粉煤灰资源化的一种有效途径

粉煤灰资源化的一种有效途径

方荣利刘敏

（西南科技大学材料学院，绵阳621002）

摘要本文对影响粉煤灰泡沫玻璃质量的主要因素：玻璃软化温度与发泡剂的选择、发泡温度与发泡

时间、发泡剂生成气体的温度、坯体成型压力等关键问题进行了探索，这些问题的探索对提高粉煤灰泡沫玻璃质量、获得性能优良的粉煤灰泡沫玻璃具有十分重要的意义。

关键词粉煤灰发泡剂泡沫玻璃发泡温度

An Effectual Approach of Reuse of Flyash

Fang Rongli Liu Min

(Institute of material science and engineering Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621002)

Abstract:This paper has studied the main factors which influence the quality of the flyash-foamed glass. The factors included the intenerating temperature of glass and the selection of the foaming agent, the foaming temperature and the foaming time, the temperature that the foaming agent produces gas, the molding pressure of the flan and so on. The study to all the factors has an important significance that the quality of the flyash-foamed glass can be improved and good products can be obtained.

Key Words:fly ash foaming agent foamed glass foaming temperature

一．前言

粉煤灰是火力发电厂排出的工业废渣，随着火力发电的快速发展，全国每年排出的粉煤灰高达1.6亿吨；但粉煤灰的利用率低，且利用量的发展极不平衡，除上海等少数地区粉煤灰的利用率可达60%外，其余大多数地区的粉煤灰的利用率仅20—30%，堆放这些粉煤灰不仅占用大量耕地，且粉煤灰随风飘入空气中，随雨水进入河流，污染环境，危害人体健康。

粉煤灰泡沫玻璃的基质是多孔泡沫状的玻璃，因此具有不燃烧、不怕湿、质轻、强度高、膨胀系数小、隔热好等优良性能，是各种建筑物、设备、管道的优良保温材料；隔音性能好，对声波有强烈的吸收作用，是各种建筑物的优良隔音材料；染色性能好，可以像彩色玻璃一样制成多种颜色，可制作彩

色墙面装饰制品。由于泡沫玻璃的优良性能，在国外已被广泛应用于建筑、石油、化工、造船、食品、国防等工业部门的隔热、保温、吸声、装饰等工程中，因此泡沫玻璃是一种具有多种功能的新型材料。

在四川省科学基金的资助下，我们对利用粉煤灰生产泡沫玻璃的工艺参数进行了较系统的研究（见《影响粉煤灰泡沫玻璃质量因素的研究》，《矿产综合利用》杂志，2002年第6期），并找出了生产过程中的关键问题。现将部分研究成果撰写成文，希望对从事这方面的科技工作人员有所帮助。

