粉煤灰与黏土砖耐腐蚀性比较

菱通免烧砖机专业为您解答关于免烧砖机的原材料配比问题。
原料的配比取决于多方面的因素,设备类型,区域气候,养护方式及原料特性和价格这句话说的有道理。
免烧砖几种材料配比
免烧砖配方1、粉煤灰砖：煤灰30%，炉渣30%，石硝30%，水泥8-10 %，岩砂精02%。（100kg/cm2加8%水泥， 150kg/cm2加10%水泥）
免烧砖配方2、石硝砖：石粉60%，石硝3%，水泥8-10%，生石灰3%，灰粉02%。
免烧砖配方3、河砂砖： ①河沙60%，石粉30%，水泥10-15%，沙浆宝05% 。 ②灰粉王02%，早强剂02% ，氯化钾02% 。（任选一种）
免烧砖配方4、页岩砖（粉碎后）：页岩90%，水泥8-10%，岩砂 02%，氯化钾02% 。
5、金铁矿粉：金铁矿粉60%，石粉30%，水泥10-15%，岩砂 精02%，氯化钾02%，早强剂02% 。

6、高掺量粉煤灰砖：粉煤灰60%，炉渣30%，水泥8-10%，岩砂精02%，早强剂02% 。
水泥砖配方：
水泥砖配方、免烧粘土水泥砖，是用粘土掺少量水泥和外加剂，不需烧，经自然养护而成的新型砖。其生产工艺如下：
一、原料选择
1、粘土：要含有一定量的松散颗粒，以利于拌水泥。含砂量少的粘土，可在土中配砂。含砂量少又较硬的粘土，须磨碎后再配砂。
2、水泥：掺入10%的425#普通硅酸盐水泥，能提高砖的强度和耐水性能，浸水后不开裂。否则，一般砖会出现开裂现象。
3、外加剂：掺入少量外加剂（加强剂），除提高砖的硬结强度外，还能减少水泥用量，降低制品成本。
4、水：用水量适当，砖的强度就高。成型水分少，砖的强度则差，物料在模内阻力大，单面加压，砖底面不密实；成型水分多，底面潮湿，出模时容易碰坏。当砂土含水率为3—5%，成型时的用水量以10%为宜。若原料细砂过多，则降至8%。
二、工艺操作
1、混料时间：混料时间长就能混均匀。干混料20分钟比10分钟的强度提高15—23%；湿混料时间以物料不结块为宜。混合好的料存放时间以2小时左右为宜，时间太长或太短，都会降低砖的抗压强度。
2、成型压力：粘土水泥砖成型时的压力，以每平方厘米500公斤最好。在此压力下，其制品抗压强度高，耐水性能好。压力太低，不易压实。
3、养护条件：粘土水泥砖一般利用太阳能保护。日晒自然养护7天龄期的强度，相当于28天龄期强度的67—90%；28天龄期强度为一个季度龄期强度的80—95%。故如养护场地小，粘土水泥砖自然养护7天后就可出厂。

粉煤灰广泛用于制水泥及制各种轻质建材，还可利用粉煤灰作漂珠及作为肥料和微量复合肥料，在工业方面，可从粉煤灰中回收铁、碳、铜、锗和钪等多种物质。

粉煤灰即飞灰、烟灰，是由燃料(主要是煤)燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物。

飞灰的排放量与燃煤中的灰分含量有关，飞灰主要物相是玻璃体，占50%～80%，所含晶体矿物有莫来石、α-石英、方解石、钙长石、硅酸钙、赤铁矿和磁铁矿等，还有少量未燃的碳。

