利用粉煤灰生产轻质耐火材料的研究及应用探讨

应用技术利用粉煤灰生产轻质耐火材料的研究及应用探讨李德周苗文明（河南省平顶山新型耐材股份有限公司）尹延辉（河南省粉煤灰研究中心）步。本文通过对粉煤灰及漂珠的分析和研究，阐述了粉煤灰漂珠生产耐火材料的工艺过程，旨在加快粉煤灰生产耐火材料的推广应用进程1基本原理：轻质耐火材料是指气孔率高，体积密度低（< /cm3）的耐火材料，其特点是具有多孔结构和高的隔热性，也称隔热耐火材料。它的热容和导热是材料的基本物理特性，只随材料的结构变化（如颗粒大小及分布情况，气孔率的多少，气孔的大小及分布）在热传导方式上发生变化，影响到材料的热传导性I能在主晶相和基质中热量是以传导方式进行的，而气孔则是以辐射和对流方式进行的，由于气体导热性能差，仅为固体材料的1/10，所以气孔中的气体有效地阻止了气体热量的传递，轻质耐火材料的多孔结构及小的体积密度，即是轻质耐火材料隔热节能的基本原理。

　　利用粉煤灰漂珠生产的轻质耐火材料有效地克服了传统方法，（如可燃物加入法，泡沫法、化学法等）生产耐火材料的比重较大，结构不均匀，机械强度低、外形变化大生产周期长、生产效率低、隔热性能差等诸多缺点，因而有着较好的推广应用前景2粉煤灰漂珠的理化特性21粉煤灰的物理特性粉煤灰是一种火山灰活性材料，一般粒径为0.ymr2501，壁厚1~m，容重间，颜色与所含杂质有关，一般呈灰白色，灰黑色，比表面积2000~400Cbm2/g粉煤灰的密度视颗粒的形状大小而不同，一般为1. 22粉煤灰漂珠的化学成份粉煤灰的同源物质空心漂珠具有优良的耐热、隔热绝缘等性能，是一种具有许多用途的原材料和填充材料漂珠内充满CO2，分别为58~85%、15~4%，其物理化学特性随电厂所用煤种、燃煤状况、燃烧方式的不同而异。

　　国内外部分粉煤灰漂珠的化学成份见表1表1国内外部分粉煤灰漂珠的化学成份产地组成中山东国贵阳平顶山美国英国波兰灼减漂珠的矿物组成为：硅酸盐玻璃相80~ 85%，莫来石10~15%，其它矿物约5%（包括石英变体）；漂珠的耐火度随AI2O3含量而变化，Al23含量在25%~30时为1610~1650°C，含量在2.3漂珠的热相变化据有关资料，从常温到1000C，漂珠球体发生变化，其化学组成无变化；从1000°C起出现方石英晶体，球体开始收缩；1200°C析晶明显；120屮1250°C期间，物料中的Ab3和Si2所形成的莫来石含量趋于稳定，方石英含量也达到高值，漂珠球体变形显著，球体间相互粘结；当温度达到1300C以上时，漂珠中硅酸盐玻璃相熔融程度加剧，使坯体过烧3粉煤灰在轻质隔热耐火材料中的应用3.1概述漂珠具有体轻、壁薄中空、表面光滑、耐高温及隔热性能好的特点，利用漂珠的这些特点，它可以用来制造保温性能优异的轻质隔热耐火材料。

　　3.2轻质隔热砖的生产工艺漂珠砖是以粉煤灰漂珠作主要原料辅以结合粘土，高铝矾土，熟料等原料制造的，漂珠砖在机械强度，耐高温性能，热导率及使用性能等方面都优于现有中档隔热材料，甚至可以和硅酸铝纤维相媲美。因此，是一种较好的也是用途很广泛的新型隔热耐火材料。

　　生产漂珠砖多采用半干法成型，成型方法简单，无需整形工序。其工艺流程大致如下：（2）轻质高强隔热砖的生产工艺a.原料空心漂珠的物化性能随煤种不同及操作方法的不同而波动较大，应用时可根据厂生产情况给漂珠分级以利使甩一般来说，选用漂珠容重应小于0.4g/cm3，珠体表面光滑，整珠率98%以上颜色较白铁含量较低的应用于生产时，还要高度重视漂珠的粒度组成，它对制品的成型性能、烧或工艺及使用性能有很大的影响漂珠属非可塑性材料珠体颗粒细小，比表面积大，故可合理地选择结合剂并确定其用量是生产漂珠砖的关键之一。根据经验选择磷酸二氢铝和硫酸铝作结合剂较合适。c配方制定漂珠砖配方时，应根据漂珠的技术指标，来确定漂珠及结合剂的用量，并注意配方中生料和熟料的比例。同时也可采用加入烧失物或引用其它轻集料的办法来调整其体积密度和改善制品的使用性能。

