粉煤灰在建筑材料的應用

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摘要:文章結合粉煤灰的高值化應用研究成果，對粉煤灰的理化性質及其在建筑材料領域資源化的研究現狀進行闡述，并展望粉煤灰復合材料在建筑材料領域的研究趨勢。

關鍵詞:粉煤灰；玻璃；建材

粉煤灰是燃煤電廠發電過程中由鍋爐燃燒經過煙氣再由除塵器收集的飛灰和灰渣，近年來，我國粉煤灰的排放量逐年增加，2018年排放量達到6.4億多t。粉煤灰已經被國家列為重點處理的廢棄物，廣大科研工作者需要加大研發力度，解決粉煤灰帶來的環境污染問題。粉煤灰的研究受到國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研究取得很大的進步。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步，如提取有價金屬元素、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及其在建筑材料透水磚和玻璃領域高值化的應用。

1.粉煤灰理化性質

我國內蒙古中西部和山西北部等地區的煤炭資源豐富，以準格爾煤田為例，煤炭資源發電后產生粉煤主要含有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濟開發價值的資源。鄂爾多斯準格爾煤田粉煤灰中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雜，主要含有莫來石、石英、磁鐵礦、赤鐵礦、鋁酸三鈣、黃長石等。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石。鋁硅復合莫來石相的存在表明了煤粉爐粉煤灰經過高溫燃燒（1300℃以上）。莫來石主要由煤中高嶺土、伊利石及其它黏土礦物分解形成，石英主要來自燃燒過程中未與其他無機物反應的石英顆粒。電鏡掃描煤粉爐粉煤發現其中含有很多圓形顆粒，圓形顆粒是由于燃燒溫度較高，灰分中無機物在燃燒爐中熔融，當煤灰溫度降低時，無機物熔融顆粒淬滅，從而形成玻璃球狀顆粒。循環流化床粉煤灰是在900℃左右溫度下燃燒產生的，灰分中無機物未能達到熔融狀態，因此循環流化床粉煤灰沒有固定的形態，大多數是一些不規則狀顆粒體。

2粉煤灰在建筑材料領域的應用

2.1粉煤灰在建筑材料透水磚領域的應用。粉煤灰制備的建筑材料具有輕質、強度高、抗磨損、防火、耐風化、壽命高、不吸水、成本低、抗化學腐蝕性好等優點。粉煤灰制備的建筑新材料目前廣泛應用于透水磚、板材、節能墻體砌塊等產品的制造。由粉煤灰制備的建筑新材料可與其他優質的材料優勢互補，復合制備性能更加優良的新材料。饒玲麗[1]等人進行了粉煤灰透水磚制備正交試驗研究，采用預先設計好的正交試驗。試驗分析和討論了工藝參數對粉煤灰透水磚抗壓強度與透水系數的影響，從實驗數據來看，試驗得到制備透水磚的最優工藝數據。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。試驗研究為廣大研究者進一步優化透水磚的透水率，提高粉煤灰的摻入量奠定了很好的試驗基礎。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、不同成型壓力對透水磚性能的影響。試驗結果表明，透水磚粉煤灰原料的使用占比為80%，充分實現了粉煤灰作為廢物實現循環再利用目的。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度會減小，而且吸水率增加。測試結果顯示，隨著實驗燒結溫度提高，粉煤灰基透水磚的劈裂抗拉強度和密度不斷增加，但是吸水率會下降。試驗結果表明，透水磚的劈裂抗拉強度可實現8.0MPa以上，透水磚的透水系數可以達到0.19×10-2cm/s。透水磚的研究和應用越來越受到科研工作者重視，相信將來會出現性能更加優良的粉煤灰基透水磚。2.2粉煤灰在建筑材料玻璃領域的應用。玻璃是一種硅酸鹽無機非金屬材料。隨著制備工藝以及性能需要的不斷發展，研究者合成出許多優良的新材料，如添加氧化鋇、氧化鈦等氧化物制備的新型玻璃，具有高密度及優良的介電性能。秦子鵬[3]等人進行了制備工藝對粉煤灰泡沫玻璃孔結構的影響研究，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。試驗研究了原料配比、溫度、時間對粉煤灰基玻璃性能的影響，研究結果表明，粉煤灰添加量對平均孔徑的影響較小，碳酸鈉添加量對平均孔徑影響比較明顯，樣品孔徑數量隨尺寸的變化近似呈正態分布，0.1~2.0mm的孔徑占到85%以上。尚志標[4]等人采用粉煤灰制備了一系列微晶玻璃。試驗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，試驗將粉煤灰、黃磷爐渣經過預處理后加入相應試劑，經過高溫反應澆注成型，退火爐保溫2h，即可得到粉煤灰和黃磷爐渣制備的性能優良的新型微晶玻璃。研究結果表明，TiO2，CaF2，P2O5的加入均不會改變晶型。TiO2加入可以降低活化能，促進析晶；P2O5的加入可以提高活化能，抑制析晶。

3結語

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域得到更廣泛的應用，需要加大研發力度，實現科研創新。其次，結合粉煤灰中活性氧化鋁、氧化硅等化學成分，在理論方面需要加大復合新材料機理方面的研究，從而開發出高性能的新型建筑材料。

參考文獻:

[1]饒玲麗,曹建新等.粉煤灰透水磚制備正交試驗研究[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.制備工藝對粉煤灰泡沫玻璃孔結構的影響[J].非金屬礦,2017,6(41):37-39.

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

作者:白健 單位:神華準能資源綜合開發有限公司研發中心