大量粉煤灰如果不加以控制或处理，会造成大气污染，进入水体会淤塞河道，某些化学物质还会对生物和人体造成危害。

粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏、外加剂和集料等，经坯料配制、轮碾碾练、机械成型、水化和水热合成反应而制成的实心粉煤灰砖，
　一外观
1粉煤灰砖的颜色
制品的颜色为本色，即青灰色，和青色粘土砖相似，也可根据用户需要加入颜料做成多种彩色砖。
2粉煤灰砖的外型 粉煤灰砖的外型为直角六面体。
3粉煤灰砖的公称尺寸 粉煤灰砖的长为240毫米、宽为115毫米、高为53毫米。
二物理力学性能
1容重
粉煤灰砖是一种新型墙体材料，容重是其主要技术指标之一，容重轻重，可以根据建筑需要，调整工艺配方来控制。 粉煤灰砖的绝干容重约在1540至1640千克/米3之间，比粘土砖略轻(粘土砖1600至1800千克/米3)。　2抗折抗压强度粉煤灰砖的抗折抗压强度，主要根据生产工艺、配方和水化水热合成反应方式以及建筑需要来决定。根据中华人民共和国建材行业标准(JC239—2001)规定，抗折强度平均值在25～62Mpa之间，抗压强度在10～30Mpa之间。
三耐久性能
建筑材料的耐久性一般是指在不同使用条件下，受各种侵蚀介质的反复作用后，所能保持使用要求的物理力学性能的能力。粉煤灰砖的耐久性能主要表现在抗冻、耐水、干湿交替等项目，现分别介绍如下：
1抗冻性与耐水性
抗冻性和耐水性是反应制品耐久性的两项重要指标，特别是抗冻性。抗冻性是将试样在零下15～20℃冻5小时，在10～20℃的水中融化3小时，经如此冻融循环15次后的强度损失及外观破坏情况来衡量。
粉煤灰砖由于主要采用粉煤灰，通过扫描电子显微镜观察，粉煤灰颗粒偏粗，有较多空隙的熔渣颗粒和玻璃小球，因而吸水速度较慢，一般要24小时才能达到饱和状态。
粉煤灰砖的吸水率一般为826～140%，比粘土砖略低(粘土砖1429～167%)长期浸泡水中，强度会继续上涨。经15次冻融循环后，外观基本完整，抗压强度达8～16Mpa，干质量损失小于20%，它的抗冻性和耐水性都是良好的。
2干湿交替循环
干湿交替循环，就是将制品放入水中浸湿到规定时间，再放入干燥箱中干燥，干燥后再放入水中浸湿，这样往复为一个循环。试样经15次干湿循环后，强度比原来还有提高。

煤炭在锅炉中燃烧后有两种固态残留物――灰和渣。随烟气从锅炉尾部排出的，经除尘器收集下来的固体颗粒即“为粉煤灰”；颗粒较大或呈块状的，从炉膛底部收集出来的称为“炉底渣”。从综合利用角度来说的粉煤灰，一般也包括渣，即“灰渣”的统称。粉煤灰主要有硅铝玻璃、微晶矿物颗粒和未燃尽的残炭微粒所组成，其化学成分以氧化硅和氧化铝为主。
我国的粉煤灰大部来自大、中型火电厂煤粉发电锅炉，另一部分则来自城市集中供热的粉煤锅炉。粉煤灰排放目前大多是湿排，需耗用大量的水；堆放需占用大量的土地。据有关资料统计分析和预测，按目前排灰状况和利用水平，排灰用水达10亿多吨/年；贮灰占地约达50万亩，历年累积堆放总量已达10亿吨以上，虽每年利用量在不断增加，但总利用率还不足每年排放量的50%。随着电力工业装机容量增加，排灰量、用水量、占地量还要相应增加。同时，湿法排灰不但费水、费电、污染环境，还降低了粉煤灰的活性，不利于它的综合利用。随着我国对除尘、干灰输送技术的不断成熟，今后电厂粉煤灰应积极采用高效除尘器，并设计分电场干灰收集装置使粉煤灰具有更大的用途。对湿式除尘器收集的粉煤灰，应尽量设置脱水装置或使其晾干，尽量降低水分至30%以下，为粉煤灰综合利用创造条件。
我国粉煤灰最早用于生产建筑材料，利用率一直保持在25%左右。粉煤灰烧结砖、生产水泥熟料及用作混合材、生产陶粒、砌块、加气混凝土、墙体材料等，都是国家推广的成熟技术。

技术浏览

1粉煤灰生产烧结砖
粉煤灰用量从30%到70%，主要工艺和设备与普通粘土砖基本相同。用粉煤灰生产烧结砖的吉林某厂利用吉林热电厂的湿排粉煤经自然脱水至含水率在30%左右，按粉煤灰55%、粘土40%和5%的炉渣等工业废渣进行配比。有厂年用粉煤灰40万立方米，产粉煤灰烧结砖24亿块，年节省粘土430km3，节约标煤9600吨／年，具有较好社会效益和经济效益。

2粉煤灰生产蒸汽养护砖（简称“蒸养砖”）
粉煤灰蒸养砖配料除粉煤灰可占65%左右外，还需配入适量骨料生石灰和石膏，经坯料制备、压制成型，经常压或高压蒸汽养护后烧制成砖。它对粉煤灰要求是灰的含碳量越低越好，灰的活性越高越好。

3粉煤灰制取免烧免蒸砖
江西贵溪电厂为了使粉煤灰变害为宝，经过研制开发出了免烧免蒸、低温养护的新型粉煤灰砖。其主要配料是：粉煤灰占70%，炉底渣占15%、生石灰15%（作为激发剂），产品可达到75号粉煤灰砖标号，生产中总掺灰量达85%，以年产1000万块砖计，可用去灰量2万吨，年创效益50万元，节省排灰浆费用30万元。节约灰场建设费40-50万元，少占耕地130m2，具有较好的环境效益和经济效益。

