李亮(攀枝花學院材料工程學院，攀枝花617000)

　　摘要:粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物，粉煤灰主要用于混凝土添加劑，附加值較低。為了提高粉煤灰的利用價值，本研究利用粉煤灰制備輕質高強陶粒。在1100℃煅燒時，粉煤灰陶粒燒結出現(xiàn)新物相鈣長石，在1200℃煅燒時，石英相溶解到燒結物相中，粉煤灰陶粒燒結出現(xiàn)新物相普通輝石，煅燒溫度控制在1100～1200℃范圍較適宜。煅燒溫度增加到1200℃時，筒壓強度達到6．3MPa左右，體積密度達到1．6g/cm3左右。當P值較低時，粉煤灰陶粒的燒成溫度降低，陶粒容易燒脹，當P值超過10時，粉煤灰陶粒的燒成溫度過高，粉煤灰陶粒不易發(fā)生膨脹。

　　關鍵詞:粉煤灰;燒成;陶粒中

　　圖分類號:X757文獻標識碼:A文章編號:1001-1625(2017)05-1577-051

1.引言

　　粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，污染大氣。若排入水系會造成河流淤塞，其中的有毒化學物質還會對人體和生物造成危害。粉煤灰的主要氧化物組成為:SiO2、Al2O3及少量的FeO、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2等，SiO2和Al2O3含量可占總含量的60%以上。目前，粉煤灰的利用方式主要作為混凝土的摻合料，利用附加值較低，利用量有限，急需開發(fā)利用附加值較高，應用范圍廣的產品［1］。本研究根據(jù)粉煤灰的化學成份特點，主要成分為SiO2和Al2O3，在燒結過程中可以形成莫來石相，具有燒結成瓷的特點，F(xiàn)eO、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2可以作為燒結過程中的助熔劑，降低粉煤灰的燒結溫度。利用粉煤灰的以上化學成份特點，本研究利用粉煤灰開發(fā)陶粒產品，開發(fā)產品具有輕質、強度高、隔熱保溫、抗凍耐腐蝕等特點，可以用于配制高層建筑結構砼、屋面找坡、保溫隔熱、污水處理、園林綠化、無土栽培等領域。先將粉煤灰與結合劑、造孔劑等混合磨制到一定的細度并混合均勻，利用圓盤成球機滾動成球，邊滾動邊噴水，通過控制轉速、成球時間可以得到粉煤灰陶粒半成品，粉煤灰陶粒半成品經過燒制可以得到粉煤灰陶粒成品。

2.實驗
　　2．1原料本實驗主要采用的主要原料為粉煤灰、石灰石、粘土［2］，石灰石起到助熔和發(fā)泡的作用，粘土起到結合劑作用，提高成球的初始強度，增加滾動成球的成品率和燒后強度。原料化學成分見表1。主原原料XＲD分析見圖1、圖2。
　　從表1可以看出，粉煤灰陶粒主要含有SiO2和Al2O3，石灰石主要含有CaO，粘土主要成為SiO2。從圖1可以看出，粉煤灰主要礦物組成為石英、鋇鎂鈣云母、石灰、硬石膏，其中石英峰值最為明顯，含量最多。從圖2可以看出，粘土主要礦物組成為石英、高嶺土、蒙脫石。
　　2．2方案制定粉煤灰陶粒實驗流程見圖3先將原料進行烘干處理，按配比稱量粉煤灰、石灰石和黏土，用球磨機混合磨細，磨制細度控制在大于200目≥90%。采用圓盤成球機進行造球，圓盤轉速保持在60r/min，邊轉動邊噴水，原料在圓盤造球機中成球后，將粉煤灰生料小球放入干燥箱干燥，干燥的溫度控制為100℃左右，干燥的時間控制在60～90min。