二．利用粉煤灰生产泡沫玻璃的原理及其生产流程

利用粉煤灰生产泡沫玻璃可采用两种方法，其原理各不相同。

第一种方法是将粉煤灰等作为玻璃原料先生成玻璃，再加入发泡剂生产泡沫玻璃。其生产工艺流程包括四部分：

1）玻璃配合料的制备；

2）熔制玻璃；

3）泡沫玻璃坯体的制备；

4）泡沫玻璃坯体的发泡、烧结、冷却、检测。

实验室按以下工艺流程制备粉煤灰泡沫玻璃。

图1 粉煤灰泡沫玻璃工艺流程方框图

采用上述方法可掺入较大量的粉煤灰，并能得到质量好的泡沫玻璃，但操作步骤多，生产能耗高。

第二种方法是将粉煤灰作为填料加入到玻璃中，其泡沫玻璃质量取决于粉煤灰掺量、细度及粉煤灰在玻璃配合料坯体中均匀分散情况等，其生产工艺流程包括三部分：

1）粉煤灰泡沫玻璃配合料的制备；

2）泡沫玻璃坯体制备；

3）泡沫玻璃坯体发泡、烧结、冷却、检测。

实验室按以下工艺流程制备粉煤灰泡沫玻璃。

图2 粉煤灰泡沫玻璃工艺流程方框图

采用第二种方法生产粉煤灰泡沫玻璃，其生产流程简单、能耗低，但泡沫玻璃质量受多种因素影响，控制不好这些因素，将会影响粉煤灰泡沫玻璃的质量。

三．玻璃软化温度与发泡剂的选择

发泡剂由于分解或进行化学反应，刚开始时生成的气体量少，在软化的玻璃配合料坯体中只能形成少量气泡；随着发泡剂分解或化学反应的不断进行，生成的气体量不断增加，在软化的玻璃配合料坯体中形成大量气泡，使软化的玻璃配合料坯体的体积不断膨胀，冷却后形成多孔玻璃。

在软化的玻璃配合料坯体中能否形成气孔结构，取决于发泡剂分解或进行化学反应生成气体的温度能否与玻璃配合料坯体软化温度相匹配；取决于玻璃配合料坯体软化时间的长短能否与发泡剂生成气体时间的长短相匹配；取决于玻璃配合料坯体中所形成的气孔结构能否有足够的塑性强度。为了得到优良的粉煤灰泡沫玻璃，1）须了解玻璃软化温度；2）选择能与玻璃软化温度相匹配的发泡剂及其合适的掺量。为此，对碎玻璃（瓶罐玻璃、平板玻璃按1︰1配料）及发泡剂（石灰石、白云石、碳黑、工业用碳酸钠等）进行差热分析，其结果示于图3—7。

图3石灰石的差热分析曲线图4白云石的差热分析曲线图5 碳黑的差热分析曲线图6碳酸钠的差热分析曲线

图7碎玻璃的差热分析曲线

通过对碎玻璃的差热曲线分析可知，碎玻璃的软化温度大约为700—900℃，高于900℃玻璃中的低共熔混合物开始熔化。

通过对发泡剂的差热曲线分析可知，石灰石开始生成气体的温度大约为700℃—760℃，最大气体量生成的温度约为880℃—940℃（与石灰石纯度、细度、升温速率等因素有关）；白云石开始生成气体的温度约为760℃，其中碳酸镁分解生成最大气体量的温度约为800℃；石灰石分解生成最大气体量的温度为900℃；碳黑开始生成气体的温度约为500℃，从800℃左右生成二氧化碳的速度加速，在1000℃范围内没有出现最大气体量生成的温度；碳酸钠由于化学反应开始生成气体的温度约为720℃，生成最大气体量的温度约为860℃。

根据碎玻璃软化温度及不同发泡剂生成气体及最大气体量的温度，本文建议选用石灰石及工业用碳酸钠作粉煤灰泡沫玻璃的发泡剂较好。

四．发泡温度与发泡时间的选择

发泡温度既是发泡剂生成气体的最佳温度段中的一温度，也应是碎玻璃软化温度段中的一温度，适宜发泡温度的选择应满足：

1）发泡剂生成气体的温度与玻璃配合料坯体软化温度为最佳匹配；

2）在玻璃配合料坯体软化时间段内，坯体内能形成均匀分布的封闭气孔；

3）在玻璃配合料坯体内所形成的气孔结构应具有一定的塑性强度。

在坯体中取一棱柱体，其高度与坯体高度相同。设棱柱体高度为H（厘米），坯体容重为γ坯（克/立方厘米），在棱柱体底层所承受的压力为W：

W=γ坯·H（克/平方厘米）

要使棱柱体底层不致发生结构破坏，膨胀后的坯体不塌陷，坯体气孔结构的塑性强度τ必须满足下列条件：

τ≥αW=αγ坯·H（克/平方厘米）

上式中α为一系数，α值通常取1.1

根据石灰石（发泡剂）生成气体量的情况及碎玻璃的软化温度，在800—900℃内对不同发泡温度及发泡时间对泡沫玻璃质量的影响进行了试验，以获得最佳发泡温度及发泡时间。其试验结果示于表1及表2中。