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研发轻型漂珠保温砖

添加时间:2018年4月12日  浏览次数:

        粉煤灰漂珠作为一种新兴多功能材料,由于它具有轻质、绝热、耐酸碱、无毒、不燃烧、无臭味等特点,将之用作生产轻质保温材料首选材料,并探索出一条合理的生产工艺线路,为粉煤灰的综合利用开辟了一条心途径,对窑炉工业的发展产生积极的推动作用,生产的轻型漂珠保温砖的耐火度为1100~1300℃,最佳使用温度为400~1150℃,导热系数为0.105~0.127W(m·K)。

        漂珠和泡沫形成机理

        漂珠的形成

        煤粉在炉膛中呈悬浮燃烧状态,颗粒中的可燃物绝大部分在炉内燃尽,可燃烧产生的高温,使煤粉颗粒变成为熔融状态,在强大的扰动下,近乎超流体状况。超流态物质的初始温度和冷却速度是形成漂珠的关键因素。粒径较大的物质熔融体,在波动热气流的冲击下,被吹成气泡吗。烟气作为气泡的载体介质,当烟气温度降低到一定值时,气泡酒冷却、收缩、形成漂珠。

        漂珠属玻璃物质,常温情况下,其对温度的反射系数达20%左右,随着温度增加,反射系数增大。封闭在珠内的气体,在漂珠形成过程中遇冷收缩,珠内部产生一定的真空度。因此,漂珠具有优良的保温性能,常温下导热系数为0.025~0.033W(m·k)。

        泡沫(孔隙)的形成

        不溶性气体分散在液体或溶融固体中所形成的分散系成为泡沫,而液体膜与气体所构成泡沫属二相泡沫。它的生成与液体分散介质的粒度、表面张力等有极密切的关系。一般来说,纯液体介质的表面张力往往超大型过25mN/m。分散介质硅酸盐的水溶液,虽然粘度较大,但界面能太高,无法产生泡沫。在该分散系中加入表面活性剂——一种起泡剂,可以降低界面能。活性剂分子是由亲水性极性基因和憎水性非极性基因组成的。它能定向地排列在任意两相界面层上,使界面的不亲和力得到某种程度的平衡,从而降低了表面张力。而且表面张力降低越多,则界面上的吸附量也增加地越多,因此可以形成排列更紧密的吸附层,从而增加了界面膜强度。由此可见,良好的起泡剂分子,在吸附层内必须具备有比较强的相互吸引力,同时,亲水基因有较强的水化力。皂类是一种优良的起泡剂,它分散在硅酸钠水溶液介质中,在机械力的作用下,整个体系产生振动,从而扰动界面的空气,发生激烈的撞击,一些液体包裹气体,形成二相泡沫。

        原材料

        漂珠的选择

        在选择漂珠的过程中,漂珠的粒度组成很重要,它可以影响制品的成型

        性能、烧成工艺和使用性能

        漂珠的化学成分

漂珠的化学成分见表1

        物理性能

        主要呈灰白色,在光学显微镜下观察,有的为无色透明体、有的为乳白色半透明及非透明体,多为单个存在,但也由一些粘连在一起,粒径在0.3~200um之间,堆积密度为0.48g/cm3。

        耐火度

        漂珠中Al2O3含量偏低,而含助熔物Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等偏高。经检验,漂珠的耐火度为1350℃。

        外加剂的选择 

        粘合剂

        粘合剂不仅使漂珠颗粒聚合起来,而且加入起泡沫,进行机械搅拌,在粘滞力的作用下,形成泡沫,实现第二次制造孔隙,试验表明,在碱金属硅酸盐水溶液中,硅酸钠溶液性能较佳。因此,粘合剂一般采用密度为1.3~1.45g/cm3的硅酸钠,模数为2.45。

        起泡剂

        常见的表面活性类起泡剂有松香皂、肥皂、十二烷基苯硫酸钠、十二硫酸钠等。皂类泡沫持久性好,而烷基苯磺酸钠虽然比较容易起泡,但稳定性差,为此,一般要加入稳泡剂才能使用。常见的稳泡剂有:尼钠乐(即月桂酰、乙醇胺),十二烷基二甲基安的氧化物等,而后者的稳泡效果更佳。一般情况下,用普通肥皂即可以获得满意的泡沫。

        固化剂和添加剂

        氟硅酸钠是较好的固化剂,用量在总量的14%~16%。添加4%~10%的氧化锌,可以改善产品的耐火度和抗水性。

        配方

        1m3体积混合物物料的配合比

        硅酸钠(1.34g/cm3)0.25m3,氟硅酸钠50kg,漂珠120kg,起泡剂0.36m3,添加剂适量。

        起泡剂浓度与制品密度及强度的关系

        起泡剂浓度与制品的关系见表2

表2  起泡剂与砖的密度及强大的关系

        起泡剂用量对制品的密度及强度等物理性能有大影响,可以根据实际的使用效果,调整其用料的多少,直至达到制品的性能指标要;起泡剂的浓度一般控制在40-60g/L之间较合适。

        生产工艺

        工艺流程

        轻型漂珠保温砖生产工艺流程见表1。

        搅拌

        搅拌机转速要适当。搅拌机的转速窑根据拌合物的数量及稠度决定。转达速低,气泡效果差;转速高,浆料在离心力的作用下,沿搅拌机内壁运动,影响拌和效果。

        困料

        通常在半干法混炼后,短时间内有的原料很难达到水分均一。如立即成型,坯体容易变形,影响制品质量。困料时间一般为8个小时,泥料表面在困料时间内应尽可能避免干燥。困料还可使泥料中的粘土充分水解,泥料塑性提高,便于成型。

        成型

        漂珠呈玻璃状,表面光滑,成型时物料容易移动,所需压力不太大,以15~30t静压为宜。

        干燥

        烘房内温度要适宜,温度场分布窑均匀。漂珠壁薄,中部呈真空状态,热传度慢,在干燥过程中,如果红房内温度很不均匀,导致漂珠壁内外温差较大,热应力大,会造成珠壁破裂或破碎,影响保温效果。因此,在150~400℃范围内,突然升温、降温都会破坏漂珠的形貌。为此,适宜的干燥温度还可以避免制品在干燥过程中产生形变、裂纹或较大的线收缩。

        结论

        (1)用粉煤灰中的漂珠生产保温材料制品,其导热系数、抗压强度完全能满足保温材料制品技术指标要求。

        (2)漂珠保温砖与其它保温材料制品相比有其独特的优点,制品抗压强度高、吸水率低、耐酸碱、耐高温等,最高使用温度可达1200℃以上。

        (3)漂珠保温材料制品的生产成本低,漂珠可直接从沉灰池中捞取,无需经过分选工艺。

        目前我国粉煤灰及其空心微珠的利用尚处在初期阶段,利用率和利用水平都有待发展,因此任何能使粉煤灰变害为利的方法都应该重视;尤其是空心微珠的综合利用,作为一种新兴多功能材料,其应用前景将越来越好。

关键词:漂珠保温砖      
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