影響粉煤灰泡沫玻璃質(zhì)量的因素及其發(fā)展趨勢(shì)

李志勇

1 簡(jiǎn)介

粉煤灰泡沫玻璃的基質(zhì)是多孔泡沫狀的玻璃，氣孔率在90%以上。具有不燃、不怕濕、質(zhì)輕、強(qiáng)度高、膨脹系數(shù)小、隔熱及隔音、可大板生產(chǎn)切割成型、可雕刻等優(yōu)良性能。在輕質(zhì)建筑材料、石油、化工、造船、食品、發(fā)酵釀酒行業(yè)廣泛使用。粉煤灰和廢玻璃是排放量大且集中的兩種工業(yè)廢渣，粉煤灰泡沫玻璃以它們?yōu)橹饕?，添加適量的添加劑，采用粉末燒成法制備泡沫玻璃，因而對(duì)于提高工業(yè)廢渣的利用率和減少環(huán)境污染具有重要的意義。

粉煤灰具有以硅鋁為主的化學(xué)成分，礦物相包括大量的玻璃相和礦物晶相及各種結(jié)構(gòu)類型。粉煤灰的化學(xué)組成中SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3的總量達(dá)到84%以上。這些成分中氧化鐵對(duì)玻璃的顏色會(huì)產(chǎn)生不良影響，其他成分對(duì)玻璃的形成是必要的。粉煤灰可以取代玻璃原料中的硅質(zhì)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(fā)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(zhì)量取決于粉煤灰摻量、細(xì)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(zhì)量好，但是步驟較為繁瑣，能耗較高。第2)種方法工藝簡(jiǎn)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(fā)泡劑、穩(wěn)定劑，進(jìn)行加熱燒結(jié)來(lái)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(chǎn)泡沫玻璃，產(chǎn)品的性能主要受到以下因素影響:

1)發(fā)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(fā)泡劑具有最大氣體析出速度時(shí)的溫度范圍，然后對(duì)一些發(fā)泡劑進(jìn)行選擇，選擇的原則是讓發(fā)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(yīng)該低于軟化溫度上限?？梢赃x用的發(fā)泡劑有炭黑，石灰石，白云石，工業(yè)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(yōu)先選用這兩種發(fā)泡劑。發(fā)泡劑的粒度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響也較大，例如如果使用碳粉作為發(fā)泡劑時(shí)，粒度小，有利于發(fā)泡，氣孔孔徑也比較均勻。當(dāng)碳粉粒度一定時(shí)，若用量過(guò)大，則容易形成較多連通孔甚至大氣泡。

2)發(fā)泡溫度和時(shí)間。發(fā)泡溫度也是影響泡沫玻璃質(zhì)量的一個(gè)重要因素，因?yàn)樵诩訜徇^(guò)程中，一方面坯體逐步軟化、粘度降低，另一方面發(fā)泡劑開(kāi)始分解和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體。如發(fā)泡溫度過(guò)高，則玻璃液粘度和表面張力過(guò)低，而產(chǎn)生的氣體壓力過(guò)大，很容易造成氣體穿越孔壁，連通致使氣體排出體外。若發(fā)泡溫度過(guò)低，則玻璃液粘度和表面張力過(guò)大而產(chǎn)生的氣體壓力偏小，造成發(fā)泡困難。在發(fā)泡溫度適宜的情況下，保溫時(shí)間也起著同樣重要的作用。粉煤灰、碎玻璃、發(fā)泡劑配比一定的混合料在制取泡沫比例時(shí)，在玻璃的軟化范圍以內(nèi)，按照一定的溫度間隔選取幾個(gè)溫度，然后對(duì)于每個(gè)溫度按照適當(dāng)?shù)拈g隔選擇幾個(gè)發(fā)泡時(shí)間對(duì)該混合料進(jìn)行加工制取泡沫玻璃。根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)、體積密度和氣孔的質(zhì)量綜合選擇特定的溫度和發(fā)泡時(shí)間，以獲得導(dǎo)熱系數(shù)低，體積密度小和氣孔均勻、泡徑適中的產(chǎn)品。

3)燒結(jié)溫度。根據(jù)綜合配料差熱實(shí)驗(yàn)，確定燒結(jié)溫度范圍后，在該范圍內(nèi)選擇幾個(gè)溫度，每個(gè)溫度選擇幾個(gè)燒結(jié)時(shí)間，根據(jù)體積密度和抗壓強(qiáng)度兩大指標(biāo)綜合選擇燒結(jié)溫度和時(shí)間。

4)升溫速率和降溫速率。從300℃到燒結(jié)溫度，升溫速率要快，防止發(fā)泡劑過(guò)早氧化和配合料表面瓷化。從燒結(jié)到發(fā)泡溫度，速率要慢，保證發(fā)泡均勻。降溫速率應(yīng)該控制在10℃/min～20℃/min，使所生成的氣孔得以保持。達(dá)到退火溫度，可以保溫一段時(shí)間，也可以降低降溫速率，消除產(chǎn)品中的應(yīng)力。當(dāng)溫度降至退火溫度以下200℃時(shí)，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(huì)影響發(fā)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(dāng)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(chǎn)出的泡沫玻璃的性能逐漸變差。一般選擇粉煤灰的質(zhì)量配比范圍是30%～38%。

