利用粉煤灰制备多孔陶瓷砖的工艺研究

安红娜ANHong-na

（绵阳职业技术学院，绵阳621000）

（MianyangVocationalandTechnicalCollege，Mianyang621000，China）

摘要：本文介绍了以粉煤灰为成孔基础材料、普通粘土为集料，瓷粉为骨料，淀粉为造孔剂，加入少量粘结剂，调成含水率为34%的泥浆，采用传统注浆成型工艺成型坯体，并在1100℃下烧成显气孔率为37.68%，容重为1.41g/cm3的多孔陶瓷砖。经过XRD和SEM测试，得知该砖的主晶相为3CaO·Al2O3·2SiO2，其气孔大小在几十到上百微米。这一方法既实现了固体废物的资源化，又降低了陶瓷制备的能源消耗，同时制备工艺简单易行，具有良好的社会效益和经济效益。

Abstract:Thispaperintroducesthepreparationtechnologyofporousceramictilewhoseobviousporosityis37.68%andtestweightis1.41g/cm3.Ittakestheflyashasthebasichole-formingmaterial,theordinaryclayastheaggregate,theceramicpowderasaggregate,andthestarchasthehole-formingagent,thenitaddsasmallamountofbindertogettheslurrywhosemoisturecontentis34%,usesthetraditionalcastingprocesstoformthegreenbody,andfinallyfiresitat1100℃.AfterXRDandSEMtest,itfoundthatthemainphaseofthebrickis3CaO·Al2O3·2SiO2,anditsporesizeisinthetenstohundredsofmicrometers.Thisapproachnotonlyachievestherecyclingofsolidwaste,butalsoreducestheenergyconsumptionofceramicpreparation,itspreparationprocessissimpleandithasgoodsocialandeconomicbenefits.

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关键词 ：粉煤灰；多孔陶瓷砖；注浆成型；气孔率

Keywords:flyash；porousceramictile；slipcasting；porosity

中图分类号：TQ174文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）21-0133-02

0引言

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，其主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、TiO2等，和高铝粘土相近。从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物。其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、氧化铁、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50%以上[1]。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。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[2]。目前，粉煤灰已成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉，兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料，利用粉煤灰生产的产品在不断增加，既实现了固体废物的资源化，又降低了能源的消耗，是非常有意义的。同时，多孔陶瓷的出现也是适应了节省资源，保护环境的发展需求。多孔陶瓷是一种含有较多孔洞的无机非金属材料，并且是利用材料中孔洞的结构和（或）表面积，结合材料本身的材质，来达到所需要的热、电、磁、光等物理及化学性能，从而可用作过滤、分离、分散、渗透，隔热、换热，吸声、隔音，吸附、载体，反应、传感及生物等等用途的材料[3]。多孔陶瓷的发展始于19世纪70年代初，国内外很多研究组都报道了利用粉煤灰制备多孔陶瓷材料[4-7]。本文主要是利用粉煤灰为成孔基础材料、普通粘土为集料，瓷粉为骨料，淀粉为造孔剂，添加少量的粘结剂采用陶瓷传统制备工艺制成多孔陶瓷砖并通过SEM和XRD对其进行表征测试。

1多孔陶瓷砖的实验制备过程

1.1原料的选则及配料

表1给出了所用原料的化学组成。

根据文献和相关资料[3，8]，并经过实验调整，最终确定配方为：普通粘土（56.25%）、粉煤灰（24.62%）、造孔剂（12.75%）、瓷粉（6.38%）的配方，加入少量粘结剂（石蜡）。配料完成后，加水球磨，制成含水率为34%的泥浆，并进行陈腐，待用。

1.2注浆成型

用膏水比为5:4的石膏浆制作模具，待模具干后，便可成型。成型前，将泥浆过筛（100目）并搅拌10分钟，然后注浆，利用模具的吸水率，坯体成型。成型后，脱模并对坯体进行修整和干燥。

1.3烧成

采用SX3_35_14快速升温电炉进行烧成。其升温速率和烧成温度如表2所示。

由表2可知，最高烧成温度在1100℃，属于陶质多孔材料，最终获得尺寸为120mm×95mm×20mm的多孔砖，并进行打磨。

2多孔陶瓷砖的结构表征

2.1晶相和形貌分析

图1为多孔陶瓷砖的XRD图谱，与标准卡片对比得知，该多孔砖的主晶相为具有钙长石结构的3CaO·Al2O3·2SiO2。图2给了按照配方三制备的多孔砖的形貌图。由图可知，该砖的气孔分布较均匀，大小在几十到上百个微米（由于利用SEM观察多孔陶瓷的形貌时可能会破坏一些孔结构因此会存在一些误差）。

2.2气孔率和容重的测定

气孔率和容重是表征多孔陶瓷结构特性的重要参数，因为它们影响多孔陶瓷的各种性能指标。气孔率分为显气孔率、闭口气孔率和总气孔率。显气孔率又称开口气孔率，是指在试样中与大气相连通的孔隙体积与试样总体积之比，用百分率表示。取三块多孔砖的试样采用真空法测定其进行吸水率和显气孔率[9]。将试样放入干燥箱干燥至恒重；并将干燥试样在天平上准确称重m1；再将试样放入干净烧杯并置于真空干燥器中，抽真空至剩余压力小于10mm汞柱，保持10min；然后通过真空干燥器上口所装移漏斗放入蒸馏水，直到试样完全淹没，再抽气至试样上无气泡出时即可停止。称量饱和试样在水中的质量m3，最后迅速称量饱和试样在空气中的质量m2。根据公式（1）和公式（2）计算其显气孔率和容重。

由表3可知，所制得的多孔陶瓷砖显气孔率为37.68%，容重为1.41g/cm3。

3结论

3.1多孔陶瓷砖的制备：以粉煤灰为成孔基础材料、普通粘土为集料，瓷粉为骨料，淀粉为造孔剂，加入少量粘结剂，调成含水率为34%的泥浆，采用传统注浆成型工艺成型坯体，并在1100℃下烧成，并进行XRD和SEM测试。

3.2经过XRD和SEM测试，得知该砖的主晶相为具有钙长石结构的3CaO·Al2O3·2SiO2，其气孔大小在几十到上百微米。

3.3采用真空法测得该多孔陶瓷砖的显气孔率为37.68%，容重为1.41g/cm3。

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参考文献：

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[8]章秦娟主编.陶瓷工艺学[M].武汉：武汉理工大学出版社，1997，3.

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