粉煤灰制備高強發(fā)泡陶瓷的研究

楊景琪 張國濤 鄧仕豪

摘 要：實驗利用山西某地區(qū)產量較多的粉煤灰及其陶瓷廠產量較大的拋光渣作為主要原料，輔以鉀鈉砂、滑石來助融，加入膨潤土增加料漿黏度，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)泡陶瓷的基礎上，主要針對性的對粉煤灰、發(fā)泡劑的加入量。結果表明：粉煤灰加入量控制在50%，拋光渣15%，鉀鈉砂27%，膨潤土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)異的高強發(fā)泡陶瓷，體積密度為433kg/m3，抗壓強度7.65MPa，孔隙率71.5%，表觀孔徑0.5mm-1mm。

關鍵詞：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，燃煤產生的固體粉煤灰的排放量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，這也使得粉煤灰成為我國最大的單一固體污染源，同時也是當前排放量最大的固體廢棄物之一。粉煤灰的長期堆放侵占土地資源，破壞土壤成分、影響空氣質量，造成水體污染、產生放射性污染，危害人體健康，粉煤灰的資源化利用問題越來越受到人們的廣泛關注。對于粉煤灰的資源化利用也成為了我國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域有：建筑材料、農業(yè)、環(huán)保、工業(yè)四個領域。

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單機械混合而成的群體，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)異的高強發(fā)泡陶瓷墻板，應用于建筑領域作為墻體材料，不僅可以實現(xiàn)粉煤灰的資源化大宗量使用，還可以彌補、替代傳統(tǒng)的有機墻體材料。

2 試驗內容和研究方法

2.1試驗原料

實驗使用的主要原料如表1所示。

實驗中主要原料的化學成分分析如下表2。

2.2試驗儀器及設備

實驗所采用的主要儀器設備如表3所示。

2.3工藝路線及試驗過程

本試驗工藝路線如圖1所示。

本試驗在實驗室完成，通過對所用原料的化學成分分析，計算滿足各成分比例的原料配比，準確稱量后加入35%的水在快速球磨機中球磨，球磨時間為10min/100g干料，球磨完后干燥制粉，制粉時水分保持在6%左右，將制好的粉倒入提前圍好的匣缽中，進入高溫電爐中以設定的燒成制度燒制，燒制完成后自然冷卻至室溫，樣品取出切去表皮觀察外觀，進行物理性能檢測。

3 配方的調試過程

為了確定粉煤灰加入量的大概范圍，先用生產用料并配以發(fā)泡劑按粉煤灰加入量成梯度變化（見表4）在坩堝中試燒確定粉煤灰加入量的范圍。結果表明A、B、C、D均燒結，表面呈棕黃色，未見明顯發(fā)泡痕跡，且A、B表面有微小氣孔，C、D肉眼可見粉料的顆粒。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致配方高溫，出現(xiàn)燒結但未燒熟的情況，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。經檢測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）。

實驗室中試樣品如圖所示（圖3）。

4 結 論

（1）粉煤灰加入量控制在50%，拋光渣15%，鉀鈉砂27%，膨潤土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)異的高強發(fā)泡陶瓷，體積密度為433kg/m3，抗壓強度7.65MPa，孔隙率71.5%，表觀孔徑0.5-1mm;

（2）利用粉煤灰制備高強發(fā)泡陶瓷墻板時，應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生而影響產品品質和生產質量;

（3）粉煤灰的大量引入，會導致配方燒成范圍變窄，始熔點不易控制，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程中應尋求合理的燒成制度，適應整個配方體系。

參考文獻

[1] 戴永剛，張國濤，楊景琪.煤矸石-粉煤灰基發(fā)泡陶瓷的制備與性能研究[J].佛山陶瓷.2019.11：24-28

[2] 張國濤，楊景琪，鄧仕豪.以銅尾礦制備發(fā)泡陶瓷墻板的研究[J].山東陶瓷.2020.01：1-3

[3] 趙威，王竹等.分層分區(qū)布料工藝制備輕質保溫發(fā)泡陶瓷的研究[J].人工晶體學報.2019， 48（7）：1356-1359