粉煤灰是煤在高溫燃燒過(guò)程中，所含有的無(wú)機(jī)礦物通過(guò)灼燒后主要形成玻璃體和晶體礦物，其中玻璃體所占比例最大，含量約為50%~80%；主要的晶體礦物有莫來(lái)石，是粉煤灰的主要活性部分，還含有石英、無(wú)水石膏、赤鐵礦等。從爐中排出的粉煤灰原灰表面的大量Si-O-Si鍵與水相互作用后產(chǎn)生大量的羥基，這使粉煤灰表面具有顯著的親水性、表面化學(xué)活性和吸附性。

　　1、粉煤灰作為無(wú)機(jī)填料的特性

　　（1）在形狀以及顏色方面，粉煤灰是微細(xì)球形的固體顆粒，其顏色會(huì)隨著含碳量從低到高呈現(xiàn)為乳白色至灰黑色。

　　（2）在粒度和細(xì)度方面，粉煤灰的粒徑范圍為0.5~300μm。也可以根據(jù)需求，對(duì)煤灰進(jìn)行收集、粉碎、研磨、分選以及細(xì)化等步驟，對(duì)粉煤灰進(jìn)一步處理。

　?。?）在比表面積方面，粉煤灰的比表面積變化范圍為1500~5000cm2/g，具有較大的表面積，對(duì)于分散性能以及填充補(bǔ)強(qiáng)效果等方面均具有加強(qiáng)功效。

　　（4）在密度方面，普通粉煤灰的真密度為1.8~2.3g/cm3，堆積密度的變化范圍為0.6~0.9g/cm3，振實(shí)后的堆積密度的變化范圍為1.0~1.3g/cm3。

　?。?）對(duì)于粉煤灰的物理性質(zhì)，其顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比表面積較大，具有較高的吸附活性。

　　2、粉煤灰常用表面改性方法

　　粉煤灰擁有蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，但含有大量性能較穩(wěn)定的二氧化硅、氧化鋁等成分，所以其應(yīng)用范圍和應(yīng)用效果會(huì)受到限制。為了增加粉煤灰的附加值以及利用率，實(shí)際生產(chǎn)中，需要對(duì)粉煤灰進(jìn)行表面改性或結(jié)構(gòu)改性處理，常用的表面改性方法有：

　　（1）機(jī)械力學(xué)法

　　機(jī)械研磨方法屬于物理方法。該方法主要利用粉碎，研磨等機(jī)械方法對(duì)粉煤灰的顆粒進(jìn)一步加工，使其顆粒粒徑細(xì)化并均勻分散。機(jī)械加工方法可使粉煤灰顆粒Al2O3和SiO2等進(jìn)一步暴露在外，增加其比表面積，提高粉煤灰的表面活性和物理吸附性能等。粉煤灰的機(jī)械物理改性方法，對(duì)于粉煤灰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的改變具有限制性，因此活性提高幅度較小。

　　（2）高溫處理法

　　在適當(dāng)?shù)母邷貤l件下，使粉煤灰內(nèi)部的水分揮發(fā)，同時(shí)也會(huì)使一些封閉的氣孔打開，增加粉煤灰的孔隙率，提高粉煤灰的活性。但粉煤灰的某些結(jié)構(gòu)也會(huì)在高溫下遭到破壞，從而使粉煤灰的某些性質(zhì)產(chǎn)生改變。因此，高溫處理粉煤灰，具有一定的局限性，溫度需要適當(dāng)控制。

　　（3）酸堿改性法

　　酸堿改性方法分為酸改性法和堿改性法。這兩種處理方法相似，都是將粉煤灰放入酸溶液或堿溶液中，在一定時(shí)間和反應(yīng)條件下發(fā)生反應(yīng)，然后再通過(guò)洗滌、過(guò)濾等步驟形成改性粉煤灰。無(wú)論是酸溶液還是堿溶液均會(huì)破壞粉煤灰的表面結(jié)構(gòu)，增加空隙率，同時(shí)將粉煤灰的活性物質(zhì)進(jìn)一步分解和暴露在外，從而提高粉煤灰的表面活性。

　　（4）表面包覆改性方法

　　粉煤灰的表面包覆改性方法通常是通過(guò)改性劑與粉煤灰顆粒相互作用完成改性。該方法的作用機(jī)理分為物理作用和化學(xué)作用，前者主要通過(guò)分子之間的作用力相結(jié)合，主要包括表面的深覆和吸附，后者是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附產(chǎn)生改性作用，主要是表面的取代、接枝和聚合等。表面包覆改性方法對(duì)粉煤灰的改性效果較好，是粉煤灰改性技術(shù)中常用方法之一。

　　3、粉煤灰表面改性工藝

　　（1）干法改性

　　粉煤灰干法改性具體操作就是，將粉煤灰倒入高速攪拌機(jī)中，在一定的溫度和轉(zhuǎn)速下加入改性劑，使得改性劑包覆在粉煤灰外表面的過(guò)程。

　　干法改性主要機(jī)理是粉煤灰在高攪機(jī)作用下借助分子之間作用力相結(jié)合，干法改性耗時(shí)短，操作簡(jiǎn)便，不借助反應(yīng)溶劑，適合粉煤灰大量改性的過(guò)程。但是干法改性也存在改性成功率低，改性過(guò)程中污染環(huán)境的問(wèn)題。代表的改性粉煤灰是用硅烷偶聯(lián)劑等小分子改性劑改性粉煤灰的過(guò)程。

　　（2）濕法改性

　　粉煤灰濕法改性與干法改性不同，它需要借助一定的反應(yīng)溶劑來(lái)完成，濕法改性就是將粉煤灰和改性劑以及反應(yīng)溶劑加入到燒瓶中，在一定的溫度下反應(yīng)一定的時(shí)間，使得改性劑與粉煤灰實(shí)現(xiàn)包覆或鍵合。

　　濕法改性的作用機(jī)理是化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附，主要是粉煤灰表面官能團(tuán)的取代、接枝和聚合反應(yīng)等，濕法改性成功率高，無(wú)論是大分子改性劑和小分子改性劑改性粉煤灰都可以通過(guò)濕法改性來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是濕法改性耗時(shí)長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)條件苛刻，只適用于少量改性粉煤灰的過(guò)程。代表的改性粉煤灰是硅烷偶聯(lián)劑+有機(jī)酸三段式改性粉煤灰。
[1]喬昭毓. 粉煤灰表面改性及其在聚氨酯彈性體中的應(yīng)用[D].山西大學(xué),2019.
[2]劉雁冰. 粉煤灰改性及其在建筑膠粘劑中的應(yīng)用[D].山西大學(xué),2020.

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