摘要：本文總結了以粉煤灰制造輕量化規(guī)整陶瓷填料的技術經驗，并對粉煤灰尚未發(fā)現和重視的性能做了探索研究。通過實驗和生產，摸索出配方規(guī)律，使粉煤灰摻量達到50%；確定了合適的生產工藝，達成了節(jié)能、清潔生產。大生產產品性能具有高強、耐蝕、質輕之綜合上等，且產品成本低廉，具顯著的社會、經濟效益。

Abstract：Thisarticle summarized by the pulverized coal ashmanufacture 輕量neatceramics padding technical background, and to thepulverizedcoalash not yet discovered and takes the performance hasdonetheexploration research. Through the experiment and theproduction,triedto find out the formula rule, causes the pulverizedcoal ashto mixthe quantity to achieve 50%; Had determined theappropriateproductioncraft, achieved the energy conservation, thecleanproduction. The bigproduction product performance has excelsin,resists corrosion, thenature light synthesis high quality, alsotheproduct cost isinexpensive, has the remarkable society,theeconomic efficiency.

關鍵詞：大摻量粉煤灰；輕量型；規(guī)整陶瓷填料；制造工藝

近些年來，我國在粉煤灰結合利用方面取得了顯著成就，創(chuàng)造了巨大的社會效益和經濟效益。但仍有不盡如人意之處，如地區(qū)的不同，利用率差別就很大；而在具體的應用上，粉煤灰的膠凝性，充填性利用得多，但其燒結的低融性、輕量性和耐蝕性等應用得少；具體在燒結材料方面，在一些傳統(tǒng)的磚瓦（墻體材料）、內外墻面磚和地磚（建筑陶瓷）、陶粒（建筑構件輕集料）等用得多，而新型陶瓷（如微孔陶瓷、輕量陶瓷、化工陶瓷）上用得少，粉煤灰的某些寶貴素質尚未加以開發(fā)利用，這又在一定程度上扼制了粉煤灰在國內范圍內不同地區(qū)的“特色”應用，與我國發(fā)展循環(huán)經濟的戰(zhàn)略要求尚有差距，需要我們繼續(xù)努力，深化研究，開拓應用。

有鑒于此，富有社會責任感和**精神的萍鄉(xiāng)市耐可化工設備填料有限公司，在應用粉煤灰生產化工塔用規(guī)整陶瓷填料方面作了探索，投入巨大的人、財、物力對此進行了研究和生產實驗，取得了成功。產品在煤炭化工、化肥、冶金焦化、城市煤氣等行業(yè)中應用，取得了**的社會經濟效益。該項目獲得了國家發(fā)明**，并通過了省級成果鑒定。今將此技術總結于下，以拋磚引玉，為粉煤灰的深層次，多元化利用投下鋪路石。

1、粉煤灰相關性能的發(fā)掘利用及生產應用中有關問題的解決：

1.1在陶瓷生產中可應用的性能

（1）粉煤灰是高溫過程之產物，礦相主要由玻璃相、莫來石、含鐵礦物、石英等組成，故化學穩(wěn)定性強，有較好的耐酸、堿侵蝕性。

（2）粉煤灰顆粒分布在1~100μm，故幾乎不用粉碎或稍微磨細即可在陶瓷生產中使用；因是高溫產物，故疏水性好，由此制得的泥漿易于壓濾脫水，半成品易于烘干，其含有10μm以下微粉級粒子，有促進燒結的作用，而能夠低溫燒成。以上這些可貴素質，使粉煤灰成為陶瓷生產的節(jié)能性原料。

（3）粉煤灰含有一定量的多孔玻璃體和碳粒，在適當條件下燒成，既可以保證玻璃體的多孔，又因碳粒燃燼留下孔隙，而致材質體輕多孔；利用多孔材料的孔隙性，可吸收熱應力，使材料有較高的抗急冷急熱性。

（4）粉煤灰中的玻璃相為CaO-K₂O-Al₂O₃-SiO₂質，易與各類粘土顆粒發(fā)生反應和熔融，促進燒結，使粘土與粉煤灰結合于一體，賦予材料較高的機械強度和耐蝕性。（注1）

1.2工藝難點的解決思路

（1）粉煤灰性能、成份波動大，直接影響陶瓷生產燒成質量、產品氣孔率、機械強度和尺寸規(guī)整度，是其在陶瓷中大摻量利用的“攔路虎”。鑒此，可參考陶瓷原料預均化經驗，采取在廠區(qū)小規(guī)模（數十噸級規(guī)模）預均化的方法解決。根據每批次灰渣的性能成份，或調整配方、或改進燒成工藝、或調整模具來確保產品合格率和性能質量。

（2）粉煤灰屬瘠性料，無可塑性，采用高效、衛(wèi)生的濕法擠出成形工藝時，可配入足量粘土和有機粘結劑，運用高真空擠出設備來解決。

有了上述揚長避短的處理，就為粉煤灰在規(guī)整陶瓷填料中利用，提供了重要基礎。

2、粉煤灰生產輕量化規(guī)整陶瓷填料的措施、方案

2.1科學確定配方

綜合生產工藝性能和產品性能的要求，先通過正交實驗設計配方考察各系列配方的工藝性能和產品性能，從中優(yōu)選幾個配方，再進一步通過大生產考證，*后確定配方。在此基礎上，根據粉煤灰性能、成份的變動情況和針對產品的不同需要，摸索配方規(guī)律，以應對原料波動與產品性能，大小之要求。實驗和生產證實，各原料配比在下列范圍內，可生產出適應用不同需求的煤氣洗滌塔填料：

