煤渣陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)分析

陳倩

【摘 要】以煤渣為主要原料，輔以粘土，長(zhǎng)石和石英等原料，采用傳統(tǒng)陶瓷的燒結(jié)工藝燒制煤渣陶瓷。采用XRD，EDS分析了煤渣陶瓷的物相組成及微觀結(jié)構(gòu)。研究表明：煤渣陶瓷主要含有鈣長(zhǎng)石，石英和赤鐵礦等晶相。石英在坯體中以單獨(dú)的相存在，鈣長(zhǎng)石分布相對(duì)均勻，赤鐵礦零星分布。

【關(guān)鍵詞】煤渣；陶瓷；微觀結(jié)構(gòu)

【Abstract】With cinder as major material and clay，feldspar，quartz as ancillary material， cinder ceramics was manufactured by traditional ceramics sinter process. Cinder ceramics were systematically characterized by the X-ray diffraction （XRD） and Energy Dispersive Spectrum （EDS）. The possible crystal phases that exist in cinder ceramics were identified， which are anorthite， quartz and hematite. And the quartz phases exist signally， anorthite are relatively well-distributed， hematite distributed sporadically.

【Key words】Cinder； Ceramic； Microstructure

我國(guó)是以煤炭為主的能源生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，無(wú)論是工業(yè)，發(fā)電廠還是民用鍋爐及其他燃煤設(shè)備，每年都會(huì)產(chǎn)生大量的煤渣。煤渣棄置堆積占用土地，長(zhǎng)期堆放給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)負(fù)荷[1-2]。目前，煤渣主要作為吸附劑、脫色劑等[3-5]。由于煤渣含有大量的SiO2和Al2O3，因此，煤渣可作為一種新型的原料，生產(chǎn)建筑陶瓷，不僅減少了傳統(tǒng)陶瓷原料的消耗，而且能夠更多更好的利用廢料煤渣，實(shí)現(xiàn)廢料的資源化。

1 實(shí)驗(yàn)方法

采用煤渣、粘土、長(zhǎng)石和石英為原料，采用傳統(tǒng)陶瓷的燒結(jié)工藝燒制煤渣陶瓷，配方見(jiàn)表1，其中，sample1的燒結(jié)溫度為1160℃，sample2和sample3的燒結(jié)溫度為1190℃。

2 微觀結(jié)構(gòu)分析

2.1 XRD分析

從圖1可看出，煤渣陶瓷的主晶相包含anorthite（鈣長(zhǎng)石）、quartz（石英）和hematite（赤鐵礦）。這是因?yàn)槊涸泻写罅康腟iO2和CaO，它們?cè)跓Y(jié)后形成了鈣長(zhǎng)石。赤鐵礦來(lái)源于煤渣，在低溫?zé)Y(jié)過(guò)程中它可以填充孔隙從而提高煤渣陶瓷的抗彎強(qiáng)度，但當(dāng)燒結(jié)溫度升高時(shí)，赤鐵礦熔融導(dǎo)致液相增加，進(jìn)而導(dǎo)致煤渣陶瓷的抗彎強(qiáng)度[6]。而鈣長(zhǎng)石和石英相都會(huì)提高煤渣陶瓷的抗彎強(qiáng)度。

2.2 EDS分析

scanning of elements

為了進(jìn)一步分析煤渣陶瓷的相分布，對(duì)sapmle2進(jìn)行了EDS分析。Si、O、Fe、Ca和Al 元素的背散射電子圖像和面掃描如圖2所示。其中，不同的顏色代表不同的化合物，圖2可定性的描述了被掃區(qū)域中不同元素的分布，且顏色越明亮，說(shuō)明該處的元素比例越高。從圖2中可以看出，煤渣陶瓷的主晶相分布著為CaO、 Al2O3和 SiO2，這可能是因?yàn)殁}長(zhǎng)石晶粒細(xì)小以致于鈣長(zhǎng)石晶粒被玻璃相包裹。其次，煤渣陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)中具有零星分布的FeO，且有兩處存在SiO2單晶，如圖3中區(qū)域1和區(qū)域2處所示。為了進(jìn)一步對(duì)煤渣陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析，對(duì)被掃區(qū)域的四個(gè)典型微小區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)掃描，如圖3中1、2、3和4所示。

在區(qū)域1中，SiO2的含量占99.12%，說(shuō)明此處晶相為石英。同理，可推斷區(qū)域2也為石英相。在區(qū)域3中， FeO， SiO2和Al2O3的比例為 91.29：4.07：4.64，包含了少量的SiO2和Al2O3。而由圖2中推斷區(qū)域3處是FeO相。經(jīng)過(guò)分析，這可能是因?yàn)閄-ray的空間分辨率大約在5μm，而區(qū)域3大約7μm，因此，由點(diǎn)掃描出的區(qū)域3中的含量包含了區(qū)域3周圍大概2μm左右的元素含量，因此，存在少量的SiO2和Al2O3。在區(qū)域4中， Al2O3、SiO2和CaO的比例為 17.63：73.42：8.98，該比例與鈣長(zhǎng)石 （CaO·Al2O3·6SiO2）中各氧化物的比例相近，因此，可判定區(qū)域4為鈣長(zhǎng)石。由此可見(jiàn)，在煤渣陶瓷中，鈣長(zhǎng)石均勻分布，石英和赤鐵礦分布在鈣長(zhǎng)石相中，石英顆粒的尺寸大于赤鐵礦。

3 結(jié)論

（1）煤渣陶瓷采用的煤渣含量高達(dá)60%，實(shí)現(xiàn)了廢料的資源化。

（2）通過(guò)XRD分析，煤渣陶瓷含有主晶相鈣長(zhǎng)石和次晶相石英和赤鐵礦。

（3）通過(guò)ESD分析，在煤渣陶瓷中，鈣長(zhǎng)石均勻分布，石英和赤鐵礦分布在鈣長(zhǎng)石相中，石英顆粒的尺寸大于赤鐵礦。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張?jiān)儆?粉煤灰節(jié)能環(huán)保建筑材料的開(kāi)發(fā)試驗(yàn)研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2008，（5）：56-57.

[2]康勇.粉煤灰的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國(guó)粉體工業(yè)，2010（6）：12-14.

[3]楊嘉謨，余訓(xùn)民，蘇青青，等.鈣質(zhì)煤渣吸附劑脫除煙氣中二氧化硫的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2007，（1）：87-90.

[4]張懷芹.煤渣結(jié)構(gòu)形成及其綜合利用[J].遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，2003，23（5）：37-38

[5]劉精今，李小明，楊麒.爐渣的吸附性能及在廢水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)用水與廢水，2003，34（1）：12-15.

[6]Hao Bai， Pu Liu， Xianbin Ai et al.， Analysis on the microstructure characteristics of steel-slag based Ceramics[J]. Materials Research， 2011（150-151）：133-138.

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