4粉煤灰生产硅酸盐砌块
粉煤灰硅酸盐砌块以粉煤灰、石灰和石膏和胶结料为原料，在配料中除炉渣为主占55%左右外，粉煤灰用量也可达30%。经加水搅拌，振动成型，蒸汽养护而成。此工艺对粉煤灰质量的要求是其烧失量低于15%。适用于工业及民用建筑，且比粘土砖的保温性能好，自重轻，能满足一般建筑物承重墙的耐火极限要求。

5粉煤灰制泡沫玻璃
泡沫玻璃是一种新型建筑材料，它可由粉煤灰（可占70%）为主要原料烧制而成，其密度在05-08t/m3之间。具有抗压、隔热、隔音、防水、能浮出水面等性能，是现代高层建筑的优质材料。泡沫玻璃作大型雕塑材料，可制成大块，可任意切割装配。
用泡沫玻璃制成的墙体砖，密度仅为普通粘土砖的5%~10%，而强度却高出8~15倍，所以，它具有质轻、强度大、节能等优点。用它作为保温、隔热、隔音材料具有物美价廉的优点，有较高的经济效益和社会效益。

6粉煤灰制造加气混凝土
粉煤灰生产加气混凝土是以粉煤灰为基本原料，配以适量的水泥、石膏及铝粉等添加剂以制成一种轻质的混凝土，其粉煤灰用量可占70%左右。上海市在1998年仅混凝土一项利用粉煤灰近54万吨，占总用灰量的156%。北京某厂利用高井电厂的干排粉煤灰为原料，年可生产加气混凝土制品200km3。主要用于屋面保温、内外墙体和阳台隔断。具有较好的社会和经济效益。

7粉煤灰生产陶粒
利用粉煤灰为主要原料，加入一定量的胶结料和水，经成球、烧结而成的轻骨料为烧结粉煤灰陶粒。它是一种性能良好的人造轻骨料，其粉煤量用量可达80%左右。可以配制300号混凝土。天津市某厂利用天津一电厂的湿排粉煤为原料，年生产粉煤灰陶粒达9万立方米。由于其有密度小、耐热度高、抗掺性好、耐冲击力强等优点，可替代天然渣石配制150-300号的混凝土，广泛地用于工业与民用建筑、制作各种混凝土构件，还可用于桥梁、窑炉和烟囱的砌筑。如南京长江大桥公路桥道板，使用粉煤灰陶粒配制250-300号的陶粒混凝土就降低了大桥的自重。


8粉煤灰在砂浆中代替部分水泥、石灰或砂
砂浆在建筑工程中的用量很大，且对粉煤灰的质量不高，可改善混凝土的特性并节约水泥。此项技术可大量利用粉煤灰，每立方米混凝土可用粉煤灰50-100kg，节约水泥50-100kg。三峡工程中大量使用了优质粉煤灰，年用量已近30万吨，并创造了世界年浇注量和最大浇注强度的世界纪录。这项技术的用灰比例在10%以上。

9粉煤灰代替粘土作生产水泥原料
由于粉煤灰的化学成分和粘土相似，可代替粘土生产水泥。其生产工艺和技术装备与生产普通硅酸盐水泥一样。沈阳市水泥厂利用沈阳热电厂的湿排粉煤灰作配料年生产火山灰硅酸盐水泥12万吨。

10粉煤灰作生产水泥的混合材
在用质量合格的粉煤灰做混合材磨制水泥时，可分别生产普遍硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥（掺入量不高于15%）、粉煤灰水泥（掺入量为20%-40%不等），低标号砌筑水泥掺入量为60%-70%。德州某建材厂利用德州电厂的干排粉煤灰可年产硅酸盐水泥15万多吨，先后生产出了325号和425号R型粉煤灰硅酸盐水泥。取得了年产利润70万元以上的经济效益和良好的环境效益。江苏盐城水泥厂利用盐城电厂的干排粉煤灰25%左右生产出425号粉煤灰硅酸盐水泥，也取得年盈利100多万元的经济效益以及良好社会效益。

11粉煤灰作井下回填和充填矿井塌陷区
河南省平顶山矿务局十一矿为开采倾斜和急倾斜煤层，曾用附近姚盂电厂的粉煤灰作井下注浆防火和充填材料试验获得成功。用粉煤灰注浆充填采空区可达到防火效果，同时还能较大幅度地减少地表移动值，粉煤灰充填采空区后对围岩和煤柱起到了加强的作用，增强了煤柱的强度，有利于巷道维护。亦有利于厚煤层分层开采，提高煤炭回收率。
淮北矿务局利用淮北电厂的粉煤灰充填相城、朱庄、张庄和岱河等煤矿的塌陷区。该矿区每年约增加塌陷区2Mm3多，为缓和淮北电厂排灰场地的紧张状态，于1979年提出建设塌陷区试验排灰场，灰场距电厂仅4km，面积280km2，能容纳700km3粉煤灰，于1980年2月建成冲灰，充填到设计标高后，于1982年10月覆土造田432亩，取得了较好的社会效益和经济效益。1997年，安徽省回填用灰65万吨，占当年用灰量的26%。填方造地用灰的比例在25%左右。

