粉煤灰在建筑材料的應(yīng)用

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摘要:文章結(jié)合粉煤灰的高值化應(yīng)用研究成果，對(duì)粉煤灰的理化性質(zhì)及其在建筑材料領(lǐng)域資源化的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，并展望粉煤灰復(fù)合材料在建筑材料領(lǐng)域的研究趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:粉煤灰；玻璃；建材

粉煤灰是燃煤電廠發(fā)電過(guò)程中由鍋爐燃燒經(jīng)過(guò)煙氣再由除塵器收集的飛灰和灰渣，近年來(lái)，我國(guó)粉煤灰的排放量逐年增加，2018年排放量達(dá)到6.4億多t。粉煤灰已經(jīng)被國(guó)家列為重點(diǎn)處理的廢棄物，廣大科研工作者需要加大研發(fā)力度，解決粉煤灰?guī)?lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。粉煤灰的研究受到國(guó)家和政府的高度重視，隨著近些年科研投入的不斷增加，粉煤灰綜合利用技術(shù)研究取得很大的進(jìn)步。粉煤灰除了制備耐火材料、保溫材料，在高附加值利用方面也取得了很大的進(jìn)步，如提取有價(jià)金屬元素、制備透水磚、微晶玻璃等。文章主要闡述了粉煤灰的理化性質(zhì)及其在建筑材料透水磚和玻璃領(lǐng)域高值化的應(yīng)用。

1.粉煤灰理化性質(zhì)

我國(guó)內(nèi)蒙古中西部和山西北部等地區(qū)的煤炭資源豐富，以準(zhǔn)格爾煤田為例，煤炭資源發(fā)電后產(chǎn)生粉煤主要含有Al2O3、SiO2，此外還含有一定量的CaO、Fe2O3、Na2O、Ga2O3等，是一種寶貴的具有較高經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)價(jià)值的資源。鄂爾多斯準(zhǔn)格爾煤田粉煤灰中Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3含量分別為:50%、38%、1.2%、1.4%。粉煤灰中的礦物組成復(fù)雜，主要含有莫來(lái)石、石英、磁鐵礦、赤鐵礦、鋁酸三鈣、黃長(zhǎng)石等。從煤粉爐粉煤灰的X射線衍射圖可以看出，煤粉爐粉煤灰是在高溫下形成的，主要物相包括玻璃體和莫來(lái)石。鋁硅復(fù)合莫來(lái)石相的存在表明了煤粉爐粉煤灰經(jīng)過(guò)高溫燃燒（1300℃以上）。莫來(lái)石主要由煤中高嶺土、伊利石及其它黏土礦物分解形成，石英主要來(lái)自燃燒過(guò)程中未與其他無(wú)機(jī)物反應(yīng)的石英顆粒。電鏡掃描煤粉爐粉煤發(fā)現(xiàn)其中含有很多圓形顆粒，圓形顆粒是由于燃燒溫度較高，灰分中無(wú)機(jī)物在燃燒爐中熔融，當(dāng)煤灰溫度降低時(shí)，無(wú)機(jī)物熔融顆粒淬滅，從而形成玻璃球狀顆粒。循環(huán)流化床粉煤灰是在900℃左右溫度下燃燒產(chǎn)生的，灰分中無(wú)機(jī)物未能達(dá)到熔融狀態(tài)，因此循環(huán)流化床粉煤灰沒(méi)有固定的形態(tài)，大多數(shù)是一些不規(guī)則狀顆粒體。

