岩棉卷毡

　　摘 要：以煤矸石空心微珠和玻璃空心微珠坯体为主要原料，采用滚动成球法制备陶粒生坯，经烘干、烧结，得到轻质陶粒， 研究了烧结温度、保温时间以及玻璃粉添加量对空心微珠轻质陶粒性能的影响。结果表明：随着烧结温度的升高，陶粒的表观密度和吸水率逐渐增大，颗粒抗压强度先增大后逐渐减小;烧结温度为 700 ℃，单颗粒抗压强度为 200.5 N，达到最大值。 随着保温时间的延长，颗粒抗压强度先增大后减小。加入玻璃粉可以明显提高陶粒的单颗粒抗压强度，并且随着玻璃粉加入量的增大，颗粒抗压强度显著增大，700 ℃烧结的样品中玻璃粉加入量为 25%(质量分数)时，单颗粒抗压强度增大到 327.5 N， 提高了 63.3%。

　　关键词：煤矸石空心微珠;玻璃空心微珠;表观密度;颗粒抗压强度

　　中图分类号：TB32 文献标志码：A

　　文章编号：0454–5648(2017)03–0384–09

　　网络出版时间：2017–02–20 10:02:11

　　网络出版地址：

　　http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2310.TQ.20170220.1002.010.html

　　收稿日期：2016–09–18。

　　修订日期：2016–09–28。

　　基金项目：国家自然科学基金(51572140)。

　　第一作者：李志君(1991—)，女，硕士研究生。

　　通信作者：杨金龙(1966—)，男，博士，教授。

　　前言

　　陶粒是我国近几年发展较快的建筑材料之一， 目前陶粒的生产方法主要有破碎法和成球法[1]。破碎法是将原料直接破碎、烧结制得陶粒;成球法是将原料粉碎、成球、烧结制得陶粒。但是，无论哪种方法制备陶粒，其烧结温度都比较高，多数高于 1 000 ℃。

　　煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物之一，每年的排放量相当于当年煤炭产量的 10%左右， 达(1.2~1.6)×1011 kg，现已累计堆存约 5×1012 kg[2]。 煤矸石的堆放占用大量的土地面积，同时使得周围的耕地变得贫瘠，不能被利用。煤矸石除含有 SiO2、 A12O3、Fe 等常见元素外，还有 Pb、Sn、As、Cr 等其他微量重金属元素，这些元素为有毒重金属元素，严重危害水土[3–5]。同时，我国玻璃制品的用量也逐年增大，不可避免地产生了大量废弃玻璃。我国每年城市的废弃玻璃约(4.0~7.5)×109 kg，占城市生活垃圾总量的 3%~5%[6]。玻璃的化学性质稳定，很难分解。

　　以煤矸石和废弃玻璃为原料生产陶粒，用于建筑材料以及污水处理领域，既可以大量消耗煤矸石和废玻璃又能改善环境。李虎杰等[7]将煤矸石经破碎、粉磨，与添加剂混合成球，在烧结温度为 1 040 ℃条件下制得的陶粒堆积密度为 723 kg/m3。 陈彦文等[8]以煤矸石为主要原料，在烧结温度为 1 150 ℃条件下制得的陶粒堆积密度为 758 kg/m3。 杨稔等[9]利用煤泥、粉煤灰和煤矸石在烧结温度为 1 000 ℃条件下制得的陶粒吸水率为 63.5%，表观 密度为 900 kg/m3。程伟[10]以废弃玻璃和粉煤灰为原料，在烧结温度为 1 140 ℃条件下制得的陶粒表观密度为 1 150 kg/m3。由此可见，目前制备陶粒的烧结温度大多都在 1 000 ℃以上，所得陶粒的表观密度均不低于 700 kg/m3。

　　空心微珠是一种新型的基础工业原料，本课题组研究了空心微珠对氧化铝陶瓷性能的影响[11–15]， Wu 等[16]和 Zhang 等[17]以聚空心微珠作为成孔剂制备氮化硅多孔陶瓷，另外，侯博智等[18]利用粉煤灰空心微珠制备多孔陶瓷，吕瑞芳等[19]利用煤矸石空心微珠坯体制备多孔材料。玻璃空心微珠坯体有很好的烧胀特性[20]，Qu 等[21]利用玻璃空心微珠堆烧制备出轻质高强的新型泡沫玻璃。

　　目前，国内外对于利用空心微珠制备陶粒的报道较少，而且关于陶粒的膨胀机理，文献[22–25]认为主要是靠原料中的Fe2O3在1 100 ℃以上的高温下发生一系列氧化还原反应，释放大量的气体，从而使陶粒膨胀。

　　利用玻璃空心微珠的烧胀特性与煤矸石空心微珠混合成球，在较低的温度下制备表观密度小于 700 kg/m3的轻质陶粒。

　　结论

　　1) 随着烧结温度的升高，陶粒的表观密度和吸水率均逐渐增大，颗粒强度先升高后降低，700 ℃ 时，颗粒抗压强度达到最大值 200.5 N。

　　2) 随着烧结温度的升高，α-石英和莫来石相转变为方石英和钙长石，800 ℃时开始析出霞石， 1 100 ℃霞石又转变为钠长石。

　　3) 烧结温度 700 ℃时，改变保温时间，颗粒强度先增大后减小，当保温时间为 60 min 时，颗粒抗压强度为 200.5 N，达到最大值。

　　4) 加入玻璃粉可以增强煤矸石空心微珠之间的粘结力，显著改善陶粒颗粒强度，玻璃粉加入量为 25%时，陶粒的强度提高 63.3%。