探究煤炭固體廢棄物在金屬材料熱加工領(lǐng)域的應用

摘 要：隨著我國工業(yè)水平的不斷提高，其對廢棄物的利用水平也在不斷提升，特別是針對煤炭固體廢棄物，其應用于金屬熱加工行業(yè)，主要應用到以下幾個工藝，比如：復合材料、鑄造材料、滲硼保護層等等，取得了良好的效果，并且簡要介紹其制備工藝，以及性能特點，而且這種該項工藝具有良好的發(fā)展前景。但由于地域的差異，粉煤灰以及煤矸石，這兩種物質(zhì)的化學成分有所差異，如何按照化學成分的不同，采用不同的技術(shù)用于熱加工，這是一個值得深思的問題，如運用得當可以更好的利用煤炭廢棄物。文章著重介紹了一些煤炭廢棄物，如：粉煤灰、煤矸石等，其在金屬熱加工行業(yè)應用情況并進行深入分析，提出具有發(fā)展性的建議，進一步促進其在金屬熱加工領(lǐng)域得到良好的運用。

關(guān)鍵詞：煤炭固體廢棄物 金屬材料加工領(lǐng)域 應用 分析

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0200-02

就我國現(xiàn)狀而言，其煤炭資源較為豐富，并且開采歷史悠久，其在長期開采、加工以及使用中，產(chǎn)生了較多的固體廢棄物。而這些物質(zhì)在一定程度上，占用了大片土地，并且造成了污染環(huán)境，因此亟需對這些資源進行廢物再利用。該文針對煤炭廢棄物的資源再利用問題進行闡述，并就其在金屬熱加工行業(yè)的應用情況進行重點分析，促進其資源再利用得以有效實施。

1 應用現(xiàn)狀分析

近年來，針對煤炭固體廢棄物，其應用價值已經(jīng)開始研究，尤其是在材料制備和提取上，取得了一定的成效，并且有一部分成果，其被用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，并得到大力推廣。對于硅鋁合金而言，其輕而堅韌，高溫強度好，具有一定的耐磨性，并且耐蝕性也極佳。而傳統(tǒng)硅鋁合金，其生產(chǎn)工藝主要借助以下方式冶煉而成，如將單質(zhì)硅與單質(zhì)鋁兩者進行熔煉摻雜，或是選取高品味的鋁土，將其進行提煉制備。俄羅斯相關(guān)專家進行研究顯示，粉煤灰可以在一定程度上制備出含有77%鋁以及23%的硅，進而制成硅鋁合金。這在一定程度上能夠促進硅鋁的回收率的提高。

金屬材料在人們的生活中極為常見，并且其在工程材料的運用也較為廣泛。就目前而言，粉煤灰與煤矸石，以這兩者為代表的固體廢棄物正在被應用于金屬熱加工行業(yè)，并且已經(jīng)取得了一定的成效。因此，文章將對這部分內(nèi)容做進一步的闡述，進一步促進煤炭廢棄物在金屬熱加工中的應用范圍不斷擴大。

2 復合材料

2.1 攪拌鑄造法

對于攪拌鑄造法，其在工業(yè)生產(chǎn)中是最為常見的一種方法，它是通過制備顆粒，加大鋁基復合材料。而其實質(zhì)是借助一定的方法，即機械攪拌，或是電磁攪拌，使其鋁基材料增強并且充分彌散，從而進入一定狀態(tài)下的金屬合金，即熔融狀態(tài)，然后進行澆注，或是擠壓成形。該種方法存在一定的優(yōu)勢，比如工藝相對簡單，并且其對設備要求相對較低，而且其顆粒種類和尺寸，適應范圍較廣，其更適合進行批量生產(chǎn)。有部分研究學者采用該種方法，通過粉煤灰對增強鋁基復合材料做出了一定的貢獻，其耐磨性得到了極大的提高，相較于基體增強了20倍。針對粉煤灰顆粒，其產(chǎn)生的團聚及氣孔會在一定程度上導致其抗壓強度低下，而針對此類問題，其他學者展開研究并在方法上有所改進，其采用半固態(tài)形式，進行攪拌鑄造法，制備出新的鋁基復合材料，即空心微珠。并且其在復合材料內(nèi)，分布較為均勻，并無團聚現(xiàn)象出現(xiàn)，復合材料在一定程度上，致密性好，抗拉強度提高。此外，其他學者還對以下兩種物質(zhì)進行研究，如針對粉煤灰，其微珠含量，以及工藝參數(shù)，觀察其對鋁基復合材料，在性能方面的影響，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當熔體溫度達到700 ℃，而粉煤灰中，微珠含量13%，當攪拌速度為1200 r/min，復合材料密度是2.2 g/cm3，而抗拉強度已經(jīng)達到89 MPa。

