探究煤炭固體廢棄物在金屬材料熱加工領(lǐng)域的應(yīng)用

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷提高，其對(duì)廢棄物的利用水平也在不斷提升，特別是針對(duì)煤炭固體廢棄物，其應(yīng)用于金屬熱加工行業(yè)，主要應(yīng)用到以下幾個(gè)工藝，比如：復(fù)合材料、鑄造材料、滲硼保護(hù)層等等，取得了良好的效果，并且簡(jiǎn)要介紹其制備工藝，以及性能特點(diǎn)，而且這種該項(xiàng)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(xué)成分有所差異，如何按照化學(xué)成分的不同，采用不同的技術(shù)用于熱加工，這是一個(gè)值得深思的問(wèn)題，如運(yùn)用得當(dāng)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(yīng)用情況并進(jìn)行深入分析，提出具有發(fā)展性的建議，進(jìn)一步促進(jìn)其在金屬熱加工領(lǐng)域得到良好的運(yùn)用。

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

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（b）-0200-02

就我國(guó)現(xiàn)狀而言，其煤炭資源較為豐富，并且開(kāi)采歷史悠久，其在長(zhǎng)期開(kāi)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(duì)這些資源進(jìn)行廢物再利用。該文針對(duì)煤炭廢棄物的資源再利用問(wèn)題進(jìn)行闡述，并就其在金屬熱加工行業(yè)的應(yīng)用情況進(jìn)行重點(diǎn)分析，促進(jìn)其資源再利用得以有效實(shí)施。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀分析

近年來(lái)，針對(duì)煤炭固體廢棄物，其應(yīng)用價(jià)值已經(jīng)開(kāi)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(duì)于硅鋁合金而言，其輕而堅(jiān)韌，高溫強(qiáng)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(jìn)行熔煉摻雜，或是選取高品味的鋁土，將其進(jìn)行提煉制備。俄羅斯相關(guān)專家進(jìn)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(jìn)而制成硅鋁合金。這在一定程度上能夠促進(jìn)硅鋁的回收率的提高。

金屬材料在人們的生活中極為常見(jiàn)，并且其在工程材料的運(yùn)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(yīng)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(duì)這部分內(nèi)容做進(jìn)一步的闡述，進(jìn)一步促進(jìn)煤炭廢棄物在金屬熱加工中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。

2 復(fù)合材料

2.1 攪拌鑄造法

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

2.2 粉末冶金法

粉末冶金法在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用范圍較廣，其主要借助兩種物質(zhì)，即增強(qiáng)顆粒、基體粉末，將兩者進(jìn)行均勻混合，然后經(jīng)過(guò)一系列的工序，如：壓制、燒結(jié)，還包含后期處理，最后制取復(fù)合材料。采用該種方法，可以制備出在某些物理化學(xué)特性較好的金屬?gòu)?fù)合材料，并且不受下列因素的影響，即基體合金種類，增強(qiáng)體類型等等。一部分學(xué)者在研究過(guò)程中，將粉煤灰中的一種顆粒作為增強(qiáng)相，研制出了鋁基復(fù)合材料。針對(duì)液態(tài)粉末冶金，原位反應(yīng)生成Al2O3，其在一定程度上能夠增強(qiáng)體均勻，并且使其分散在基體合金中，促進(jìn)粉煤灰中的一種顆粒，即飛灰顆粒，這種物質(zhì)實(shí)現(xiàn)均勻分布，并且解決了其與鋁基合金存在的潤(rùn)濕問(wèn)題。此外，還有一位學(xué)者也針對(duì)此方法進(jìn)行了研究，他采取酸溶法針對(duì)粉煤灰表面進(jìn)行了相關(guān)地處理，而且研究成型溫度，其對(duì)復(fù)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(dāng)成型溫度達(dá)到650 ℃時(shí)，粉煤灰在基體中能夠分散較為均勻，并且復(fù)合材料在一定程度上硬度值可以達(dá)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(guò)程中，讓增強(qiáng)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(shí)可以使液體金屬盡快冷卻，進(jìn)一步改善鑄件性能。有相關(guān)學(xué)者做了如下研究，其通過(guò)制作粉煤灰漂珠，進(jìn)而增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，在這個(gè)研究過(guò)程中，當(dāng)加熱溫度在800 ℃，加入懸浮劑3%，其硬度與耐磨性，相對(duì)基體而言，分別提高了13.1%和20.1%。

3 鑄造涂料

該小段將對(duì)消失模鑄造方法作詳細(xì)描述，對(duì)于消失模鑄造，這種方法鑄造過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。即針對(duì)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(jìn)行粘合，然后刷涂耐火材料，并且進(jìn)行烘干。隨后將其埋在石英砂中，最后形成振動(dòng)模型，并在一定條件下即負(fù)壓下，最終澆注成形。該方法在使用過(guò)程中，具有一定優(yōu)勢(shì)，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(guò)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(xué)者在相關(guān)研究中，將以下物質(zhì)當(dāng)作耐火粉料，主要包括粉煤灰、高鋁礬土、滑石粉，并通過(guò)添加其它物質(zhì)，如黏結(jié)劑，并將其作為涂料，通過(guò)一定的比例分配進(jìn)行混合，將會(huì)制備出質(zhì)量較好的涂料。

針對(duì)普通砂型鑄造進(jìn)行具體說(shuō)明，對(duì)于傳統(tǒng)鑄造材料而言，如皓英粉等涂料，它們?cè)诠I(yè)鑄造過(guò)程中資源相對(duì)短缺，并因此價(jià)格增長(zhǎng)速度飛快，而且該種涂料在開(kāi)采過(guò)程中，將不可避免的造成環(huán)境污染，而且后果很嚴(yán)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(shì)，比如：成本較低、來(lái)源廣泛，由于粉煤灰的這種優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，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(shí)意義。有相關(guān)學(xué)者從以下幾個(gè)方面對(duì)粉煤灰進(jìn)行分析，主要針對(duì)其化學(xué)成分、理化性質(zhì)、礦物組成進(jìn)行重點(diǎn)研究，經(jīng)過(guò)相關(guān)研究，他們認(rèn)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(shí)可行，并將其與高鋁礬土一起用作涂料，進(jìn)而配制成鑄鐵涂料，并且這種涂料性能較好。此外，其他學(xué)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?zé)峥沽研浴⒖桂ど靶缘龋谶@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(hù)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(xiàng)十分重要的工藝，化學(xué)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(guò)黏結(jié)劑實(shí)現(xiàn)某種功能，而這是通過(guò)將以下三種物質(zhì)進(jìn)行調(diào)和而實(shí)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(guò)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(guò)程中工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，并且成本低廉，對(duì)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(jìn)行了研究實(shí)驗(yàn)，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(hù)膏劑，抽取20種鋼試樣，進(jìn)行滲硼試驗(yàn)。而這種滲硼保護(hù)層，具有極高的強(qiáng)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(huì)阻隔外界空氣，進(jìn)而發(fā)揮出極好的保護(hù)作用。而相關(guān)研究表明，對(duì)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(dá)到良好的滲硼效果。總結(jié)分析，其原因在于這兩種物質(zhì)如果摻入過(guò)量，就會(huì)致使保護(hù)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(duì)保護(hù)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(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)水平的不斷提升，特別是針對(duì)固體廢棄物的資源再利用，也取得了一定的效果，并且進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)資源得以合理利用，而其在金屬熱行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，在效果上呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景。文章針對(duì)這一相關(guān)內(nèi)容進(jìn)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(yīng)用情況，進(jìn)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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