粉煤灰制備高強(qiáng)發(fā)泡陶瓷的研究

楊景琪 張國(guó)濤 鄧仕豪

摘 要：實(shí)驗(yàn)利用山西某地區(qū)產(chǎn)量較多的粉煤灰及其陶瓷廠產(chǎn)量較大的拋光渣作為主要原料，輔以鉀鈉砂、滑石來(lái)助融，加入膨潤(rùn)土增加料漿黏度，以碳化硅微粉作為發(fā)泡劑，在固定的耐火匣缽采用粉料堆積法制備高強(qiáng)發(fā)泡陶瓷。本研究在前期大量且品種各異廢料制備發(fā)泡陶瓷的基礎(chǔ)上，主要針對(duì)性的對(duì)粉煤灰、發(fā)泡劑的加入量。結(jié)果表明：粉煤灰加入量控制在50%，拋光渣15%，鉀鈉砂27%，膨潤(rùn)土5%，滑石3%，碳化硅微粉0.3%，燒成制度1180℃保溫50min，制得性能優(yōu)異的高強(qiáng)發(fā)泡陶瓷，體積密度為433kg/m3，抗壓強(qiáng)度7.65MPa，孔隙率71.5%，表觀孔徑0.5mm-1mm。

關(guān)鍵詞：粉煤灰;發(fā)泡陶瓷

1 前 言

隨著電力資源需求量的不斷提升，燃煤產(chǎn)生的固體粉煤灰的排放量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，這也使得粉煤灰成為我國(guó)最大的單一固體污染源，同時(shí)也是當(dāng)前排放量最大的固體廢棄物之一。粉煤灰的長(zhǎng)期堆放侵占土地資源，破壞土壤成分、影響空氣質(zhì)量，造成水體污染、產(chǎn)生放射性污染，危害人體健康，粉煤灰的資源化利用問(wèn)題越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。對(duì)于粉煤灰的資源化利用也成為了我國(guó)近幾年的重要研究發(fā)展方向之一。目前粉煤灰資源綜合利用的主要領(lǐng)域有：建筑材料、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、工業(yè)四個(gè)領(lǐng)域。

粉煤灰是火力發(fā)電廠的煤粉燃燒后所留下的灰粉，是工業(yè)廢料，是由各種燃燒后的煤灰顆粒簡(jiǎn)單機(jī)械混合而成的群體，其中多數(shù)為球形玻璃體，比表面積較大，其礦物組成主要是玻璃相、石英、莫來(lái)石相、磁鐵礦、赤鐵礦等及少量未燃燒煤炭顆粒。

粉煤灰的主要活性成分是SiO2和Al2O3，其含量越高，粉煤灰的潛在活性就越高。粉煤灰的主要活性成分滿足制備陶瓷所需的化學(xué)成分，本研究提出以粉煤灰為主要原料，添加適量的陶瓷廢料拋光渣和適量的輔助原料及其高溫發(fā)泡劑制備孔徑均勻且性能優(yōu)異的高強(qiáng)發(fā)泡陶瓷墻板，應(yīng)用于建筑領(lǐng)域作為墻體材料，不僅可以實(shí)現(xiàn)粉煤灰的資源化大宗量使用，還可以彌補(bǔ)、替代傳統(tǒng)的有機(jī)墻體材料。

2 試驗(yàn)內(nèi)容和研究方法

2.1試驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)使用的主要原料如表1所示。

實(shí)驗(yàn)中主要原料的化學(xué)成分分析如下表2。

2.2試驗(yàn)儀器及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所采用的主要儀器設(shè)備如表3所示。

2.3工藝路線及試驗(yàn)過(guò)程

本試驗(yàn)工藝路線如圖1所示。

本試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室完成，通過(guò)對(duì)所用原料的化學(xué)成分分析，計(jì)算滿足各成分比例的原料配比，準(zhǔn)確稱量后加入35%的水在快速球磨機(jī)中球磨，球磨時(shí)間為10min/100g干料，球磨完后干燥制粉，制粉時(shí)水分保持在6%左右，將制好的粉倒入提前圍好的匣缽中，進(jìn)入高溫電爐中以設(shè)定的燒成制度燒制，燒制完成后自然冷卻至室溫，樣品取出切去表皮觀察外觀，進(jìn)行物理性能檢測(cè)。

3 配方的調(diào)試過(guò)程

為了確定粉煤灰加入量的大概范圍，先用生產(chǎn)用料并配以發(fā)泡劑按粉煤灰加入量成梯度變化（見(jiàn)表4）在坩堝中試燒確定粉煤灰加入量的范圍。結(jié)果表明A、B、C、D均燒結(jié)，表面呈棕黃色，未見(jiàn)明顯發(fā)泡痕跡，且A、B表面有微小氣孔，C、D肉眼可見(jiàn)粉料的顆粒。分析可能是隨著粉煤灰加入量的增加，配方體系中鋁含量較高導(dǎo)致配方高溫，出現(xiàn)燒結(jié)但未燒熟的情況，大概確定粉煤灰的加入量40%～50%左右。

確定粉煤灰的加入量，因坩堝中燒樣與匣缽中燒大樣，燒制結(jié)果略有變化，按照表5中配方配料，燒成溫度不變堆料在匣缽中試燒。結(jié)果表明1#、2#均發(fā)泡，表面呈淺灰色，外形呈面包狀，斷面觀察泡孔均勻，且泡孔大小適中。經(jīng)檢測(cè)1#密度為449Kg/m3，2#密度為433Kg/m3，孔徑均在1mm以下。

為了提高廢渣的利用率，且產(chǎn)品性能優(yōu)異，綜合考慮選用2#為最佳配方，表6所示為2#試樣的性能參數(shù)。2#試樣偏灰色，如所示（圖2）。

實(shí)驗(yàn)室中試樣品如圖所示（圖3）。

4 結(jié) 論

（1）粉煤灰加入量控制在50%，拋光渣15%，鉀鈉砂27%，膨潤(rùn)土5%，滑石3%，碳化硅微粉0.3%，燒成制度1180℃保溫50min，制得性能優(yōu)異的高強(qiáng)發(fā)泡陶瓷，體積密度為433kg/m3，抗壓強(qiáng)度7.65MPa，孔隙率71.5%，表觀孔徑0.5-1mm;

（2）利用粉煤灰制備高強(qiáng)發(fā)泡陶瓷墻板時(shí)，應(yīng)注意粉煤灰的加入量及其窯爐的燒成工藝，由于粉煤灰的燒失較大，避免排氣不完全造成熔洞產(chǎn)生而影響產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)質(zhì)量;

（3）粉煤灰的大量引入，會(huì)導(dǎo)致配方燒成范圍變窄，始熔點(diǎn)不易控制，高溫黏度較差，造成發(fā)泡比不夠或者是形成連通孔，導(dǎo)致大泡的出現(xiàn)，出現(xiàn)裂板情況;

（4）粉煤灰為主料的發(fā)泡陶瓷墻板在窯爐燒成過(guò)程中應(yīng)尋求合理的燒成制度，適應(yīng)整個(gè)配方體系。

參考文獻(xiàn)

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