12粉煤灰用于筑路工程
用于公路的路面基层，用二灰石（石灰、粉煤灰、石子）代替传统的碎石，可使公路质量大大提高并提高了施工速度，降低造价。现粉煤灰已大量用于高等级公路的路堤，质量高于使用粘并大量节约了土地。近几年筑路用灰的比例上升很快，已达到30%左右。仅沪宁高速公路就使用粉煤灰700万吨。


13从粉煤灰中提取多种化学、化工原料
(1) 碱法提取氢氧化铝：有不少煤灰中的Al2O3含量高达25%~40%以上，因此从粉煤灰中提取氢氧化铝既有经济效益又有环境效益。如波兰等国用减法提取氢氧化铝常用高温烧结法（1300℃以上），我国则多研究采用常压蒸养、低温（900℃左右）脱水的工艺，其优点是能耗低。
(2) 回收铁或磁珠：粉煤灰中的铁主要以Fe2O3、Fe3O4和硅酸铁等形态存在。铁的回收一般采用磁选法。可先经旋流器预选后，再用弱磁选矿机分选，富集得到高品位精铁矿。如山东新汶电厂的粉煤灰中的铁含量为768%，经富集、选矿后的精矿品位提高到5508%，铁回收率为4790%。
(3) 回收空心微珠：空心微珠是粉煤在1350-1500℃的高温区域内燃烧后呈熔融状态，在高压气流雾化后，靠自身的表面张力凝聚成微珠，排灰时遇冷后所产生的一种空心球形珠体，其粒度一般为025-150um，个别有300um。根据珠壁薄厚不同，又分为漂珠和沉珠。漂珠可进行浮选提纯。如南通天生港发电厂利用这种方法选出80%左右、烧失量有06%的漂珠，成本仅10多元／吨，可增值60~80元/吨。
采用重力分选法可回收沉珠。如用水力旋流器一次或多次开路分级，以攀枝花市502电厂的粉煤灰为原料，采用旋流器三段开路分级、获得了沉珠含量达85%~95%，回收率大于75%的分选效果。
空心微珠具有球形、微小、质轻、中空、耐高温、电绝缘、高强度等多种优异特性，可广泛应用于耐火材料、塑料、橡胶、石油、电子、航空、潜艇和军工等工业中。
此外，由于粉煤灰的比表面积大，吸附能力强，具有高分子缩聚的特性，因此它易吸附、还原和富集锗、镓等某些稀散元素，国内外均有成熟的工艺和经验。目前用于提取化学化工原料的用灰量占灰量的2%-3%。

14粉煤灰生产磁性复混化肥
资兴矿务局煤电焦化总厂发电分厂曾用该厂的粉煤灰研制出了粉煤灰生产磁性复混化肥的产品，肥料中的磁性能刺激作物的生长，活化土壤，提高作物根系对土壤中养分的吸收。肥料的养分齐全，除有N、P、K三种肥料外，同时还有Si、Fe、Al、Mg、Ca、B、Zn、Mn和Cu等作物所需的微量元素及必需的养分。该复混化肥曾对水稻、茶叶、烤烟和桔子等农、果作物做了大面积的推广示范试验，证明对这些作物都有明显的增产作用。这方面的用灰比例在10%左右。

企业推荐

一、大掺量粉煤灰水泥
1．技术性能
利用GB 1596-91规定的粉煤灰,掺量≥30%，可生产符合GB12958-1999《复合硅酸盐水泥》及GB1344-1999《粉煤灰硅酸盐水泥》的325#、325R#、425#、425R#标号；掺量≥50%，可生产符合GB/T3183-1997《砌筑水泥》175#、275#标号。
2．关键技术
掺用CF高效粉煤灰活性激发剂05％～15％提高复合水泥的早期和后期强度；合理选用复合掺和料和优化配比，提高和改善水泥综合性能。
3．适用范围
应用粉煤灰范围广泛，可根据不同粉煤灰的物化性能及设备因素，调整优化产品工艺。适用于水泥厂改造、新建水泥厂、水泥粉磨站、混凝土制品厂等。
4．经济效益
采用该技术可大幅度降低水泥熟料的用量，利用大量低成本的工业废料。根据不同设计方案，每吨水泥成本可降低5～40元。

