影響粉煤灰泡沫玻璃質量的因素及其發展趨勢

李志勇

1 簡介

粉煤灰泡沫玻璃的基質是多孔泡沫狀的玻璃，氣孔率在90%以上。具有不燃、不怕濕、質輕、強度高、膨脹系數小、隔熱及隔音、可大板生產切割成型、可雕刻等優良性能。在輕質建筑材料、石油、化工、造船、食品、發酵釀酒行業廣泛使用。粉煤灰和廢玻璃是排放量大且集中的兩種工業廢渣，粉煤灰泡沫玻璃以它們為主要原料，添加適量的添加劑，采用粉末燒成法制備泡沫玻璃，因而對于提高工業廢渣的利用率和減少環境污染具有重要的意義。

粉煤灰具有以硅鋁為主的化學成分，礦物相包括大量的玻璃相和礦物晶相及各種結構類型。粉煤灰的化學組成中SiO2，Al2O3，Fe2O3的總量達到84%以上。這些成分中氧化鐵對玻璃的顏色會產生不良影響，其他成分對玻璃的形成是必要的。粉煤灰可以取代玻璃原料中的硅質成分。

利用粉煤灰制取泡沫玻璃有兩種基本的方法:1)將粉煤灰等原料先制成玻璃，再加入發泡劑制成泡沫玻璃。2)將粉煤灰作為填料加入到玻璃中，所得的泡沫玻璃質量取決于粉煤灰摻量、細度及粉煤灰在玻璃配合料坯體中的分散狀況等。

第1)種方法得到的泡沫玻璃質量好，但是步驟較為繁瑣，能耗較高。第2)種方法工藝簡單，能耗較低，但是影響因素較多。目前較多采用第2)種方法，采用粉煤灰和碎玻璃為主要原料，加入發泡劑、穩定劑，進行加熱燒結來制取泡沫玻璃。

2 影響粉煤灰泡沫玻璃的主要因素

利用粉煤灰、碎玻璃為主要原料生產泡沫玻璃，產品的性能主要受到以下因素影響:

1)發泡劑的選擇與粒度。利用差熱分析所用的玻璃的軟化溫度及發泡劑具有最大氣體析出速度時的溫度范圍，然后對一些發泡劑進行選擇，選擇的原則是讓發泡劑氣體最大析出速度的溫度范圍與玻璃的軟化溫度范圍盡可能接近，而且最大氣體析出溫度應該低于軟化溫度上限。可以選用的發泡劑有炭黑，石灰石，白云石，工業用的碳酸鈉等等。比如玻璃的軟化溫度在700℃～900℃左右，石灰石和碳酸鈉在900℃和860℃具有最大氣體析出速度，所以優先選用這兩種發泡劑。發泡劑的粒度對產品質量影響也較大，例如如果使用碳粉作為發泡劑時，粒度小，有利于發泡，氣孔孔徑也比較均勻。當碳粉粒度一定時，若用量過大，則容易形成較多連通孔甚至大氣泡。

2)發泡溫度和時間。發泡溫度也是影響泡沫玻璃質量的一個重要因素，因為在加熱過程中，一方面坯體逐步軟化、粘度降低，另一方面發泡劑開始分解和化學反應產生氣體。如發泡溫度過高，則玻璃液粘度和表面張力過低，而產生的氣體壓力過大，很容易造成氣體穿越孔壁，連通致使氣體排出體外。若發泡溫度過低，則玻璃液粘度和表面張力過大而產生的氣體壓力偏小，造成發泡困難。在發泡溫度適宜的情況下，保溫時間也起著同樣重要的作用。粉煤灰、碎玻璃、發泡劑配比一定的混合料在制取泡沫比例時，在玻璃的軟化范圍以內，按照一定的溫度間隔選取幾個溫度，然后對于每個溫度按照適當的間隔選擇幾個發泡時間對該混合料進行加工制取泡沫玻璃。根據導熱系數、體積密度和氣孔的質量綜合選擇特定的溫度和發泡時間，以獲得導熱系數低，體積密度小和氣孔均勻、泡徑適中的產品。

