工業固體廢物制作多孔吸聲材料的可行性探討

毛志剛，李云濤，陸 豫，鄭雙金

(廣西交通科學研究院有限公司，廣西 南寧 530007)

工業固體廢物已成為現今社會一大公害[1]。但從另一角度來看，工業廢渣被稱之為“放錯地方的資源”，屬于可再利用的再生資源。通過對廣西5種具有代表性工業固體廢物(鋼渣、錳礦渣、赤泥、鎳渣和爐渣等)制備新型吸聲材料，并對其聲學性能進行測試，探討其在公路交通噪聲防治領域應用的可行性，以期為相關工業廢渣在新型吸聲材料方面的開發利用提供試驗依據。

1 實驗材料

鋼渣主要成分CaO、SiO2、Al2O3等，大部分堆放廢棄。錳渣主要成分有SiO2、CaO等，大部分堆放廢棄。赤泥含SiO2、CaO、Fe2O3等，1 t氧化鋁產生1.3～2.2 t赤泥，主要還是筑壩堆存。鎳渣主要含SiO2、MgO等，較難在水泥制造業中被回收利用[2]。爐渣主要來自于城市生活垃圾焚燒場焚燒爐，所含元素為Si、Ca、Al等。

2 實驗方法

采用高溫聚合工藝制備聚合微粒吸聲材料，工藝流程詳見圖1。同時采用駐波管法測試其吸聲性能。各種工業廢渣制備的測試樣塊如圖2所示。

圖1 工藝流程圖

圖2 聚合微粒吸聲材料樣塊示例圖

3 實驗結果與分析

3.1 粒徑分布

利用不同目數的篩網對前文5種工業廢渣分別進行篩濾，結果如圖3所示。

從圖3可知，鎳渣和爐渣粒度分布相對均勻，鎳渣集中在10～60目(占比94.7%)，爐渣集中在4～40目(占比80%)，鋼渣則集中在10～16目(占比79.2%)。赤泥和錳渣顆粒細且散。

結合各工業廢料粒徑分布情況，以提高其利用率為原則，5種廢渣粒徑選取如下：鎳渣10～60目顆粒、鋼渣10～60目顆粒、爐渣12～70目顆粒、赤泥40～200目微粒、錳渣130～800目微粒。

3.2 聚合微粒材料的吸聲性能測試結果及分析

采用“10 mm吸聲材料厚度+90 mm空腔厚度”結構對制備的5種聚合微粒吸聲材料樣塊進行測試。各類型工業廢渣制備的聚合微粒吸聲材料的相應吸聲性能測試結果見圖4。

圖4 各工業廢渣制備的聚合微粒吸聲材料的吸聲性能曲線圖

由圖4可看到，5種工業廢渣制備成的聚合微粒材料中鎳渣、爐渣和鋼渣三種樣塊具有較好的中低頻吸聲性能，而赤泥和猛渣兩種樣塊的吸聲性能較差。其中：鎳渣和爐渣兩種樣塊的吸聲性能基本一致，在200～2 000 Hz范圍內，其吸聲系數均>0.3；在250～1 250 Hz范圍內，其吸聲系數均>0.6。表明鎳渣和爐渣制備的兩種聚合微粒吸聲材料均屬于高效吸聲材料，對中低頻噪音具有較好的吸聲性能。

從曲線的橫向分布來看，鋼渣樣塊的吸聲性能較鎳渣和爐渣樣塊往低頻方向橫移了約兩個波段，在160～1 250 Hz范圍內，其吸聲系數均>0.3；在250～1 000 Hz范圍內，其吸聲系數均>0.6；表明鋼渣樣塊的吸聲頻帶寬度較鎳渣和爐渣偏窄，樣塊的共振頻率向低頻偏移。

從縱向分布來看，鋼渣樣塊的吸聲性能在<500 Hz波段均優于鎳渣和爐渣樣塊，而在>500 Hz波段吸聲性能明顯偏低。表明其對中低頻噪音具有較好的吸聲性能。

反觀赤泥和錳渣制備的聚合微粒樣塊，吸聲性能均不理想。特別是錳渣，其樣塊吸聲系數α均<0.2，說明其并不屬于吸聲材料范疇。赤泥制備的聚合微粒材料在125～400 Hz的波段內具有>0.4的吸聲系數，其他波段內基本與錳渣的吸聲性能一致，表明其仍然屬于吸聲材料，但吸聲頻帶寬度較窄。

3.3 隔聲性能測試結果及分析

由于赤泥和錳渣不能作為吸聲材料來利用開發，本次研究針對其顆粒細小的結構特點，探討其在隔聲性能上的適用性。

使用隔聲實驗室測量的赤泥和錳渣聚合微粒材料的隔聲量與目前常用的10 mm水泥纖維隔聲板的隔聲量進行比較，結果如圖5所示。

從圖5可以看出，錳渣板在<800 Hz范圍內隔聲量較赤泥板隔聲量高，但800 Hz后赤泥板又微優于錳渣板，兩者隔聲性能總體來看基本一致，隔聲量RW均可達到30 dB，與10 mm水泥纖維板相差不大，表明錳渣和赤泥均可作為隔聲材料使用。但是，由于赤泥和錳渣均屬于粉末狀，制作隔聲板過程中需要添加較多的膠凝溶劑才能使其粘接成型，并具有一定強度和剛度，故成本也不低。因此，從技術上來看，直接采用赤泥和錳渣制作隔聲板是可行的，但是成本較高，沒有實際應用的價值。

圖5 赤泥與錳渣制備的聚合微粒材料隔聲量與水泥纖維板比較示意圖

4 結語

(1)鎳渣和爐渣粒度分布相對均勻，集中在10～60目，鋼渣集中在>10目，赤泥和錳渣顆粒均較細，其中赤泥以200目及以上為主，錳渣以130～800目為主。

(2)經測試，五種工業廢渣制備成的聚合微粒材料中，鎳渣、爐渣和鋼渣三種樣塊具有高效的中低頻吸聲性能，屬于高效吸聲材料，而赤泥和猛渣兩種樣塊的吸聲性能較差。

(3)赤泥板和錳渣板的隔聲量均可達到30 dB，與10 mm水泥纖維板相差不大，表明錳渣和赤泥均可作為隔聲材料使用。但是由于膠用量大，成本高，不經濟，沒有實際應用的價值。

(4)鎳渣集中在10～60目(占比94.7%)，是5種工業廢渣原材料中最理想的吸聲材料，其具有吸聲性能最優、廢渣利用率最高和制作成本最低等優勢，具有較大的應用前景，值得進一步研究。

[1]黃 弘，唐明亮，沈曉冬，等.工業廢渣資源化及其可持續發展(Ⅰ)——典型工業廢渣的物性和利用現狀[J].材料導報，2006(20)：450-454.

[2]劉梁友，劉 云，張 康，等.鎳鐵渣用作混合材對水泥性能影響的研究[J].硅酸鹽通報，2016(6)：1705-1710，1715.