粉煤灰制備輕質(zhì)耐火材料的研究

粉煤灰是火電、熱電企業(yè)燃燒煤粉時，自鍋爐中排出的工業(yè)固體廢棄物，具有火山灰特性，主要由Al2O3，SiO,Fe2O3，CaO和MgO等成分組成。粉煤灰是典型的硅酸鹽固體廢棄物，具有分布廣、數(shù)量大、 組成復雜、可降解性差、環(huán)境危害大等顯著特點。據(jù)統(tǒng)計，2013年，我國的粉煤灰產(chǎn)生量約5.8億噸， 綜合利用量4.0億噸，綜合利用率為69%，仍有約1.7億噸粉煤灰未得到利用。截至2015年，我國約有25億噸粉煤灰的累積堆存量，預計到2020年，總堆存量可達三十多億噸。未利用的粉煤灰數(shù)量巨大，粉煤灰處理、利用面臨的形勢嚴峻，壓力巨大。為保護環(huán)境，促進資源綜合利用，國家先后出臺了相應的法規(guī)政策，對粉煤灰安全處理處置進行了規(guī)范和約束，對促進粉煤灰資源利用發(fā)揮了積極作用。粉煤灰含有豐富的有用組分以及尚未被認識和有待發(fā)掘的有用性質(zhì)，資源和材料屬性明顯，可廣泛應用于礦物聚合材料制備、合成沸石、制備微晶玻璃與多孔陶瓷、制備復合催化材料等。

研究表明，粉煤灰資源在礦業(yè)、陶瓷，尤其是輕質(zhì)耐火材料領(lǐng)域均有廣泛的應用前景。輕質(zhì)耐火材料也稱為保溫耐火材料或隔熱耐火材料(insulating refractory)，是高溫窯爐、熱工設備等必備的節(jié)能材料，一般是指體積密度小、顯氣孔率高、導熱系數(shù)低，具有絕熱性能的耐火材料。粉煤灰顆粒微細、比表面積大，含有Al2O3，SiO2等耐高溫物相，粉煤灰中的Fe2O3能夠起到梯度燒結(jié)的作用，可作為重要的氧化鋁資源應用于耐火材料領(lǐng)域。目前，對于粉煤灰制備輕質(zhì)耐火材料的研究主要集中于漂珠磚，專業(yè)化的生產(chǎn)高強度輕質(zhì)漂珠隔熱耐火磚的規(guī)模，但漂珠從粉煤灰中提取的量很小，粉煤灰的限，這限制了漂珠隔熱耐火磚的護大生產(chǎn)與應用。肖繼東等人開展了粉煤灰原灰制備輕質(zhì)耐火磚研究，以粉煤灰原灰為原料配以黏上或高嶺土、珍珠巖等活性硅酸鹽礦物及造孔劑、粘結(jié)劑制備了輕質(zhì)耐火磚，但普遍存在制品密度大、收縮率大等缺點。

耐火材料試樣制備方法

將粉煤灰原灰過180目篩，選取篩下料作為原料備用。稱量配比，先將過篩粉煤灰原料、減水劑和水進行混合攪拌2~3min,然后加入燒失物繼續(xù)攪拌2~3min,最后加入水泥作為結(jié)合劑攪拌2~3min。將混臺料倒人模具中成型為25mm*25mm*125mm的條形試樣，自然養(yǎng)護24~30h后經(jīng)110℃X12h處理，經(jīng)不同溫度燒成，保溫一定時間后進行性能檢測。

本文針對粉煤灰的原料特性和粉煤灰制備輕質(zhì)耐火材料和工藝參數(shù)開展實驗研究，結(jié)果表明：

（1）粉煤灰主要成分為AlO2O3，SiO2,其主要物相為莫來石和剛玉相；粉煤灰顆粒呈規(guī)則圓球形，顆粒表面光滑平整，并含有部分空心球，粒度分布范圍較寬，尺寸均一度較低；粉煤灰高溫性能穩(wěn)定，無明顯相變反應和體積效應，耐火度高，可作為開發(fā)輕質(zhì)耐火材料的原料。

(2)以粉煤灰為原料，外加減水劑、結(jié)合劑和燒失物，經(jīng)成型、養(yǎng)護后在1100~1350℃溫度條件下燒成，制備了粉煤灰輕質(zhì)耐火材料，燒后試樣的耐壓強度、體積密度和線收縮均隨著燒成溫度的升高而增大，且在1250~1350℃范圍內(nèi)試樣的耐壓強度和體積密度隨溫度升高而增大得較為迅速，燒成溫度及保溫時間對試樣的燒結(jié)性能影響顯著。

(3) 1300℃保溫20min制備的試樣燒后線收縮為1.72%.顯氣孔率為60%，體積密度為0.96g/cm3，冷態(tài)和高溫耐壓強度分別為4.46MPa和3.12MPa，性能滿足國內(nèi)鋁硅系隔熱材料的要求。

(4)導熱性能研究表明，制備的粉煤灰輕質(zhì)耐火材料的導熱系數(shù)隨溫度升高而呈線性增大，在700~800℃之間增長得較為緩慢，在此溫度范圍內(nèi)輕質(zhì)耐火材料的隔熱效果更優(yōu)。

(5)本研究所制備的粉煤灰輕質(zhì)耐火材料，其最高使用溫度為1300℃。可作為中溫隔熱材料用于高溫工業(yè)的各種工業(yè)窯(梭式窯、隧道窯)爐(加熱爐、鋼包、中間包等)爐墻的保溫層（隔熱層）；作為泡沫陶瓷用于建筑行業(yè)高層建筑墻體結(jié)構(gòu)組員，起到保溫隔熱作用；作為高滲水筑路材料用在城市道路建設方面；作為優(yōu)良的隔聲材料用于需要隔聲的場合。

山東埃爾派生產(chǎn)的固廢專用蒸汽動能磨可利用電廠余熱蒸汽，加工成本比球磨機低。高能氣流磨噴嘴出口速度可達1020m/s，因而可以加工到比球磨機以及其他常規(guī)粉碎設備更細的粒度。高聲速及低動力粘度使其具有更高的粉碎效率及分級精度，從而減少過磨，獲得更窄的粒度分布。顆粒形態(tài)好，活性高。采用過熱蒸汽為氣源，兼具烘干作用，安全防爆、負壓環(huán)保、自動化程度高、噪音低、占地少。

本文部分內(nèi)容來源于《工業(yè)固廢處理與利用技術(shù)研究及應用新進展》中國建材工業(yè)出版社出版，吳小緩主編