粉煤灰中漂珠的分离提取及应用
李超 王华 宋红梅 苏静
摘 要：概述粉煤灰漂珠的主要性能及主要分离提取工艺;阐述了粉煤灰漂珠在耐火、隔热、吸附等材料中的应用;进而展望其产业化应用前景。
关键词：粉煤灰;漂珠;提取分离
文章编号：2095-4085（2020）10-0060-03
随着我国燃煤发电逐年增长，粉煤灰作为电厂的主要固体废物排放量也逐年上升，因此对粉煤灰的资源再利用也显得十分重要。漂珠是粉煤灰中硅酸铝制空心微珠，具有质量轻、导热系数低、耐腐蚀、耐高温、亲水性等一些优点，在隔热、吸附等材料中得到应用[1，2]。
1 粉煤灰漂珠理化性能
根据微观型模和成分特征，粉煤灰能分离出玻璃微珠、不规则多孔玻璃体和未燃尽炭粒等颗粒类型。其中玻璃微珠包括硅铝制的空心或实心微珠、高铁质玻璃微珠（磁珠）、高钙玻璃微珠[3，4]，其中硅铝制空心玻璃微珠即为粉煤灰漂珠。粉煤灰漂珠在粉煤灰中占量较少，在0.5%～1.5%之间。
1.1 粉煤灰漂珠的物理性能
粉煤灰漂珠的形成机理还没有确切定论，粉煤灰漂珠外观呈银灰色，具有玻璃光泽或珍珠光泽的透明或不透明的空心球体，粒径主要分布40～100目之间，壁厚较薄，约占直径的5%～8%，内部中空或充满CO2，N2气体，密度小于1g/cm?，能漂浮水面[5]。热稳定性好，长时间在1000℃时粉煤灰漂珠大小和形状不会发生明显的变化。主要的一些物理性能如表1[6]。
1.2 粉煤灰漂珠的化学组成
粉煤灰漂珠的化学成分主要由SiO2，Al2O3组成，占比分别为60%和30左右，Fe2O3，MgO，CaO，K2O等组分占比比粉煤灰中占比小。其矿物成分主要为玻璃相和晶质相，结晶成分为莫来石和石英[7]。表2列出了山东省几个电厂的粉煤灰漂珠的化学成分组成。
2 粉煤灰漂珠分离提取工艺
粉煤灰漂珠的分离提取根据介质的不同可以分为干法分离和湿法分离。粉煤灰在堆放过程中会不可避免的掺入一些块状纤维状杂质，比如一些杂草、多孔灰渣、多孔碳粉等，密度多和粉煤灰漂珠相近，会干扰漂珠的分离，不管是干法分离还是湿法分离都要在分离之前去除掉这些杂质。因为这些杂质的体积一般大于粉煤灰颗粒，可以用20目的筛筛除杂质。
2.1 粉煤灰漂珠干法分离
干法分离是根据粉煤灰颗粒物理性能不同利用分级筛、电选机、风力分级机来提取粉煤灰漂珠的过程[6]，具体工艺流程如图1所示。
干法分离直接将收尘设备收集的粉煤灰颗粒经过分级筛，保留40～100目之间颗粒，筛出不规则颗粒，再经过电选机分离出碳粒，经过多次的磁选分离出具有磁性的磁珠，最后进入风力分选机分选出沉珠和漂珠。
2.2 粉煤灰漂珠湿法分离
湿法分离是根据粉煤灰中各颗粒密度不同以水为介质来分离漂珠的过程，粉煤灰漂珠的表观密度在0.40g/cm?～0.75g/cm?之间，要小于介质水的1g/cm?，粉煤灰中沉珠、磁珠、不规则颗粒、碳粒的密度均大于1g/cm?，只有漂珠能够漂浮水面，从而达到分离的目的。湿法分离工业流程具体如图2所示。
粉煤灰和水按照一定的水料比例进行搅拌混合，形成分散较为均匀的灰浆，在搅拌容器中静置一段时间，使得粉煤灰颗粒进行充分的沉降和漂浮，上浮到水面的即为漂珠，下沉到水底的为沉珠、磁珠、不规则颗粒和碳粒，静置完成后，对水面的漂珠进行打捞，并在干净通风的环境下进行干燥，待水分挥发完全，得到纯度较高的粉煤灰漂珠。