二、双免粉煤灰承重砖
1．技术性能
执行标准JC239-2001；公称尺寸240×115×53(mm)，强度等级为MU10～MU30。抗冻性和干燥收缩均达到或超过要求。
2．技术特点
免蒸免烧粉煤灰承重砖可广泛使用各种原料和工业废渣。包括：电厂干排灰、矿渣、钢渣、化工厂废渣、煤矸石、蜂窝煤渣、碎石、石屑、河沙、山砂等等。
3．适用范围
所制可用于8层以下承重建筑。粉煤灰可以采用干排灰和湿排灰。
4．经济效益
由于各地材料不同，价格不同，结合我们的实际经验，每块砖的成本在75-95分，按粘土红砖市场价012元/块计算，年产1200万块砖，则每年利润30～54万元。

三、粉煤灰新型墙体材料
1．技术性能
包括粉煤灰小型空心砌块（390mm×190mm×190mm），执行标准：JC862-2000，强度等级≥MU10；粉煤灰空心砖，空心率≥40%，强度等级MU10～MU30；粉煤灰加气混凝土砌块（板），容重、抗压强度、干燥收缩值符合国家标准；免蒸养粉煤灰陶粒，松散干燥密度600～800Kg/m3，强度5～7MPa。
2．技术特点
粉煤灰经优化处理后，可代替水泥50%，强度增加50%以上。 适量掺用CF高效粉煤灰活性激发剂，保证早期及后期强度。 根据需要可采用双免工艺。
3．适用范围
可广泛使用各种原料和工业废渣。包括：电厂干排灰、矿渣、炉渣、钢渣、化工厂废渣、煤矸石、蜂窝煤渣、碎石、石屑、河沙、山砂等。
四、大掺量粉煤灰混凝土路面砖
1技术性能
执行标准：JC/T466-2000；强度等级C30～C80；吸水率2%～4%；软化系数090～095。
2技术特点
粉煤灰取代水泥用量50%，强度增加50%；地砖外观平整，抗冻融性好；可使用各种原料和工业废渣；本技术适用于彩色砖和普通砖。采用我公司CF高效粉煤灰活性激发剂对粉煤灰进行改性，保证地砖早后期强度。
3适用范围
人行行道路砖、广场地砖、小区车行道路地砖、码头堆场地砖及其它特殊强度要求地砖。
4经营效益
根据企业实际经验，地砖每平方米降低3～4元，码头用砖每块降低成本05元，具有可观利润空间。

五、高碳粉煤灰低温制备水泥
1．技术性能
可生产符合GB12958-1999《复合硅酸盐水泥》及GB1344-1999《粉煤灰硅酸盐水泥》的325R#、425R#标号；GB/T3183-1997《砌筑水泥》175#、275#标号。
2．关键技术
温度控制，物料的级配，添加适量的活性激发剂。
3．适用范围
烧失量20%以上的粉煤灰或湿排灰。
4．经济效益和社会效益
每吨水泥生产成本，降低10元左右，按每年10万吨水泥计，年新增利润100万元左右。

六、高硫高钙粉煤灰生产复合硅酸盐水泥
1 技术性能
符合GB12958-1999《复合硅酸盐水泥》标准要求，水泥标号达：325#、325R#、425#、425R#。
2 关键技术
合理选用复合安定剂和安定工艺处理和适当的级配。
3 适用范围
循环流化床炉新型干法（如LIFAC、喷雾干燥法等）脱硫灰渣的综合利用。
4 经济效益和社会效益
较大幅度减少熟料用量，充分利用废渣资源，减少排放。保护环境，经济效益明显（按灰的品种不同可以不同的掺量，因而经济效益也有所不同）。

七、粉煤灰制高效脱硫剂
1． 技术性能
粉状，细度180目左右，脱硫率可达80％以上。
2．关键技术
原材料选择，组分优化，活性激发，加工工艺路线。
3．适用范围
用于循环流化床干法脱硫脱氮。
4．经济效益和社会效益
具有投资省，运营费用低的特点。该项目的应用开发，具有良好的经济效益，社会效益和环境效益。

八、CF-1系列粉煤灰高效活性激发剂
1．技术性能
有效成份≥95％，含水量≤5％，细度180目左右，对水泥和水泥制品无有害成分，保质期6个月。品种可根据粉煤灰基本性质做不同的调整，可以适用各等级、不同煤质和炉型粉煤灰。
2．适用范围
适用于粉煤灰水泥、复合水泥、大掺量粉煤灰混凝土及其制品、双免粉煤灰砖及砌块，蒸养粉煤灰砖及砌块，大掺量粉煤灰道路等。
3．使用说明
在制作水泥时，激发剂的掺量为总量的05％～15％；在制作粉煤灰砖时，激发剂的掺量为总量的03％～08％；使用时，激发剂和外掺料必须搅拌均匀。
4．效果
制作水泥时，可提高复合水泥28d强度5MPa；制作粉煤灰建材时，可提高28d强度
30％～50％。

