粉煤灰制備高強發泡陶瓷的研究

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泡劑，在固定的耐火匣缽采用粉料堆積法制備高強發泡陶瓷。本研究在前期大量且品種各異廢料制備發泡陶瓷的基礎上，主要針對性的對粉煤灰、發泡劑的加入量。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，制得性能優異的高強發泡陶瓷，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、環保、工業四個領域。

粉煤灰是火力發電廠的煤粉燃燒后所留下的灰粉，是工業廢料，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泡劑制備孔徑均勻且性能優異的高強發泡陶瓷墻板，應用于建筑領域作為墻體材料，不僅可以實現粉煤灰的資源化大宗量使用，還可以彌補、替代傳統的有機墻體材料。

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。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，制得性能優異的高強發泡陶瓷，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，造成發泡比不夠或者是形成連通孔，導致大泡的出現，出現裂板情況;

（4）粉煤灰為主料的發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.分層分區布料工藝制備輕質保溫發泡陶瓷的研究[J].人工晶體學報.2019， 48（7）：1356-1359