粉煤灰30~60%、滑石粘土30~68%、造孔劑5~10%、剝片高嶺土2~9%、晶相轉化助劑（外加）1~2%

其中引入粘度2μm以下占90%以上，100nm以下顆粒占20%以上的剝片高嶺土，一是為增加泥料之可塑性，以適應摻灰量較多的配方，還有一目的是，利用微粉燒結之活性，來達成低溫燒成條件下材料的高強度。

助劑的作用是促進體系中形成較多的莫來石。因為莫來石是材料同時具備高機械強度、高抗蝕性、高抗熱震性等的基礎。由于粉煤灰中的玻璃相同任何玻璃一樣，都是亞穩(wěn)態(tài)的，有析晶傾向（粉煤灰由爐膛中逸出冷卻越快，晶相就越少，反之晶相多的事實，也證實了這點），而粉煤灰中總是含有莫來石，故加入合適的晶相促進劑，并以灰中的莫來石為晶種，可以在合適的熱處理制度下，誘導玻璃相析出莫來石，并促使剝片高嶺土在1100℃以下的低溫中也提前析出莫來石（一般高嶺土析出莫來石的溫度≥1100℃）。（注2）這對于提升材料的力學、化學、熱學等綜合性能更有裨益，避免了普通陶瓷通過液相燒結來提高力學、化學性能的同時，也犧牲了多孔性、輕量性和抗熱震性等性能的情況。

在配方研制過程中，先后試用過多種晶相促進劑，包括氟化物、含鈦化合物、含鎂化合物、含鈣化合物、含鐵化合物、含釩化合物、含鋅化合物及其二種及二種以上的復合物，實驗證實復合物更好，莫來石析出量高，玻璃相的余量更少，見圖1

 

 

X-ray衍射圖譜

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

造孔劑主要是根據粉煤灰成分、配用量及產品要求來確定加入多少，以作為輔料加入，起到調配生產工藝性和產品性能之功用。

2.2合理制定工藝

2.2.1原料處理及加工

粉煤灰以每批次20T級的規(guī)模以圓錐形進行堆料，以端面取料的方式取用原料，作好預均化處理。

為使原料充分混合均勻并磨細到合適細度，又不致破壞粉煤灰的多孔結構，使用了對滑石粘土有極強分散效應的復合電解質+球磨機短時間（<1h）球磨+球磨泥漿高速攪拌分散的工藝組合；泥漿經壓濾脫水后粗煉，陳腐72h以上。

2.2.2成形和烘干

采用特制真空練泥機配合**形狀模具，濕法擠出成形，半成品（濕坯）切割成形后，陰干至顏色變淺，再入烘房烘干。

2.2.3燒成

由于粉煤灰、造孔劑中碳素氧化和滑石粘土、高嶺土脫水的需要，故燒成全程采用了負壓、強氧化操作，升溫速度≤200℃/h，使產品合格率達到97%以上。1100℃左右高火階段保溫2-3h，有助于減少上下溫差，確保產品性能的一致。1100-850℃宜慢冷，以促進莫來石形成發(fā)育。

具體燒成曲線如下圖：

       T（℃）

 

 

1100

1000                           1050℃

900

800                                          850℃

700

600

500

400          400℃

300

200

100

 0                                                                      τ（h）      

3、結果

由上述配方、工藝及措施，成功、穩(wěn)定地生產出輕量型規(guī)整填料，經江西、湖南等專業(yè)質監(jiān)機構檢測，性能如下：

抗壓強度：≥12Mpa、耐酸度：≥99%、耐堿度：≥95%、吸水率：18-35%、熱穩(wěn)定性：220℃-20℃（水）一件熱交換一次未裂、體積密度：≤1.8g/cm³、比表面積：≥120m²/m³

盡管采用了大摻量的粉煤灰和低溫快燒制備規(guī)整型化工陶瓷填料等全新技術，但由于經過長時間的小試、中試和長期的產品試用，以及反復的反饋、實驗以及理論總結，故該技術成果在工業(yè)化、規(guī)?；a方面實施得較為順利。從2001年試驗生產到今天，基本未出現過什么問題，且經歷了廢渣成分偏差大，生產場所冬夏氣候分明，產品在超常規(guī)惡劣工況下使用，以及和同類型各種材質產品激烈競爭等嚴酷、長期的考驗，因而該技術成果是相當成熟的。

由于原材料購入價極低，又采用低溫快燒和余熱利用的工藝，故生產成本極低，因此可以很低的售價切入煤氣洗滌塔填料市場，取代原有的竹木質填料，保護生態(tài)環(huán)境，又可以支持促進我國煤炭利用新政策的實施，實現煤炭由直接燃用，向煤炭氣化燃燒及發(fā)展煤炭化工、化肥產業(yè)的轉變。尤其為粉煤灰的利用開拓了新的途徑，有力推進了我國粉煤灰利用技術的進步。

4、后語

4．1以粉煤灰在≥50%的摻量，配合其他粘土和助劑，采用合理工藝，可以工業(yè)化生產出上等的輕量型規(guī)整陶瓷填料，滿足煤炭化工、化肥、冶金焦化和城市煤氣行業(yè)的要求。

4．2粉煤灰中有許多可貴素質，應積極深入發(fā)掘。這樣，即可以滿足各類新材料生產之需，又可開拓粉煤灰在新領域的利用。

 

主要參考文獻：