2.2 粉末冶金法

粉末冶金法在工業(yè)生產(chǎn)過程中應用范圍較廣，其主要借助兩種物質(zhì)，即增強顆粒、基體粉末，將兩者進行均勻混合，然后經(jīng)過一系列的工序，如：壓制、燒結(jié)，還包含后期處理，最后制取復合材料。采用該種方法，可以制備出在某些物理化學特性較好的金屬復合材料，并且不受下列因素的影響，即基體合金種類，增強體類型等等。一部分學者在研究過程中，將粉煤灰中的一種顆粒作為增強相，研制出了鋁基復合材料。針對液態(tài)粉末冶金，原位反應生成Al2O3，其在一定程度上能夠增強體均勻，并且使其分散在基體合金中，促進粉煤灰中的一種顆粒，即飛灰顆粒，這種物質(zhì)實現(xiàn)均勻分布，并且解決了其與鋁基合金存在的潤濕問題。此外，還有一位學者也針對此方法進行了研究，他采取酸溶法針對粉煤灰表面進行了相關(guān)地處理，而且研究成型溫度，其對復合材料某一方面的具體影響，如性能。根據(jù)研究結(jié)果表明，當成型溫度達到650 ℃時，粉煤灰在基體中能夠分散較為均勻，并且復合材料在一定程度上硬度值可以達到最高。

2.3 懸浮鑄造法

懸浮鑄造法很容易理解，即在澆注過程中，讓增強相可以勻稱分布，并且使其處于液態(tài)金屬中，可以起到一定的作用，即顯微激冷功效，同時可以使液體金屬盡快冷卻，進一步改善鑄件性能。有相關(guān)學者做了如下研究，其通過制作粉煤灰漂珠，進而增強鋁基復合材料，在這個研究過程中，當加熱溫度在800 ℃，加入懸浮劑3%，其硬度與耐磨性，相對基體而言，分別提高了13.1%和20.1%。

3 鑄造涂料

該小段將對消失模鑄造方法作詳細描述，對于消失模鑄造，這種方法鑄造過程相對簡單。即針對鑄件，將與其在形狀尺寸都相像的另外一種物質(zhì)，即發(fā)泡塑料模型，與之進行粘合，然后刷涂耐火材料，并且進行烘干。隨后將其埋在石英砂中，最后形成振動模型，并在一定條件下即負壓下，最終澆注成形。該方法在使用過程中，具有一定優(yōu)勢，比如：尺寸精度高、表面光潔度好、生產(chǎn)效率高，以及加工余量小。消失模注型過程中，其自身具有的良好性能，在一定程度上，保障了獲得鑄件的質(zhì)量。有位學者在相關(guān)研究中，將以下物質(zhì)當作耐火粉料，主要包括粉煤灰、高鋁礬土、滑石粉，并通過添加其它物質(zhì)，如黏結(jié)劑，并將其作為涂料，通過一定的比例分配進行混合，將會制備出質(zhì)量較好的涂料。