2粉煤灰在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1粉煤灰在建筑材料透水磚領(lǐng)域的應(yīng)用。粉煤灰制備的建筑材料具有輕質(zhì)、強(qiáng)度高、抗磨損、防火、耐風(fēng)化、壽命高、不吸水、成本低、抗化學(xué)腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。粉煤灰制備的建筑新材料目前廣泛應(yīng)用于透水磚、板材、節(jié)能墻體砌塊等產(chǎn)品的制造。由粉煤灰制備的建筑新材料可與其他優(yōu)質(zhì)的材料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，復(fù)合制備性能更加優(yōu)良的新材料。饒玲麗[1]等人進(jìn)行了粉煤灰透水磚制備正交試驗(yàn)研究，采用預(yù)先設(shè)計(jì)好的正交試驗(yàn)。試驗(yàn)分析和討論了工藝參數(shù)對(duì)粉煤灰透水磚抗壓強(qiáng)度與透水系數(shù)的影響，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，試驗(yàn)得到制備透水磚的最優(yōu)工藝數(shù)據(jù)。透水磚的原料比例為粉煤灰∶黏土∶廢地磚=35∶35∶30，焙燒溫度為1050℃，成型壓力為25MPa。試驗(yàn)研究為廣大研究者進(jìn)一步優(yōu)化透水磚的透水率，提高粉煤灰的摻入量奠定了很好的試驗(yàn)基礎(chǔ)。李珠[2]等人采用高碳粉煤灰制備透水磚，以高碳粉煤灰、黏土為主要原料制備透水磚，試驗(yàn)研究了不同粉煤灰添加比例、不同焙燒溫度、不同成型壓力對(duì)透水磚性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，透水磚粉煤灰原料的使用占比為80%，充分實(shí)現(xiàn)了粉煤灰作為廢物實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用目的。如果高碳粉煤灰添加量不斷提高，粉煤灰透水磚的密度及抗拉強(qiáng)度會(huì)減小，而且吸水率增加。測(cè)試結(jié)果顯示，隨著實(shí)驗(yàn)燒結(jié)溫度提高，粉煤灰基透水磚的劈裂抗拉強(qiáng)度和密度不斷增加，但是吸水率會(huì)下降。試驗(yàn)結(jié)果表明，透水磚的劈裂抗拉強(qiáng)度可實(shí)現(xiàn)8.0MPa以上，透水磚的透水系數(shù)可以達(dá)到0.19×10-2cm/s。透水磚的研究和應(yīng)用越來(lái)越受到科研工作者重視，相信將來(lái)會(huì)出現(xiàn)性能更加優(yōu)良的粉煤灰基透水磚。2.2粉煤灰在建筑材料玻璃領(lǐng)域的應(yīng)用。玻璃是一種硅酸鹽無(wú)機(jī)非金屬材料。隨著制備工藝以及性能需要的不斷發(fā)展，研究者合成出許多優(yōu)良的新材料，如添加氧化鋇、氧化鈦等氧化物制備的新型玻璃，具有高密度及優(yōu)良的介電性能。秦子鵬[3]等人進(jìn)行了制備工藝對(duì)粉煤灰泡沫玻璃孔結(jié)構(gòu)的影響研究，采用粉煤灰、廢棄玻璃為主要原料，以磷酸鈉、碳酸鈉為輔料，制備了泡沫玻璃。試驗(yàn)研究了原料配比、溫度、時(shí)間對(duì)粉煤灰基玻璃性能的影響，研究結(jié)果表明，粉煤灰添加量對(duì)平均孔徑的影響較小，碳酸鈉添加量對(duì)平均孔徑影響比較明顯，樣品孔徑數(shù)量隨尺寸的變化近似呈正態(tài)分布，0.1~2.0mm的孔徑占到85%以上。尚志標(biāo)[4]等人采用粉煤灰制備了一系列微晶玻璃。試驗(yàn)研究了粉煤灰和黃磷爐渣添加一定量的輔料（SiO2、CaF2、KH2PO4）制備微晶玻璃技術(shù)，試驗(yàn)將粉煤灰、黃磷爐渣經(jīng)過(guò)預(yù)處理后加入相應(yīng)試劑，經(jīng)過(guò)高溫反應(yīng)澆注成型，退火爐保溫2h，即可得到粉煤灰和黃磷爐渣制備的性能優(yōu)良的新型微晶玻璃。研究結(jié)果表明，TiO2，CaF2，P2O5的加入均不會(huì)改變晶型。TiO2加入可以降低活化能，促進(jìn)析晶；P2O5的加入可以提高活化能，抑制析晶。

3結(jié)語(yǔ)

目前，利用粉煤灰制備建筑用透水磚、玻璃仍有很大的研究空間。要想使粉煤灰在建筑新材料領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，需要加大研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)科研創(chuàng)新。其次，結(jié)合粉煤灰中活性氧化鋁、氧化硅等化學(xué)成分，在理論方面需要加大復(fù)合新材料機(jī)理方面的研究，從而開(kāi)發(fā)出高性能的新型建筑材料。

參考文獻(xiàn):

[1]饒玲麗,曹建新等.粉煤灰透水磚制備正交試驗(yàn)研究[J].粉煤灰綜合用,2011,2:24-26.

[2]李珠,王能健等.趙林等.高碳粉煤灰透水磚的制備及性能研究[J].混凝土,2018,3:118-120．

[3]秦子鵬,李剛等.制備工藝對(duì)粉煤灰泡沫玻璃孔結(jié)構(gòu)的影響[J].非金屬礦,2017,6(41):37-39.

[4]尚志標(biāo),黃小鳳等.馬麗萍等.粉煤灰和自然冷卻黃磷爐渣協(xié)同制備微晶玻璃[J].硅酸鹽通報(bào)2017,2(36):533-536.

作者:白健 單位:神華準(zhǔn)能資源綜合開(kāi)發(fā)有限公司研發(fā)中心