在輕質(zhì)耐火材料中,，以溫度在900℃〜1200℃的中溫隔熱材料用量最大最廣泛,。漂珠磚是這一檔輕質(zhì)磚的杰出代表,。由于漂珠磚生產(chǎn)簡單,，強(qiáng)度高,，保溫性能好,，幾乎替代了硅石和輕質(zhì)粘土磚,，占據(jù)了絕大部分輕質(zhì)磚市場,，目前生產(chǎn)用漂珠是從粉煤灰中分選出來的，分選難度大,，效率低,，且只占粉煤灰重量的1〜5%。大部分熱電廠由于煤種及鍋爐燃燒方式等原因沒有漂珠,，這樣漂珠來源有限,，難以滿足市場需求，致使價格高達(dá)800~1000元/t,，給生產(chǎn)漂珠磚廠家造成很大經(jīng)濟(jì)壓力,。我們在成功研究漂珠磚的基礎(chǔ)上，直接利用電廠優(yōu)質(zhì)粉煤灰制備出粉煤灰輕質(zhì)隔熱耐火磚,。
輕質(zhì)耐火磚對粉煤灰質(zhì)量的要求
粉煤灰主要成分為氧化硅,、氧化鋁，其次是游離炭，礦物組成主要是具有較高硬度和熔點(diǎn)的玻璃體(約占70-80%)及少量結(jié)晶礦物石英和莫來石與磁鐵礦,，容重一般為650- 750kg/3,。
根據(jù)煤的品種和燃燒條件等差異，粉煤灰的性狀和物理化學(xué)性質(zhì)也有很大差異,。從化學(xué)成分及礦物組成看,，選擇低鐵(Fe2O3<5%)、低碳(C<8%),、高Al2O3含量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰制輕質(zhì)隔熱耐火磚是可行的,。
粉煤灰顆粒主要由多孔玻璃體及少量結(jié)晶體和未燃炭組成，容重較輕,，制輕質(zhì)磚時不需要象制輕質(zhì)粘土磚那樣加大量木屑來減輕容重,，而制品的強(qiáng)度則較高，粉煤灰顆粒均勻有序,，不需破碎,、粉磨等工序，可以直接利用,，生產(chǎn)工藝簡單,。
粉煤灰是由瘠性很強(qiáng)的細(xì)粉組成，活性很低,，彼此間粘結(jié)性極差,，如果按常規(guī)加粘土結(jié)合，由于粘土容重大,、結(jié)合力低,，需加大粘土量，才能使其結(jié)合,。根據(jù)試驗(yàn),，粘土加入量> 30%，磚坯燒后強(qiáng)度才能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn),，這樣增加了制品的容重和導(dǎo)熱系數(shù),，且收縮大，易產(chǎn)生裂紋,。由于粉煤灰中含炭量高,，未燃炭大都疏松多孔，磚坯成型烘干后強(qiáng)度很低,，因此,，尋找一種既有常溫粘結(jié)強(qiáng)度，又有高溫結(jié)合強(qiáng)度的復(fù)合粘結(jié)劑就成為生產(chǎn)中的關(guān)鍵,。
試驗(yàn)與結(jié)果
原料
采用的濕排灰,，在110℃烘干,，化學(xué)成分見表1，粒度與容重見表2,。
表1 粉煤灰化學(xué)成分(%)
表2 粉煤灰粒度與容重
配比
摻灰量為60~90%,，為減輕體積密度而加入珍珠巖、木屑,、硅石或漂珠，其加入量為10〜30%,。選用自配的含SiO2的復(fù)合粘結(jié)劑,，加入量為5〜10%。該粘結(jié)劑既有常溫及烘干的結(jié)合力,，又有高溫?zé)Y(jié)強(qiáng)度,。
生產(chǎn)工藝
配料與成型根據(jù)產(chǎn)品牌號進(jìn)行配料，在攪拌機(jī)中先干混2分鐘,，然后加入復(fù)合粘結(jié)劑和水,，一般機(jī)壓成型混料水分為15-20%，手工成型混料水分為20-30%,，混合后泥料經(jīng)困料或不經(jīng)困料均可成型,。成型采用雙面加壓，加壓速度要緩慢,。
干燥與燒成 磚坯成型后放置一天,，然后進(jìn)行干燥，干燥時先低溫,，后逐漸升溫至110℃充分干燥,，干燥后的磚坯在復(fù)合結(jié)合劑的作用下，強(qiáng)度很高,。
干燥磚坯在推板窯或隧道窯中燒成階段：
(a) 低溫階段,，即室溫〜300℃左右。此階段主要排除磚坯中的機(jī)械結(jié)合水和吸附水,。由于磚坯入爐前曾經(jīng)過干燥,，且粉煤灰為瘠性料，故這一階段可以快速升溫,。
(b) 氧階段,，即 300℃-950℃。600℃以上,，炭素氧化,，為保證炭素充分燃燒和氣體排放，此階段要緩慢升溫并適當(dāng)保溫,，否則會造成制品黑芯,。
(c) 高溫?zé)呻A段，即950℃-1150℃。此階段粉煤灰產(chǎn)生液相,，同時結(jié)合劑中的無定型SiO2也出現(xiàn)液相,，磚坯收縮，產(chǎn)生結(jié)合強(qiáng)度,。此階段升溫速度應(yīng)緩慢,。