目前，粉煤灰的主要利用方向之一是逐步由粗放型、低级别利用向高技术、高附加值利用方向发展，这也是近几年来国内、外众多学者致力研究的热点问题之一。

Iyer 和 Scott ( 2001) 对粉煤灰的高附加值利用做过甚为全面的总结，包括利用粉煤灰制备沸石、合成莫来石、生产玻璃质材料、制作复合材料、用作废物处理的吸附剂、废物固化、回收有用金属及矿物材料以及粉煤灰在农业方面的应用等。但是，正如他们在结论中所指出的: 这些重要开发领域的多数研究成果仍然处于实验室阶段，要实现工业化生产还需要大量的工作要做。Querol 等 ( 2002) 对利用粉煤灰制备沸石的研究进展作过专门评述，并且指出: 尽管利用粉煤灰合成沸石所占比例较小，但由于沸石的环境效益，这一研究备受关注。

我国在粉煤灰利用方面也做出了杰出贡献，涌现了大量的专利技术 ( 魏荣森，2004) 。在粉煤灰的高附加值利用领域，主要有合成莫来石 ( 邵刚勤等，1997) 、制备沸石 ( 王德举等，2002) 、制作复合材料 ( 王明珠等，2005) 、提取氧化铝 ( 赵剑宇等，2003) 、生产复合肥 ( 孙克刚等，2002) 等，但目前能够实现工业化生产的实例少之又少( Iyer 等，2001; Querol 等，2002; Chandra 等，2005; Rohatgi 等，2006) 。

下面重点对利用粉煤灰烧结合成莫来石和合成堇青石的情况做一详细介绍。

( 1) 合成莫来石

莫来石 ( Mullite) 是一种矿物，因产于苏格兰北部的 Mull 岛而得名。莫来石具有高熔点 ( 约 1890℃) 、高剪切模量和良好的抗蠕变、抗热震、抗侵蚀等性能，被广泛应用于耐火材料和陶瓷工业。Schneider 等 1994 年在 《Mullite and Mullite Ceramics》专著中对莫来石的化学成分、晶体结构及物理、化学特性，以及莫来石产品的工业合成与利用进行过详细的论述; 2008 年又结合近期研究成果对莫来石的结构和特性进行了评述 ( Schneider等，2008) 。表 1 4 列出了莫来石及其他高级氧化物陶瓷的热-力学性能。

表 1 4 莫来石及其他高级氧化物陶瓷的热-力学性能

( 据Schneider 等，2008)

1cal = 4 184J。

目前，世界上电熔莫来石的消耗量为 ( 1 ～2) ×104t / a，烧结莫来石的消耗量为 ( 50 ～60) × 104t / a ( 张秀勤等，2002) 。由于莫来石是高温、低压特殊条件下形成的产物，在自然界中极其罕见，至今未发现具有工业性价值的矿床。工业上利用的莫来石全部来自人工合成，包括烧结莫来石、电熔莫来石和化学莫来石，采用的原料主要有硅石、高岭石、高铝矾土或工业氧化铝等，按照莫来石的理论配比进行合成。其中天然原料烧结合成莫来石，占莫来石工业化生产的绝大部分。

国内、外用粉煤灰烧结合成莫来石的文献并不多，其中最早的研究见于 Ohtake 等( 1991) 的文献，其方法是用处理过的粉煤灰与 γ-Al2O3按 1∶1 比例混合加热到 1400℃，获得了 80%含量的莫来石，其性能几乎可以与商业性莫来石相比较。Hwang 等 ( 1994)和 Huang 等 ( 1995) 用 F 类处理粉煤灰与 Al2O3按近似1∶1 比例混合在1400 ～1600℃合成了 85%以上的莫来石，并且得出 C 类灰不能合成莫来石的结论。Jung 等 ( 2001) 用含8 27% Fe2O3和 3 57% CaO 的粉煤灰和 Al2O3以化学计量的莫来石 ( 71 8% Al2O3，28 2% SiO2，Al2O3/ SiO2质量比为 2 55) 配比也合成出了高质量的莫来石。

国内利用粉煤灰合成莫来石的文献出现于 1994 年，主要研究莫来石含量与烧成温度以及化学成分之间的关系 ( 陈震宙等，1994) ，利用处理过的粉煤灰和工业氧化铝同样可以合成出 M50、M60 和 M70 系列的莫来石产品，某些理化性能甚至能达到国家一级莫来石标准 ( 孙俊民等，1999) 。利用粉煤灰和氧化铝为原料合成的莫来石比用高岭土和氧化铝反应制取的莫来石生产成本要低 20% ～30% ( 周忠华，2003) 。