　　將烘干后的生料小球裝入高溫電爐中燒成，升溫速度控制為10℃/min，升溫至燒成溫度保溫一定時間，停止供電，待陶粒冷卻至室溫后取出檢測陶粒的性能。

3.結果與討論
　　3．1粘土配入量粉煤灰陶粒筒壓強度的影響從表1可以看出，粉煤灰的化學成分有SiO2，Al2O3，CaO，F(xiàn)e2O3與MgO。其中SiO2與Al2O3在燒成過程中可以形成莫來石相，促進成瓷。CaO，F(xiàn)e2O3與MgO為雜質相，影響到粉煤灰的燒結。單獨采用粉煤灰成球制備粉煤灰陶粒，會影響到粉煤灰陶粒的燒結強度。為了提高粉煤灰陶粒的燒結強度，添加粘土增加粉煤灰陶粒的燒結強度，在1100℃燒成，實驗結果見圖4。
　　從圖4可以看出，隨著粘土添加量的增加，粉煤灰陶粒的筒壓強度增加，當粘土的添加量達到10%時，粉煤灰陶粒的筒壓強度增加不明顯，從經濟成本考慮，在本次試驗條件下，粘土的配入量選擇10%左右較適宜。
　　3．2石灰石配入量粉煤灰陶粒筒壓強度的影響為了制備輕質高強的粉煤灰陶粒，在設計粉煤灰陶粒的配方時，應該添加能在燒結過程中可以讓粉煤灰陶粒膨脹的物料。從經濟性上考慮，本次試驗選石灰石作為膨脹劑，石灰石的分解溫度與粉煤灰陶粒的燒結溫度接近。石灰石在800～1100℃時，可以發(fā)生分解反應放出CO2氣體，放出的CO2氣體在粉煤灰陶粒燒制過程中，起到了微膨脹劑作用，分解產生的CaO可以起到助熔作用，對提高粉煤灰陶粒的強度有利。添加10%的粘土，在1100℃燒成，石灰石添加量對粉煤灰陶粒筒壓強度的影響見圖5。
　　從圖5可以看出，隨著石灰石添加量的增加，粉煤灰陶粒的筒壓強度增加，當石灰石的添加量達到3%時，粉煤灰陶粒過度膨脹，表面出現(xiàn)裂紋，粉煤灰陶粒的筒壓強度降低。在本次試驗條件下，石灰石的配入量選擇低于3%較適宜。
　　以上修改增加石灰石、粘土對粉煤灰陶粒筒壓強度的影響，目的為找到適合的石灰石和粘土添加量。
　　3．3不同煅燒溫度粉煤灰陶粒的形貌與物相設計粉煤灰陶粒的配方:粉煤灰的配入量選擇87%，粘土的配入比例選擇10%，石灰石的配入比例選擇3%。磨制細度控制大于200目≥90%。燒成高溫點保溫時間控制在1h。研究1000℃、1100℃、1200℃粉煤灰陶粒的物相與形貌［3-4］，不同溫度下的粉煤灰陶粒XＲD檢測見圖6、圖7、圖8。在1100℃煅燒時，粉煤灰陶粒燒結出現(xiàn)新物相鈣長石(CaAl2Si2O8)，在1200℃煅燒時，石英相溶解到燒結物相中，粉煤灰陶粒燒結出現(xiàn)新物相普通輝石，粉煤灰陶瓷的燒結程度越來越充分。從XＲD圖像分析可知，粉煤灰陶粒的燒結溫度控制在1000～1200℃范圍較適宜。
　　3．4煅燒溫度對粉煤灰陶粒筒壓強度的影響設計粉煤灰陶粒的配方:粉煤灰的配入量選擇87%，粘土的配入比例選擇10%，石灰石的配入比例選擇3%。磨制細度控制大于200目≥90%。燒成高溫點保溫時間控制在1h。研究煅燒溫度對陶粒筒壓強度的影響，試驗結果見圖12。由圖12可知，隨著煅燒溫度的增加，粉煤灰陶瓷粒筒壓強度增加，煅燒溫度增加到1200℃時，粉煤灰陶粒的筒壓強度增加到6．3MPa。
　　3．5煅燒溫度對粉煤灰陶粒體積密度的影響設計粉煤灰陶粒的配方:粉煤灰的配入量選擇87%，粘土的配入比例選擇10%，石灰石的配入比例選擇3%。磨制細度控制大于200目≥90%。燒成高溫點保溫時間控制在1h。研究煅燒溫度對粉煤灰陶粒體積密度的影響，試驗結果見圖13。由圖13可知，隨著煅燒溫度的增加，粉煤灰陶粒的體積密度增加，煅燒溫度增加到1200℃時，粉煤灰陶粒的體積密度增加到1．6g/cm3。
　　3．6助熔系數(shù)P對粉煤灰陶粒筒壓強度的影響圖14不同P值對粉煤灰陶粒筒壓強度的影響Fig．14EffectofdifferentPvalueonthecompressivestrengthofflyashceramsite從表1可以看出，用粉煤灰、粘土和石灰作原料配制陶粒的配方，化學成分為SiO2、Al2O3、CaO、MgO和Fe2O3，SiO2和Al2O3為主要成分，CaO、MgO和Fe2O3為少量成份，少量成分起到助熔作用，可以影響到粉煤灰陶粒的燒脹效果和強度［5-7］。為了解少量成分對粉煤灰陶粒性能的影響，考察助熔系數(shù)P對粉煤灰陶粒性能的影響，P=(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO+Fe2O3)。通常P值控制在3．5～10，可以獲得性能指標令人滿意的粉煤灰陶粒。當P值較低時，粉煤灰陶粒的燒成溫度降低，陶粒容易燒脹。當P值超過10時，粉煤灰陶粒的燒成溫度過高，粉煤灰陶粒不易發(fā)生膨脹。
　　最高燒成溫度控制1100℃，燒成高溫點保溫時間控制在1h，磨制細度控制大于200目≥90%，改變助熔系數(shù)P，考察助熔系數(shù)P對粉煤灰陶粒筒壓強度的影響。試驗結果見圖14。從圖14可以看出粉煤灰陶粒筒壓強度隨P值的增加而增加，在P值為5時，粉煤灰陶粒的筒壓強度為6MPa左右，可以達到輕質高強陶粒的性能要求。

　　4結論(1)粉煤灰主要礦物組成為石英、鋇鎂鈣云母、石灰、硬石膏，粉煤灰與粘土、石灰配合制成陶粒，在1100℃煅燒時，粉煤灰陶粒燒結出現(xiàn)新物相鈣長石(CaAl2Si2O8)，在1200℃煅燒時，石英相溶解到燒結物相中，粉煤灰陶粒燒結出現(xiàn)新物相普通輝石。煅燒溫度控制在1100～1200℃范圍較適宜;(2)隨著煅燒溫度的增加，粉煤灰陶瓷粒筒壓強度增加，煅燒溫度增加到1200℃時，粉煤灰陶粒的筒壓強度增加到6．3MPa。隨著煅燒溫度的增加，粉煤灰陶粒的體積密度增加，煅燒溫度增加到1200℃時，粉煤灰陶粒的體積密度增加到1．6g/cm3;(3)粉煤灰陶粒筒壓強度隨P值的增加而增加，在P值為5時，粉煤灰陶粒的筒壓強度為6MPa左右。

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本文由武漢陶粒廠家編輯整理。