結(jié)果
燒后制品外觀顏色均勻漂亮，邊角整齊,，松木坪電廠灰制品呈淡黃色,，青山熱電廠灰制品呈深黃色，無裂紋和崩失現(xiàn)象,，斷面組織均勻,，其性能指標(biāo)如表3，導(dǎo)熱系數(shù)與強(qiáng)度方面都超過粘土輕質(zhì)磚國家標(biāo)準(zhǔn),。
表3 輕質(zhì)隔熱耐火磚性能
分析與討論
成型時的分層現(xiàn)象
粉煤灰輕質(zhì)隔熱耐火磚采用手工成型,，往往會產(chǎn)生分層現(xiàn)象，降低了磚坯的成品率,。作者認(rèn)為,，這主要是由于粉煤灰顆粒很細(xì)，混合泥料是氣量較高的三相體系,，受壓縮的這部分氣體會產(chǎn)生膨脹,，因而破壞了磚坯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同時,，濕混合料中絕大部分固體顆粒都呈粉狀,，對壓制力的傳遞比較緩慢，物料中的內(nèi)摩擦阻力較大,，因而壓制力在磚坯內(nèi)傳遞時的衰減也較大,，若用瞬時壓制成型法不易壓得均勻密實(shí)。只有在配料中加入一些珍珠巖,、硅石等粗顆粒起骨架和排氣作用,，同時，成型時加壓速度要緩慢并雙面加壓,，才能減少分層現(xiàn)象,。
含碳量對制品強(qiáng)度的影響
將青山灰進(jìn)行篩分與水洗，制成含碳量不同體積密度為0.8g/cm3的輕質(zhì)磚,，其對應(yīng)的常溫耐壓強(qiáng)度如表4,，從中可以看出，含碳量對制品的強(qiáng)度影響非常顯著,，粉煤灰含碳量越高,，制品的強(qiáng)度越低,。這是由于碳粒疏松多孔，顆粒一般較粗,，成為微骨料,，但它本身的耐壓強(qiáng)度很低，同時又沒有化學(xué)活性,，不能與結(jié)合劑反應(yīng),，磚坯的強(qiáng)度低，在燒成過程,，碳粒被燒掉,，留下大量空隙，故成品強(qiáng)度大大降低,。制輕質(zhì)磚一般要求粉煤灰含碳量應(yīng)< 8%。
表4 磚坯含碳量對輕質(zhì)磚抗壓強(qiáng)度影響
熱震穩(wěn)定性
粉煤灰輕質(zhì)磚比漂珠磚的抗熱震穩(wěn)定性好得多,，漂珠磚在800℃空冷10分鐘的次數(shù)為0,，而粉煤灰輕質(zhì)磚可達(dá)到30次。這是由于粉煤灰的物理性質(zhì),、化學(xué)成分和礦物組成等均類似于顆粒形態(tài)多種多樣所致,。未燃碳在磚坯鍛燒過程中被燒掉，留下部分氣孔,，這些都有利于制品受急冷急熱時消除內(nèi)應(yīng)力,。從而有較好的抗冷熱沖擊力。漂珠磚主要礦物是空心球形玻璃體,，它的脆性大,，球內(nèi)被封閉的氣體受冷熱沖擊力作用迅速膨脹，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致脆裂,。
市場與效益
粉煤灰,，而粉煤灰是工業(yè)廢渣，用它制輕質(zhì)耐火磚,，成本低,，制品的性能可與漂珠磚媲美，其抗熱震穩(wěn)定性方面遠(yuǎn)優(yōu)于漂珠磚,，不僅可用在冶金,、化工、機(jī)械,、水泥等工業(yè)窯爐的保溫層,，還可用于電爐等的工作層。如按輕質(zhì)耐火磚的價格代替用量很大的漂珠磚,，產(chǎn)品市場廣闊,，經(jīng)濟(jì)效益明顯,。
我國目前粉煤灰年排量過億噸，綜合利用率僅為26%,，大部分粉煤灰堆存須修建排渣場或倒入江河湖海,。我國目前粉煤灰堆存量已達(dá)4億噸，占用耕地約80萬公頃,，利用粉煤灰制造輕質(zhì)耐火磚,，則開辟了一條粉煤灰綜合利用的新途徑。
結(jié) 論
利用優(yōu)質(zhì)粉煤灰制輕質(zhì)耐火磚,，原料來源廣,，生產(chǎn)工藝簡單，粉煤灰利用率高,，產(chǎn)鋁強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)超過輕質(zhì)粘土磚的國家標(biāo)準(zhǔn),，抗熱震穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于漂珠磚，成本低,，是替代漂珠磚的理想材料,，市場前景好。
影響粉煤灰輕質(zhì)隔熱耐火磚開發(fā)的最重要因素是粉煤灰質(zhì)量,，應(yīng)選擇高氧化鋁含量,、低鐵(Fe2O3<5%)、低碳(C<8%)粉煤灰,，并選用結(jié)合力強(qiáng),，且隨溫度升高具有連續(xù)結(jié)合強(qiáng)度的復(fù)合膠結(jié)劑與合適的成型燒成工藝是生產(chǎn)粉煤灰輕質(zhì)磚的關(guān)鍵。