用粉煤灰合成莫来石在理论和实践上都是可行的，存在的主要问题有 3 个:

第一个问题是粉煤灰中杂质含量较高，特别是 Fe2O3、CaO、MgO、TiO2，而且 K2O、Na2O 含量也往往高于常规原料，所以用粉煤灰合成莫来石基本上都要进行去杂质处理，清除的程度取决于合成莫来石的质量要求和经济上的可行性。从国家行业标准 《全天然料烧结莫来石》( YB/T5267—1999) 来看，有些指标要达到要求是很难的，如 Fe2O3含量小于 1 0%，TiO2含量小于 2 0%，K2O + Na2O 含量小于 0 3% 。对莫来石质量指标的制定是针对铝矾土为原料烧结而言的，而粉煤灰是电厂燃煤排放的工业废物，用来合成莫来石尚没有国家标准。可喜的是 2005 年 12 月 1 日开始实施的国家行业新标准 《烧结莫来石》( YB/T5267—2005) 已经颁布，新标准中将 Fe2O3、TiO2和 K2O + Na2O 的最大允许量分别放宽到 1 5%、3 5% 和 2 5% ( 其中 Na2O≤0 3% ) ，以利于资源的综合和合理利用。根据实验情况，含 8 27% Fe2O3( Jung 等，2001) ，或含 2 22% TiO2( 陈江峰等，2007) ，或含 2 8% K2O ( Huang 等，1995) ，或含 0 64% Na2O ( 孙俊民等，1999) 含量的粉煤灰与工业氧化铝混合，仍然能够合成出含量大于 70% 的莫来石。而含 60% 以上莫来石的材料就有良好的高温热稳定性能 ( 陈震宙等，1994) 。所以，利用粉煤灰合成的莫来石，同样可以广泛用于耐火材料或陶瓷工业。

第二个问题是加入的工业氧化铝数量，因为粉煤灰中 Al2O3含量一般在 15 2% ～36 1% ，平均 26 1% ( 陈江峰等，2005) ，要合成 M50、M60 和 M70 的莫来石必需添加大量的工业氧化铝，而 2005 年 10 月 13 日公布的工业氧化铝市场价格为 4660 元/吨，这势必增加合成成本。因此，必须采用 Al2O3含量较高的粉煤灰或经处理后提高了铝硅比的粉煤灰，在经济可行性条件下才能获得高附加值的莫来石产品。

第三个问题是合成条件，不同研究者在利用粉煤灰合成莫来石时采用的成型压力、合成温度和恒温时间不尽相同，这是因为不同电厂粉煤灰的化学成分不同，甚至同一电厂因燃煤来源不同其粉煤灰的化学成分也会发生变化，导致在配料中加入的工业氧化铝数量不尽相同，所以至今没有得出一个既经济又实用的结论。粉煤灰化学成分的变化直接影响着合成莫来石原料的配比问题。

( 2) 合成堇青石

堇青石 ( Cordierite) 也是一种被广泛应用的陶瓷和耐火矿物原料，它是 MgO-Al2O3-SiO2系中一个低熔点 ( 约 1470℃) 相，其优点是在莫来石及其他高级氧化物陶瓷中具有极低的热膨胀系数和极好的抗热震性能 ( Chowdhury 等，2007) 。由于堇青石还具有高的电阻率和低的介电常数 ( 表 1 5) ，所以常常被制作为陶瓷基片替代刚玉基片广泛应用于微电子工业 ( Camerucci 等，2001，2003) 。

工业用堇青石的合成原料主要有两种: 一种是 “黏土 + 滑石 + ( 氧化铝或氧化硅) ”，另一种是 “黏土 + Mg ( OH)2+ 少量添加剂” ( Yalamac 等，2006) 。由于粉煤灰的化学成分与黏土矿物的化学成分相似，所以可以用粉煤灰替代黏土矿物合成堇青石。

表 1 5 堇青石与刚玉基片性能比较

( 据倪文等，1995)

与合成莫来石情况相似，利用粉煤灰合成堇青石的文献虽有报道，但数量极少。1995年，Sampathkumar 等在 《Materials Research Bulletin》上首次发表了 “利用粉煤灰合成 α-堇青石 ( 印度石) ”一文。他们采用的原料为 “粉煤灰 + 滑石 + 氧化铝”，按照堇青石的化学计量配比 ( MgO 13 8%，Al2O334 8% ，SiO251 4% ) ，在 1370℃ 下合成了理想的堇青石矿物，经 XRD 分析只有堇青石相存在。合成样品的材料性能 ( 包括热膨胀系数) 可与常规原料合成的堇青石相媲美。