針對普通砂型鑄造進行具體說明，對于傳統(tǒng)鑄造材料而言，如皓英粉等涂料，它們在工業(yè)鑄造過程中資源相對短缺，并因此價格增長速度飛快，而且該種涂料在開采過程中，將不可避免的造成環(huán)境污染，而且后果很嚴重。因而粉煤灰資源被引入鑄造涂料，其在某些方面具有一定優(yōu)勢，比如：成本較低、來源廣泛，由于粉煤灰的這種優(yōu)勢特點，所以其被廣泛用于鑄造涂料，并且使用其作為工業(yè)鑄造涂料具有一定的現(xiàn)實意義。有相關(guān)學者從以下幾個方面對粉煤灰進行分析，主要針對其化學成分、理化性質(zhì)、礦物組成進行重點研究，經(jīng)過相關(guān)研究，他們認為粉煤灰就上述方面分析結(jié)果顯示，其作為鑄造材料切實可行，并將其與高鋁礬土一起用作涂料，進而配制成鑄鐵涂料，并且這種涂料性能較好。此外，其他學者逐漸加深相關(guān)內(nèi)容的探究，而其主要調(diào)整相關(guān)物質(zhì)的調(diào)配比例，即粉煤灰、高鋁礬土，這兩者的比例有所調(diào)整，而配比率調(diào)整是在一定的條件下，即保證涂料的如下性能不受影響，主要包含懸浮性、條件粘度、曝熱抗裂性、抗黏砂性等，在這些性能不受影響的前提下，在涂料中增加50%左右的粉煤灰，這樣的比例調(diào)配最適宜。

4 滲硼保護層

熱處理方式可以使金屬材料性能在一定程度上發(fā)生改變，這是一項十分重要的工藝，化學熱處理可以使零件表面發(fā)生質(zhì)的改變，獲得較好的耐磨耐蝕性。膏劑滲透技術(shù)，它是通過黏結(jié)劑實現(xiàn)某種功能，而這是通過將以下三種物質(zhì)進行調(diào)和而實現(xiàn)的，這三種物質(zhì)分別是供硼劑、活化劑以及填充劑，將其調(diào)成糊狀，并涂覆在金屬表面，然后再經(jīng)過一系列的工藝，如密封、裝箱、加熱、保溫，最后獲取滲硼層。這種技術(shù)在使用過程中工藝相對簡單，并且成本低廉，對于不同形狀工件都可以適用。

為了獲得新型膏劑滲硼涂層，相關(guān)方面的專家進行了研究實驗，其將以下兩種物質(zhì)作為主要成分，如：粉煤灰、煤矸石，制備保護膏劑，抽取20種鋼試樣，進行滲硼試驗。而這種滲硼保護層，具有極高的強度，并且能夠產(chǎn)生熔融現(xiàn)象以及致密性較好的玻璃相。在一定程度上會阻隔外界空氣，進而發(fā)揮出極好的保護作用。而相關(guān)研究表明，對于粉煤灰以及煤矸石，這兩種物質(zhì)的摻入量必須有所控制，前者摻入量要控制在20%，而后者摻入量則要控制為10%，才能達到良好的滲硼效果?？偨Y(jié)分析，其原因在于這兩種物質(zhì)如果摻入過量，就會致使保護層中的某些物質(zhì)受損，如碳顆粒氧化，并在一定程度上令釋放氣體增多，而且形成數(shù)目相同的氣孔，這在一定程度上將對保護層的氣密性起到一定的破壞，而最終的結(jié)果可想而知，即滲硼效果被削弱。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，促進了我國工業(yè)水平的不斷提升，特別是針對固體廢棄物的資源再利用，也取得了一定的效果，并且進一步促進了我國資源得以合理利用，而其在金屬熱行業(yè)領(lǐng)域的應用，在效果上呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景。文章針對這一相關(guān)內(nèi)容進行闡述，并且列舉了固體廢棄物中的部分物質(zhì)在金屬熱行業(yè)中的應用情況，進而希望能夠有效提高煤炭固體廢棄物的資源利用率。

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