　　不同牌号漂珠使用量对比见表2表2不同牌号漂珠使用量对比项目漂珠（%c）半干法成型时，宜采用强制式搅拌机来进行混料，先干混后湿混，干混时间控制在3~4min，湿混以5min为宜，水份应在13%~20%之间，在生产过程中，还要因季节的变化和制品指标要求而适当调整e陈化有些原料在混练后在短时间内很难达到水分的均一所以要陈化，时间一般为8小时，陈化期间，泥料表面应尽可能避免干燥，另外，陈化也可使泥料中的结合剂充分水解，以提高泥料的塑性，以利于成型f坯体成型坯体采用半干法成型，因漂珠是玻璃状，表面光滑，成型时物料容易移动，所需压力不需很大，以15~ 30T的压力为宜g坯体干燥空心漂珠的坯体为细微粒结构，水分比较容易排出，而且采用的是半干法成型，坯体的含水率不很高所以可以采取强制快干的办法来提高生产效率，干燥设备可采用室式干燥，也可采用隧道式干燥。当干燥后的坯体内水分不超过4%时，即可入窑烧成，但也要防止坯体过分干燥，如坯体过分干燥，则坯体发脆，不宜搬运h烧成根据漂珠特性，一般烧成温度控制在1200°C~1290°C之间，保温2~ 4小时为宜，在漂珠砖烧成时，除了注意严格遵循烧成制度外，还要特别注意装车方法，装车方法不合理，可能会导致制品大面积的质量下降3.3粉煤灰漂珠在不定型耐火材料中的应用不定型时耐火材料是由集料和一种或多种结合剂组成的混合料，有的能以交货状态直接使用，有的必须和一种或几种合适的液体稠配后使甩粉煤灰漂珠由于粒径小，经筛选后可用作隔热耐火泥浆的集料，它一方面可以起到降低泥浆导热系数的作用，另一方面有利于泥浆的施工轻质耐火泥浆粒径较同材质重质耐火泥浆大一些，由于粉煤灰的使用，使泥浆流动性增大，易于在砖的表面上辅展开来，使砌筑灰缝饱满。

　　粉煤灰用于制做多孔熟料集料多孔熟料的品种较多，通常有多孔叶腊石或硅质熟料、多孔粘土质和高铝质熟料、多孔莫来石熟料或刚玉熟料等多孔熟料系将多种耐火粉料用增孔技术配料成球或压坯，经高温煅烧而得，其内部呈多孔状或蜂窝状，骨架牢固生产多孔熟料的方法主要有可燃物加入法，低容物加入法，泡法和化学法等。目前国内用前两种方法。其中把粉煤灰，漂珠作为低容物加入是一种常用方法，粉煤灰漂珠可直接掺入，以保持其本身的中空球状，所用的颗粒尺寸和用量，可根据多孔熟料性能的要求而定。如生产高强度粘土质多孔熟料，除采用矾土熟料，软硬质粘土等耐火粉料外，低熔物为Al23大于33%的漂珠，用水混练压坯、脱模烘干、烧成，成品的体积密度约为1.13~1.17g/cm3，烧成温度成后抗折强度约3.5MPa3.4在轻质浇注料中应用因为粉煤灰漂珠粒径小，质轻，有一定活性，漂珠中空，壁薄且坚硬，能降低轻质耐火浇注料的体积密度，又因有一定活性，且对强度有所帮助，轻质耐火浇注料中漂珠用量与性能的关系如漂珠用量与性能的关系从图中可看出，随漂珠用量的增加，轻质耐火浇注料的体积密度下降，耐压强度无明显变化此外，粉煤灰漂珠的引入较大改善轻质浇注料的和易性，满足浇注料的施工性能，作为耐火浇注料的基质材料，粉煤灰漂珠与轻质多孔集料组成较为均匀的气相连续结构，从而降低材料的热导率，采用优质集料和结合剂辅以漂珠，就可以配制优质隔热耐火浇注料。某厂用漂珠生产的轻质浇注料理化性能如表3表3用漂珠生产轻质浇注料理化性能体积密度（g/cm3）抗折强度（MPa）耐压强度（MPa）重烧线变化（导热系数注：标有“的测试温度为1100°C4影响漂珠制品使用性能的因素4.1影响制品机械强度的因素制品的机械强度影响因素较多，但主要取决于漂珠加入量及结合剂的加入量及种类同一牌号的产品一般说来随漂珠的加入量的增多而耐压强度提高。结合剂一般也随其加入量的增多使制品的强度升高。

　　4.2影响制品重烧线变化的因素重烧线变化的大小直接影响制品的使用性能，其影响因素主要是原料的灼减量和高温状态下产生的液相量，灼减量大的液相量多，制品的线收缩就越大，因此，选择原料时要尽量地选灼减量小的，杂质含量低的。此外，为了减小制品的重烧线变化，可适量地在配方中引入一些膨胀材料，如蓝晶石，石英等原料。引入监晶石等，也可在一定程度和一定范围内提高制品的高温荷软性。

　　5结束语利用粉煤灰漂珠生产轻质耐火材料的工艺技术已经成熟，且制品性能优良。

　　利用粉煤灰漂珠生产轻质耐火材料经济效益、社会效益较为突出，并对窑炉工业产生积极的推动作甩主要