Kumar 等 ( 2000) 采用 “原始粉煤灰 + 滑石 + 氧化铝” 和 “处理后粉煤灰 + 滑石 +氧化铝”在 1350℃ ×2 h 条件下获得了较纯的堇青石原料。粉煤灰的处理工艺选取了浮选除炭和磁选除铁两种方法。获得的堇青石样品中主晶相为 α-堇青石 ( 印度石) ，次晶相为β-堇青石和莫来石。另外，在利用原始粉煤灰合成的样品中还发现有衍射峰强度较低的铁堇青石相。1350℃合成样品的密度达到最大值。实验还表明，在 915℃ ×2 h 合成条件下，出现莫来石、尖晶石 ( Mg、Al) 和 α-Al2O3; 在 1200℃ × 2 h 条件下出现 β-堇青石、莫来石、尖晶石 ( Mg、Al) 和 α-Al2O3; 至 1315℃ × 2 h 条件尖晶石相消失，新出现 α-堇青石相，与 β-堇青石和莫来石相伴生。粉煤灰除炭、除铁后合成的堇青石样品密度低于原始粉煤灰合成的堇青石样品，其物理特性均可与工业堇青石相媲美，而且随着温度升高，其断裂模数优于工业堇青石。

Goren 等 ( 2006) 利用 “粉煤灰 + 滑石 + 熔融氧化铝和二氧化硅” 在 1350℃ × 3 h 和1375℃ × 1 h 条件下合成了只有一种晶相的 α-堇青石，并且表明烧结温度与烧结时间对堇青石再结晶具有同等重要的作用。如果采用 1300℃ ×3 h 条件烧结，得到的堇青石样品除了主晶相 α-堇青石外，尚有 MgAl2O4尖晶石和方石英次晶相存在。

国内尚未见到利用粉煤灰合成堇青石的报道，仅有的几篇文献是利用粉煤灰在 1000℃左右温度下制备堇青石质玻璃陶瓷 ( Shao 等，2004; He 等，2005; 刘浩等，2006) ，采用的原料除粉煤灰外，还有氧化铝、碱式碳酸镁和石英砂，以弥补粉煤灰中 Al2O3、MgO和 SiO2的不足。此法制备堇青石玻璃陶瓷的优点是取其堇青石的低介电常数、低热膨胀性能和较高的强度，获得性能优异的玻璃陶瓷; 缺点是首先需要 1500℃ × 2 h 条件熔制基础玻璃或母体玻璃，然后淬冷、粉碎、再熔融，至少 3 次以确保均质性，成型后在800 ± ℃ × 2 h 条件核化，1000 ± ℃ × 2 h 条件晶化。烧结法制备微晶玻璃的一般工艺流程为: 配料→熔制→淬冷→粉碎→成型→烧结，工艺相对复杂，能耗较高。张学斌等 ( 2006)用 Al2O3含量为32 99%的粉煤灰，在1100 ～1350℃添加40%造孔剂 ( 淀粉) 试制堇青石多孔陶瓷，优化的烧结条件为 1300℃ ×4 h。

利用高铝粉煤灰制备堇青石 ( 2MgO·2Al2O3·5SiO2) 与制备莫来石 ( 3Al2O3·2SiO2)相比，其最大的优点在于，以我国盛产的优质低价滑石 ( 或滑石粉) 为原料，替代莫来石制备中添加的价格昂贵的工业氧化铝 ( 或铝土矿) ，以降低制备成本。因为莫来石矿物中 Al2O3的含量高达71 8%，而堇青石矿物中 Al2O3含量仅为34 8%。利用高铝粉煤灰合成堇青石与合成莫来石生产工艺相似，存在的问题同样是粉煤灰中杂质的预处理。但对高铝粉煤灰合成堇青石而言，粉煤灰中 MgO 为有利成分，因为堇青石中 MgO 的理论值为 13 8%。

粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，可以充当建筑材料。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、三氧化二铁、氧化钙、二氧化钛等。

随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。但粉煤灰可资源化利用，如作为混凝土的掺合料等。

扩展资料：

在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水量；改善了混凝土拌和物的和易性；增强混凝土的可泵性；减少了混凝土的徐变；减少水化热、热能膨胀性；提高混凝土抗渗能力；增加混凝土的修饰性。

国标一级混凝土：采用优质粉煤灰和高效减水剂复合技术生产高标号混凝土的现代混凝土新技术正在全国迅速发展。

国标二级混凝土：优质粉煤灰特别适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、抗硫酸盐混凝土和抗软水侵蚀混凝土及地下、水下工程混凝土、压浆混凝土和碾压混凝土。

国标三级混凝土：粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性强、终饰性改善、抗冲击能力提高、抗冻性增强等优点。

参考资料来源：百度百科——粉煤灰