3)燒結溫度。根據綜合配料差熱實驗，確定燒結溫度范圍后，在該范圍內選擇幾個溫度，每個溫度選擇幾個燒結時間，根據體積密度和抗壓強度兩大指標綜合選擇燒結溫度和時間。

4)升溫速率和降溫速率。從300℃到燒結溫度，升溫速率要快，防止發泡劑過早氧化和配合料表面瓷化。從燒結到發泡溫度，速率要慢，保證發泡均勻。降溫速率應該控制在10℃/min～20℃/min，使所生成的氣孔得以保持。達到退火溫度，可以保溫一段時間，也可以降低降溫速率，消除產品中的應力。當溫度降至退火溫度以下200℃時，可以快速降溫至室溫。

5)粉煤灰的粒度。100目篩上殘留的粉煤灰含有少量的較大顆粒，以未燃盡的炭粒為主，它的存在會影響發泡效果，故將100目篩上殘留粉煤灰去除。隨著粉煤灰粒度的減小，可適當增加粉煤灰在配料中的比例。增加粉煤灰在配料中的比例，生產出的泡沫玻璃的性能逐漸變差。一般選擇粉煤灰的質量配比范圍是30%～38%。

6)穩定劑種類及摻加量。加入適量穩定劑，可穩定氣泡結構，防止小氣泡相互結合形成大氣泡，減少連通孔，改善泡沫玻璃性能。我們選用體積密度和導熱系數兩大指標對穩定劑的加入量及種類進行選擇。

7)成型壓力。泡沫玻璃配合料成型壓力的大小對泡沫玻璃體積密度有一定影響:成型壓力過小，在發泡、燒結過程中坯體會出現破裂;成型壓力過大，在發泡過程中會增加發泡阻力，其結果為發泡不好。

3 粉煤灰泡沫玻璃的應用前景

1)社會經濟效益顯著。盡管粉煤灰在砌筑、回填、粉煤灰水泥、高強混凝土等方面的應用技術較為成熟，吃灰量也較大，但仍然不能消化所有的粉煤灰。以粉煤灰、碎玻璃為原料生產泡沫玻璃，為粉煤灰、碎玻璃的利用開辟了新途徑，具有顯著的社會、經濟效益。

2)加強監管，保證粉煤灰成分穩定。不同粉煤灰的成分不同，粉煤灰對泡沫玻璃加工中的粉料加入量，燒結溫度，發泡溫度和產品性能都具有很大的影響。粉煤灰成分不穩定，很大一部分原因是電廠燃用煤的來源，燃燒工藝的不同而造成的。應加強監管，對不同煤種，不同燃燒方式的粉煤灰進行分類儲存，分類利用。

3)積極的發展粉煤灰泡沫玻璃新技術。目前由于粉煤灰中一些金屬氧化物對泡沫玻璃生產不利，限制了粉煤灰在配料中的加入比例。需要開發新的技術或者是泡沫玻璃品種，來提高粉煤灰的配比，達到有效利用粉煤灰的目的。

4)加大科研力度。目前雖然我國粉煤灰泡沫玻璃生產已經開發了很多產品，但是技術不夠成熟，主要問題是產品的機械強度低，成本高，能耗大，質量低，不能規模化生產，性價比低等。應該加大科研投入，開發新技術，改善工藝，發展低能耗、低成本、高質量，批量生產的粉煤灰泡沫玻璃制品。

5)大力發展廢泡沫玻璃和粉煤灰制輕質磚瓦技術。生產磚瓦原來均使用傳統的粘土原料，這不僅不利于耕地保護，而且產品比重大。而這種輕質磚瓦采用新的配料方案即用粉煤灰和廢泡沫玻璃為主要原料，配合適量的粘土和膨潤土成型助劑，生產表明，用這種配料經干法壓制成坯，于800℃～1 100℃的非發泡狀態下燒結成輕質磚瓦。經測定，它還具有良好的尺寸穩定性、強度高、抗凍等性能。不僅有節省粘土資源，降低生產成本，減輕建筑負重等優點，更重要的是對廢料的資源化利用和環境保護起到了積極作用。

6)以市場為導向，社會經濟效益雙贏。根據市場的發展，例如房地產業的蓬勃發展，建筑物墻體，墻外保溫材料的需求量越來越大，應積極發展適合建筑使用的粉煤灰泡沫玻璃。

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