摘要：中国火电工业的快速发展，导致粉煤灰的排放量持续增加［1］。而大量粉煤灰的存在，不仅造成环境污染，而且占用大量的土地资源，因此，粉煤灰的有效利用成为我国目前亟待解决的首要问题。基于此，以下对粉煤灰制备陶瓷地砖进行了探讨，以供参考。
关键词：粉煤灰；制备；陶瓷地砖；研究
引言
粉煤灰是火力发电过程中排出的固体性废渣，随着我国电力工业的快速发展，粉煤灰排放量也在不断增加。大量粉煤灰未得到充分利用，不仅白白浪费掉了氧化铝、二氧化硅等有效成分，而且占用大量的良田，污染了土壤和地下水，对动植物的生存产生很大的危害。
1实验原料和实验方法
1.1实验原料
粉煤灰中含过多铁，含硅、铝、镁能够形成透辉石的物相较少，单独用来生产陶瓷地砖不能满足性能的要求，需与滑石（富含Al2O3和SiO2）原料合理搭配使用。为了充分的利用粉煤灰及在烧结过程中形成尽可能多的陶瓷晶相，本文选取粉煤灰60%，工业滑石15%，生石灰粉25%为原料进行实验。本文用x射线荧光光谱仪分析了粉煤灰、实验中所用滑石的的化学成份。
1.2样品制备
先将脱硅高铝粉煤灰研磨至200目（小于75μm），再分别与0wt%、5wt%、10wt%、20wt%、30wt%的鳞片石墨研磨、混合均匀，之后添加适量结合剂（30wt%的PVA溶液）造粒。然后，利用粉末压片机于190MPa下压制成型，分别得到20mm×3mm、40mm×5mm×5mm的生坯，充分干燥后放入箱式电阻炉中，以5℃/min的速率从室温分别升温至1450℃、1500℃、1550℃进行烧结，保温2h后随炉冷却至室温，得到多孔陶瓷样品。
1.3实验工艺流程
整个实验工艺流程如下：原料处理※配料※湿法球磨※干燥（粉料含水率7～8%）※筛分※造粒※装模※压制成型※坯体干燥※烧成※性能测试。
2试验方案及原理
因粉煤灰熔点较高，需加入熔剂性原料长石，以便与粉煤灰及其它原料形成低温共熔体，降低烧成温度，形成的液相还能填充坯体的孔隙，减少气孔率，增大致密度，从而提高坯体的机械强度。本试验中的石粉即为钾长石，白泥和红泥主要用来改善坯料的可塑性与粘结性，便于造粒、成形，提高生坯的干燥强度。幼砂（即石英）在烧成过程中的体积膨胀，能补偿粉煤灰及其它原料熔融、分解引起的坯体收缩，降低收缩率。高温下石英能熔解于液相中，提高液相的粘度，未熔解的石英颗粒构成坯体的骨架，起增强作用，这都减少了坯体变形的可能性。瘠性原料石英、长石不仅能提供生坯水分快速排出的通道，缩短干燥时间，而且能为粉煤灰中有机碳粒燃烧和无机矿物分解产生的气体提供排出通路。本试验中掺入了部分陶瓷厂产生的烧成废料—废砖粒。一方面废砖粒的粒径较大，在挤出机的挤压作用下会使坯体表面略显粗糙，提高了墙地砖的抗滑性及其外观质感，另一方面也提高废料利用率。根据笔者早期的研究，当配比组合为：废砖粒∶白泥∶红泥∶幼砂∶石粉＝１．７∶１．７∶１．３∶１∶１时，制品在强度及表观方面表现最佳，故本次试验确定这一配比不变。另外，由早期研究可知，掺入少量的陶瓷废料—抛光砖废渣（抛光粉），会对制品强度有所影响，但影响不大，本试验为提高废料的综合利用率，故添加了少量的抛光砖粉。
3结果与讨论
3.1粉煤灰掺量与陶瓷试样物理性能的关系
添加不同比例的粉煤灰到陶瓷基础配方后，试样性能会发生一定变化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆吸水率和收缩率可在一定程度上反映试样的致密化程度，给出了不同粉煤灰添加量试样在不同烧结温度下物理性能的变化（收缩率、吸水率和抗折强度），可知随着烧结温度的提升试样收缩率在增加，而吸水率在减小。以上性能变化主要是由于坯体内长石带入的碱金属氧化物和粉煤灰带入的玻璃相促进了液相生成，进而加快了烧结反应。试样烧结收缩率变化，在烧结温度1120℃时，所有试样的收缩率都较小，且随着温度升高而增加。变化趋势表明：4组试样的烧结起始温度相同，而S1、S2和S3基本在1160℃的温度下达到最大收缩率，S4在1190℃时达到最大收缩率。
3.2样品XＲD分析
坯体内物相种类和显微结构是影响陶瓷物理性能的重要因素。为了确定试样中的物相类型，了解粉煤灰加入过程中的物相转变规律，对粉煤灰掺量为10%～40%的试样进行XＲD分析，结果如图3所示。粉煤灰掺加量为10%的陶瓷试样中，主晶相为石英相，另有少量钙长石相，未发现莫来石相的衍射峰。莫来石相的衍射峰在掺量为20%时开始出现，且随着粉煤灰掺量增加而增加，同时石英的衍射峰有所减弱，但仍占主要地位。
3.3粉煤灰陶瓷墙地砖的最佳生产工艺参数
实验结果表明，在粉煤灰用量高达45～60%（wt）不等的各个配方中，通过调整石英、长石、高岭土、膨润土的用量，以及改变烧成制度，可以得到从浅黄色到深褐色能满足各种性能指标要求的粉煤灰陶瓷墙地砖。最佳的配方（wt%）为：粉煤灰50%，石英15%、长石15%，高岭土10%，膨润土5%。该配方的最佳烧成温度为1200℃，保温时间15min。制品主要性能均满足国家标准。制品测试结果：总收缩率15.36%；吸水率0.45%；耐急冷急热性110～15℃十次循环不裂，甚至在350～15℃急冷急热循环情况下也未见裂纹出现；弯曲强度67.9MPa；不翘曲、不变形，平整度良好。
3.4烧成制度对制品性能的影响
实验发现，利用这些原料制定出的所有配方，如果烧成温度低于1170℃，无论保温时间多长，制品均不能达到致密化，总是呈现欠烧状态，呈土黄色，收缩率低，气孔率高，吸水率高，力学性能差。烧成温度高于1200℃，则无论保温时间多么短，制品总是呈现过烧状态，样品呈褐色，坯体表面起泡，内部出现许多直径达1mm的微小气孔，而且变形严重。正常烧成温度一般都在1180～1200℃之间，保温时间随烧成温度升高而相应缩短，1200℃烧成时保温时间不能超过15min，否则会出现过烧现象。烧成过程中要控制升温速度，避免升温过快有机碳质燃烧、无机矿物分解产生的气体不能及时排除而形成气孔。控制升温速度也有利于各种原料充分进行化学反应，完成烧结过程。
结束语
粉煤灰的化学成分与传统陶瓷原料成分相似，因此，根据粉煤灰所含的特有成分研制出具有新性能或使某些性能得到增强的陶瓷材料，开拓新的粉煤灰综合利用途径，既降低产品的生产成本、提高市场竞争力，又能治理环境污染、造福社会，具有重要的经济意义和社会意义。基
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论文作者:赵杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/11
标签：粉煤灰论文; 烧成论文; 试样论文; 陶瓷论文; 吸水率论文; 温度论文; 原料论文; 《基层建设》2019年第16期论文;