粉煤灰制备轻质耐火材料的研究

粉煤灰是火电、热电企业燃烧煤粉时，自锅炉中排出的工业固体废弃物，具有火山灰特性，主要由Al2O3，SiO,Fe2O3，CaO和MgO等成分组成。粉煤灰是典型的硅酸盐固体废弃物，具有分布广、数量大、 组成复杂、可降解性差、环境危害大等显著特点。据统计，2013年，我国的粉煤灰产生量约5.8亿吨， 综合利用量4.0亿吨，综合利用率为69%，仍有约1.7亿吨粉煤灰未得到利用。截至2015年，我国约有25亿吨粉煤灰的累积堆存量，预计到2020年，总堆存量可达三十多亿吨。未利用的粉煤灰数量巨大，粉煤灰处理、利用面临的形势严峻，压力巨大。为保护环境，促进资源综合利用，国家先后出台了相应的法规政策，对粉煤灰安全处理处置进行了规范和约束，对促进粉煤灰资源利用发挥了积极作用。粉煤灰含有丰富的有用组分以及尚未被认识和有待发掘的有用性质，资源和材料属性明显，可广泛应用于矿物聚合材料制备、合成沸石、制备微晶玻璃与多孔陶瓷、制备复合催化材料等。

研究表明，粉煤灰资源在矿业、陶瓷，尤其是轻质耐火材料领域均有广泛的应用前景。轻质耐火材料也称为保温耐火材料或隔热耐火材料(insulating refractory)，是高温窑炉、热工设备等必备的节能材料，一般是指体积密度小、显气孔率高、导热系数低，具有绝热性能的耐火材料。粉煤灰颗粒微细、比表面积大，含有Al2O3，SiO2等耐高温物相，粉煤灰中的Fe2O3能够起到梯度烧结的作用，可作为重要的氧化铝资源应用于耐火材料领域。目前，对于粉煤灰制备轻质耐火材料的研究主要集中于漂珠砖，专业化的生产高强度轻质漂珠隔热耐火砖的规模，但漂珠从粉煤灰中提取的量很小，粉煤灰的限，这限制了漂珠隔热耐火砖的护大生产与应用。肖继东等人开展了粉煤灰原灰制备轻质耐火砖研究，以粉煤灰原灰为原料配以黏上或高岭土、珍珠岩等活性硅酸盐矿物及造孔剂、粘结剂制备了轻质耐火砖，但普遍存在制品密度大、收缩率大等缺点。

耐火材料试样制备方法

将粉煤灰原灰过180目筛，选取筛下料作为原料备用。称量配比，先将过筛粉煤灰原料、减水剂和水进行混合搅拌2~3min,然后加入烧失物继续搅拌2~3min,最后加入水泥作为结合剂搅拌2~3min。将混台料倒人模具中成型为25mm*25mm*125mm的条形试样，自然养护24~30h后经110℃X12h处理，经不同温度烧成，保温一定时间后进行性能检测。

本文针对粉煤灰的原料特性和粉煤灰制备轻质耐火材料和工艺参数开展实验研究，结果表明：

（1）粉煤灰主要成分为AlO2O3，SiO2,其主要物相为莫来石和刚玉相；粉煤灰颗粒呈规则圆球形，颗粒表面光滑平整，并含有部分空心球，粒度分布范围较宽，尺寸均一度较低；粉煤灰高温性能稳定，无明显相变反应和体积效应，耐火度高，可作为开发轻质耐火材料的原料。

(2)以粉煤灰为原料，外加减水剂、结合剂和烧失物，经成型、养护后在1100~1350℃温度条件下烧成，制备了粉煤灰轻质耐火材料，烧后试样的耐压强度、体积密度和线收缩均随着烧成温度的升高而增大，且在1250~1350℃范围内试样的耐压强度和体积密度随温度升高而增大得较为迅速，烧成温度及保温时间对试样的烧结性能影响显著。

(3) 1300℃保温20min制备的试样烧后线收缩为1.72%.显气孔率为60%，体积密度为0.96g/cm3，冷态和高温耐压强度分别为4.46MPa和3.12MPa，性能满足国内铝硅系隔热材料的要求。

(4)导热性能研究表明，制备的粉煤灰轻质耐火材料的导热系数随温度升高而呈线性增大，在700~800℃之间增长得较为缓慢，在此温度范围内轻质耐火材料的隔热效果更优。

(5)本研究所制备的粉煤灰轻质耐火材料，其最高使用温度为1300℃。可作为中温隔热材料用于高温工业的各种工业窑(梭式窑、隧道窑)炉(加热炉、钢包、中间包等)炉墙的保温层（隔热层）；作为泡沫陶瓷用于建筑行业高层建筑墙体结构组员，起到保温隔热作用；作为高渗水筑路材料用在城市道路建设方面；作为优良的隔声材料用于需要隔声的场合。

山东埃尔派生产的固废专用蒸汽动能磨可利用电厂余热蒸汽，加工成本比球磨机低。高能气流磨喷嘴出口速度可达1020m/s，因而可以加工到比球磨机以及其他常规粉碎设备更细的粒度。高声速及低动力粘度使其具有更高的粉碎效率及分级精度，从而减少过磨，获得更窄的粒度分布。颗粒形态好，活性高。采用过热蒸汽为气源，兼具烘干作用，安全防爆、负压环保、自动化程度高、噪音低、占地少。

本文部分内容来源于《工业固废处理与利用技术研究及应用新进展》中国建材工业出版社出版，吴小缓主编