粉煤灰在建筑材料的应用

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摘要:文章结合粉煤灰的高值化应用研究成果，对粉煤灰的理化性质及其在建筑材料领域资源化的研究现状进行阐述，并展望粉煤灰复合材料在建筑材料领域的研究趋势。

关键词:粉煤灰；玻璃；建材

粉煤灰是燃煤电厂发电过程中由锅炉燃烧经过烟气再由除尘器收集的飞灰和灰渣，近年来，我国粉煤灰的排放量逐年增加，2018年排放量达到6.4亿多t。粉煤灰已经被国家列为重点处理的废弃物，广大科研工作者需要加大研发力度，解决粉煤灰带来的环境污染问题。粉煤灰的研究受到国家和政府的高度重视，随着近些年科研投入的不断增加，粉煤灰综合利用技术研究取得很大的进步。粉煤灰除了制备耐火材料、保温材料，在高附加值利用方面也取得了很大的进步，如提取有价金属元素、制备透水砖、微晶玻璃等。文章主要阐述了粉煤灰的理化性质及其在建筑材料透水砖和玻璃领域高值化的应用。

1.粉煤灰理化性质

我国内蒙古中西部和山西北部等地区的煤炭资源丰富，以准格尔煤田为例，煤炭资源发电后产生粉煤主要含有Al2O3、SiO2，此外还含有一定量的CaO、Fe2O3、Na2O、Ga2O3等，是一种宝贵的具有较高经济开发价值的资源。鄂尔多斯准格尔煤田粉煤灰中Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3含量分别为:50%、38%、1.2%、1.4%。粉煤灰中的矿物组成复杂，主要含有莫来石、石英、磁铁矿、赤铁矿、铝酸三钙、黄长石等。从煤粉炉粉煤灰的X射线衍射图可以看出，煤粉炉粉煤灰是在高温下形成的，主要物相包括玻璃体和莫来石。铝硅复合莫来石相的存在表明了煤粉炉粉煤灰经过高温燃烧（1300℃以上）。莫来石主要由煤中高岭土、伊利石及其它黏土矿物分解形成，石英主要来自燃烧过程中未与其他无机物反应的石英颗粒。电镜扫描煤粉炉粉煤发现其中含有很多圆形颗粒，圆形颗粒是由于燃烧温度较高，灰分中无机物在燃烧炉中熔融，当煤灰温度降低时，无机物熔融颗粒淬灭，从而形成玻璃球状颗粒。循环流化床粉煤灰是在900℃左右温度下燃烧产生的，灰分中无机物未能达到熔融状态，因此循环流化床粉煤灰没有固定的形态，大多数是一些不规则状颗粒体。

2粉煤灰在建筑材料领域的应用

2.1粉煤灰在建筑材料透水砖领域的应用。粉煤灰制备的建筑材料具有轻质、强度高、抗磨损、防火、耐风化、寿命高、不吸水、成本低、抗化学腐蚀性好等优点。粉煤灰制备的建筑新材料目前广泛应用于透水砖、板材、节能墙体砌块等产品的制造。由粉煤灰制备的建筑新材料可与其他优质的材料优势互补，复合制备性能更加优良的新材料。饶玲丽[1]等人进行了粉煤灰透水砖制备正交试验研究，采用预先设计好的正交试验。试验分析和讨论了工艺参数对粉煤灰透水砖抗压强度与透水系数的影响，从实验数据来看，试验得到制备透水砖的最优工艺数据。透水砖的原料比例为粉煤灰∶黏土∶废地砖=35∶35∶30，焙烧温度为1050℃，成型压力为25MPa。试验研究为广大研究者进一步优化透水砖的透水率，提高粉煤灰的掺入量奠定了很好的试验基础。李珠[2]等人采用高碳粉煤灰制备透水砖，以高碳粉煤灰、黏土为主要原料制备透水砖，试验研究了不同粉煤灰添加比例、不同焙烧温度、不同成型压力对透水砖性能的影响。试验结果表明，透水砖粉煤灰原料的使用占比为80%，充分实现了粉煤灰作为废物实现循环再利用目的。如果高碳粉煤灰添加量不断提高，粉煤灰透水砖的密度及抗拉强度会减小，而且吸水率增加。测试结果显示，随着实验烧结温度提高，粉煤灰基透水砖的劈裂抗拉强度和密度不断增加，但是吸水率会下降。试验结果表明，透水砖的劈裂抗拉强度可实现8.0MPa以上，透水砖的透水系数可以达到0.19×10-2cm/s。透水砖的研究和应用越来越受到科研工作者重视，相信将来会出现性能更加优良的粉煤灰基透水砖。2.2粉煤灰在建筑材料玻璃领域的应用。玻璃是一种硅酸盐无机非金属材料。随着制备工艺以及性能需要的不断发展，研究者合成出许多优良的新材料，如添加氧化钡、氧化钛等氧化物制备的新型玻璃，具有高密度及优良的介电性能。秦子鹏[3]等人进行了制备工艺对粉煤灰泡沫玻璃孔结构的影响研究，采用粉煤灰、废弃玻璃为主要原料，以磷酸钠、碳酸钠为辅料，制备了泡沫玻璃。试验研究了原料配比、温度、时间对粉煤灰基玻璃性能的影响，研究结果表明，粉煤灰添加量对平均孔径的影响较小，碳酸钠添加量对平均孔径影响比较明显，样品孔径数量随尺寸的变化近似呈正态分布，0.1~2.0mm的孔径占到85%以上。尚志标[4]等人采用粉煤灰制备了一系列微晶玻璃。试验研究了粉煤灰和黄磷炉渣添加一定量的辅料（SiO2、CaF2、KH2PO4）制备微晶玻璃技术，试验将粉煤灰、黄磷炉渣经过预处理后加入相应试剂，经过高温反应浇注成型，退火炉保温2h，即可得到粉煤灰和黄磷炉渣制备的性能优良的新型微晶玻璃。研究结果表明，TiO2，CaF2，P2O5的加入均不会改变晶型。TiO2加入可以降低活化能，促进析晶；P2O5的加入可以提高活化能，抑制析晶。

3结语

目前，利用粉煤灰制备建筑用透水砖、玻璃仍有很大的研究空间。要想使粉煤灰在建筑新材料领域得到更广泛的应用，需要加大研发力度，实现科研创新。其次，结合粉煤灰中活性氧化铝、氧化硅等化学成分，在理论方面需要加大复合新材料机理方面的研究，从而开发出高性能的新型建筑材料。

参考文献:

[1]饶玲丽,曹建新等.粉煤灰透水砖制备正交试验研究[J].粉煤灰综合用,2011,2:24-26.

[2]李珠,王能健等.赵林等.高碳粉煤灰透水砖的制备及性能研究[J].混凝土,2018,3:118-120．

[3]秦子鹏,李刚等.制备工艺对粉煤灰泡沫玻璃孔结构的影响[J].非金属矿,2017,6(41):37-39.

[4]尚志标,黄小凤等.马丽萍等.粉煤灰和自然冷却黄磷炉渣协同制备微晶玻璃[J].硅酸盐通报2017,2(36):533-536.

作者:白健 单位:神华准能资源综合开发有限公司研发中心