2.3 粉煤灰漂珠干湿法分离工艺对比
干法分离和湿法分离都能较高程度的提取粉煤灰漂珠，干法分离需要借助的设备多，分离过程复杂，难度较大，但是其提取率高，漂珠纯度高，分离过程中也将其它的粉煤灰玻璃微珠分离开来，提高了粉煤灰的综合利用率。其中的磁珠可以消除存在于传输线结构电路中的RF噪音，而且具有很高的电阻率和磁导率;沉珠可用于塑料行业，增加橡胶强度和耐磨度[5]。相对于干法分离来说湿法分离借助的设备少、操作简单、易于实现。缺点是周期长、得到的产品少。
2.4 粉煤灰漂珠的提纯
经过干法和湿法分离的粉煤灰漂珠中，还掺杂着一些多孔碳杂质，因其密度、大小和漂珠相近，干法分离和湿法分离都很难将其分离出来，可以用焙烧法来进行进一步的提纯处理，经过焙烧后的粉煤灰漂珠纯度能够达到95%以上[5]。
3 粉煤灰漂珠的综合应用
粉煤灰漂珠因其具有的物理化学特性，致其具有体轻、耐磨、无毒、分散性、流动性、耐水性、耐酸碱性、耐高温、电绝缘性、低导热系数等许多优良特性，自上世纪60年代起国内外对粉煤灰漂珠的應用研究热度一直不减[2]。
3.1 粉煤灰漂珠在耐火隔热材料中的应用
我国五十年代时，主要用轻质粘土砖作为热处理炉的隔热耐火材料，密度约在1.3g/cm?，容重大，且导热系数高、蓄热量大、缺点明显。七十年代时，高纯的高铝耐火纤维问世，能够耐1200℃的高温，一旦温度超过1200℃，纤维就会产生变形，收缩甚至粉化，且生产工艺复杂不成熟，制约推广发展。近年来粉煤灰漂珠因其热稳定性能优异、耐火温度高、导热系数小、密度小等优点被广泛应用于耐火隔热材料中。以粉煤灰漂珠为主要原料制成的体积密度为0.4g/cm?轻质耐火砖其各项热性能均优于体积密度为1.3g/cm?的轻质粘土砖[8]。
3.2 粉煤灰漂珠在吸附材料中的应用
粉煤灰漂珠表面呈蜂窝状，内部多孔，具有很大的比表面积，可以用作吸附材料来净化生活污水中的有害物质，其效果媲美活性炭。但由于会有一些不定量水分、有机基团和金属离子占据粉煤灰漂珠中的孔隙，从而影响了粉煤灰漂珠的吸附作用，降低了其污水处理的能力。对粉煤灰漂珠进行一些特殊处理，去除掉孔隙中的杂质，起到增加孔隙，增大比表面积的作用，从而激活粉煤灰漂珠对污水处理的能力，这些处理方式叫做活化。现在主要的活化方式分为物理活化法，包括机械球磨、微波辐射和高温活化等;化学活化法，如酸活化、碱活化及表面活性剂活化等。对粉煤灰漂珠进行一些特殊的改性处理，可以获得具有不同吸附能力的改性粉煤灰漂珠。
3.3 粉煤灰漂珠在轻质水泥、混凝土中的应用
粉煤灰漂珠因为其具有高稳定性、低密轻质、耐高温、流动性强、抗压强度高等优点使得其和水泥具有很好的配伍性，将粉煤灰漂珠作为轻质剂掺入到水泥浆体中，得到轻质水泥浆体，能够应用在低压地区的固井施工中。
粉煤灰漂珠也可以作为掺合料用在轻质混凝土当中，制备能够漂浮在水面上的混凝土构件，用于水面作业平台建设及沼泽地上通道建设等工程。
4 展 望
粉煤灰漂珠作为一种廉价的再生资源，具有优异的物理化学性能，且在越来越多的行业里得到了应用，但有碍于分离提取技术的不纯熟，影响了其向大规模产业化的发展进程，因此需要更深层次的研究探索新的分离提取技术，从而达到提高产量和纯度的目的。
参考文献：
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