)