6)穩(wěn)定劑種類及摻加量。加入適量穩(wěn)定劑，可穩(wěn)定氣泡結(jié)構(gòu)，防止小氣泡相互結(jié)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(dǎo)熱系數(shù)兩大指標(biāo)對(duì)穩(wěn)定劑的加入量及種類進(jìn)行選擇。

7)成型壓力。泡沫玻璃配合料成型壓力的大小對(duì)泡沫玻璃體積密度有一定影響:成型壓力過(guò)小，在發(fā)泡、燒結(jié)過(guò)程中坯體會(huì)出現(xiàn)破裂;成型壓力過(guò)大，在發(fā)泡過(guò)程中會(huì)增加發(fā)泡阻力，其結(jié)果為發(fā)泡不好。

3 粉煤灰泡沫玻璃的應(yīng)用前景

1)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。盡管粉煤灰在砌筑、回填、粉煤灰水泥、高強(qiáng)混凝土等方面的應(yīng)用技術(shù)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(chǎn)泡沫玻璃，為粉煤灰、碎玻璃的利用開(kāi)辟了新途徑，具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

2)加強(qiáng)監(jiān)管，保證粉煤灰成分穩(wěn)定。不同粉煤灰的成分不同，粉煤灰對(duì)泡沫玻璃加工中的粉料加入量，燒結(jié)溫度，發(fā)泡溫度和產(chǎn)品性能都具有很大的影響。粉煤灰成分不穩(wěn)定，很大一部分原因是電廠燃用煤的來(lái)源，燃燒工藝的不同而造成的。應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管，對(duì)不同煤種，不同燃燒方式的粉煤灰進(jìn)行分類儲(chǔ)存，分類利用。

3)積極的發(fā)展粉煤灰泡沫玻璃新技術(shù)。目前由于粉煤灰中一些金屬氧化物對(duì)泡沫玻璃生產(chǎn)不利，限制了粉煤灰在配料中的加入比例。需要開(kāi)發(fā)新的技術(shù)或者是泡沫玻璃品種，來(lái)提高粉煤灰的配比，達(dá)到有效利用粉煤灰的目的。

4)加大科研力度。目前雖然我國(guó)粉煤灰泡沫玻璃生產(chǎn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了很多產(chǎn)品，但是技術(shù)不夠成熟，主要問(wèn)題是產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度低，成本高，能耗大，質(zhì)量低，不能規(guī)?；a(chǎn)，性價(jià)比低等。應(yīng)該加大科研投入，開(kāi)發(fā)新技術(shù)，改善工藝，發(fā)展低能耗、低成本、高質(zhì)量，批量生產(chǎn)的粉煤灰泡沫玻璃制品。

5)大力發(fā)展廢泡沫玻璃和粉煤灰制輕質(zhì)磚瓦技術(shù)。生產(chǎn)磚瓦原來(lái)均使用傳統(tǒng)的粘土原料，這不僅不利于耕地保護(hù)，而且產(chǎn)品比重大。而這種輕質(zhì)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(rùn)土成型助劑，生產(chǎn)表明，用這種配料經(jīng)干法壓制成坯，于800℃～1 100℃的非發(fā)泡狀態(tài)下燒結(jié)成輕質(zhì)磚瓦。經(jīng)測(cè)定，它還具有良好的尺寸穩(wěn)定性、強(qiáng)度高、抗凍等性能。不僅有節(jié)省粘土資源，降低生產(chǎn)成本，減輕建筑負(fù)重等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是對(duì)廢料的資源化利用和環(huán)境保護(hù)起到了積極作用。

6)以市場(chǎng)為導(dǎo)向，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益雙贏。根據(jù)市場(chǎng)的發(fā)展，例如房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑物墻體，墻外保溫材料的需求量越來(lái)越大，應(yīng)積極發(fā)展適合建筑使用的粉煤灰泡沫玻璃。

[1]張兆艷.粉煤灰泡沫玻璃的性能研究[J］.玻璃與搪瓷，2001(29):20-23.

[2]姜曉波.粉煤灰泡沫玻璃的研究[J］.天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報(bào)，2008(10):36-38.

[3]馮小平.粉煤灰在玻璃工業(yè)中的應(yīng)用[J］.粉煤灰，2004(3):24-26.

[4]張劍波，吳永生.泡沫玻璃的研究進(jìn)展[J］.中國(guó)資源綜合利用，2010(28):25-30.

[5]方榮利，劉 敏，周元林.粉煤灰泡沫玻璃發(fā)泡劑的研究[J］.粉煤灰綜合利用，2003(3):29-32.

[6]方榮利，劉 敏，周元林.利用粉煤灰研制泡沫玻璃[J］.保溫材料與建筑節(jié)能，2003(6):38-40.