李志勇

1 简介

粉煤灰泡沫玻璃的基质是多孔泡沫状的玻璃，气孔率在90%以上。具有不燃、不怕湿、质轻、强度高、膨胀系数小、隔热及隔音、可大板生产切割成型、可雕刻等优良性能。在轻质建筑材料、石油、化工、造船、食品、发酵酿酒行业广泛使用。粉煤灰和废玻璃是排放量大且集中的两种工业废渣，粉煤灰泡沫玻璃以它们为主要原料，添加适量的添加剂，采用粉末烧成法制备泡沫玻璃，因而对于提高工业废渣的利用率和减少环境污染具有重要的意义。

粉煤灰具有以硅铝为主的化学成分，矿物相包括大量的玻璃相和矿物晶相及各种结构类型。粉煤灰的化学组成中SiO2，Al2O3，Fe2O3的总量达到84%以上。这些成分中氧化铁对玻璃的颜色会产生不良影响，其他成分对玻璃的形成是必要的。粉煤灰可以取代玻璃原料中的硅质成分。

利用粉煤灰制取泡沫玻璃有两种基本的方法:1)将粉煤灰等原料先制成玻璃，再加入发泡剂制成泡沫玻璃。2)将粉煤灰作为填料加入到玻璃中，所得的泡沫玻璃质量取决于粉煤灰掺量、细度及粉煤灰在玻璃配合料坯体中的分散状况等。

第1)种方法得到的泡沫玻璃质量好，但是步骤较为繁琐，能耗较高。第2)种方法工艺简单，能耗较低，但是影响因素较多。目前较多采用第2)种方法，采用粉煤灰和碎玻璃为主要原料，加入发泡剂、稳定剂，进行加热烧结来制取泡沫玻璃。

2 影响粉煤灰泡沫玻璃的主要因素

利用粉煤灰、碎玻璃为主要原料生产泡沫玻璃，产品的性能主要受到以下因素影响:

1)发泡剂的选择与粒度。利用差热分析所用的玻璃的软化温度及发泡剂具有最大气体析出速度时的温度范围，然后对一些发泡剂进行选择，选择的原则是让发泡剂气体最大析出速度的温度范围与玻璃的软化温度范围尽可能接近，而且最大气体析出温度应该低于软化温度上限。可以选用的发泡剂有炭黑，石灰石，白云石，工业用的碳酸钠等等。比如玻璃的软化温度在700℃～900℃左右，石灰石和碳酸钠在900℃和860℃具有最大气体析出速度，所以优先选用这两种发泡剂。发泡剂的粒度对产品质量影响也较大，例如如果使用碳粉作为发泡剂时，粒度小，有利于发泡，气孔孔径也比较均匀。当碳粉粒度一定时，若用量过大，则容易形成较多连通孔甚至大气泡。

2)发泡温度和时间。发泡温度也是影响泡沫玻璃质量的一个重要因素，因为在加热过程中，一方面坯体逐步软化、粘度降低，另一方面发泡剂开始分解和化学反应产生气体。如发泡温度过高，则玻璃液粘度和表面张力过低，而产生的气体压力过大，很容易造成气体穿越孔壁，连通致使气体排出体外。若发泡温度过低，则玻璃液粘度和表面张力过大而产生的气体压力偏小，造成发泡困难。在发泡温度适宜的情况下，保温时间也起着同样重要的作用。粉煤灰、碎玻璃、发泡剂配比一定的混合料在制取泡沫比例时，在玻璃的软化范围以内，按照一定的温度间隔选取几个温度，然后对于每个温度按照适当的间隔选择几个发泡时间对该混合料进行加工制取泡沫玻璃。根据导热系数、体积密度和气孔的质量综合选择特定的温度和发泡时间，以获得导热系数低，体积密度小和气孔均匀、泡径适中的产品。

3)烧结温度。根据综合配料差热实验，确定烧结温度范围后，在该范围内选择几个温度，每个温度选择几个烧结时间，根据体积密度和抗压强度两大指标综合选择烧结温度和时间。

4)升温速率和降温速率。从300℃到烧结温度，升温速率要快，防止发泡剂过早氧化和配合料表面瓷化。从烧结到发泡温度，速率要慢，保证发泡均匀。降温速率应该控制在10℃/min～20℃/min，使所生成的气孔得以保持。达到退火温度，可以保温一段时间，也可以降低降温速率，消除产品中的应力。当温度降至退火温度以下200℃时，可以快速降温至室温。

5)粉煤灰的粒度。100目筛上残留的粉煤灰含有少量的较大颗粒，以未燃尽的炭粒为主，它的存在会影响发泡效果，故将100目筛上残留粉煤灰去除。随着粉煤灰粒度的减小，可适当增加粉煤灰在配料中的比例。增加粉煤灰在配料中的比例，生产出的泡沫玻璃的性能逐渐变差。一般选择粉煤灰的质量配比范围是30%～38%。

6)稳定剂种类及掺加量。加入适量稳定剂，可稳定气泡结构，防止小气泡相互结合形成大气泡，减少连通孔，改善泡沫玻璃性能。我们选用体积密度和导热系数两大指标对稳定剂的加入量及种类进行选择。

7)成型压力。泡沫玻璃配合料成型压力的大小对泡沫玻璃体积密度有一定影响:成型压力过小，在发泡、烧结过程中坯体会出现破裂;成型压力过大，在发泡过程中会增加发泡阻力，其结果为发泡不好。

3 粉煤灰泡沫玻璃的应用前景

1)社会经济效益显著。尽管粉煤灰在砌筑、回填、粉煤灰水泥、高强混凝土等方面的应用技术较为成熟，吃灰量也较大，但仍然不能消化所有的粉煤灰。以粉煤灰、碎玻璃为原料生产泡沫玻璃，为粉煤灰、碎玻璃的利用开辟了新途径，具有显著的社会、经济效益。

2)加强监管，保证粉煤灰成分稳定。不同粉煤灰的成分不同，粉煤灰对泡沫玻璃加工中的粉料加入量，烧结温度，发泡温度和产品性能都具有很大的影响。粉煤灰成分不稳定，很大一部分原因是电厂燃用煤的来源，燃烧工艺的不同而造成的。应加强监管，对不同煤种，不同燃烧方式的粉煤灰进行分类储存，分类利用。

3)积极的发展粉煤灰泡沫玻璃新技术。目前由于粉煤灰中一些金属氧化物对泡沫玻璃生产不利，限制了粉煤灰在配料中的加入比例。需要开发新的技术或者是泡沫玻璃品种，来提高粉煤灰的配比，达到有效利用粉煤灰的目的。

4)加大科研力度。目前虽然我国粉煤灰泡沫玻璃生产已经开发了很多产品，但是技术不够成熟，主要问题是产品的机械强度低，成本高，能耗大，质量低，不能规模化生产，性价比低等。应该加大科研投入，开发新技术，改善工艺，发展低能耗、低成本、高质量，批量生产的粉煤灰泡沫玻璃制品。

5)大力发展废泡沫玻璃和粉煤灰制轻质砖瓦技术。生产砖瓦原来均使用传统的粘土原料，这不仅不利于耕地保护，而且产品比重大。而这种轻质砖瓦采用新的配料方案即用粉煤灰和废泡沫玻璃为主要原料，配合适量的粘土和膨润土成型助剂，生产表明，用这种配料经干法压制成坯，于800℃～1 100℃的非发泡状态下烧结成轻质砖瓦。经测定，它还具有良好的尺寸稳定性、强度高、抗冻等性能。不仅有节省粘土资源，降低生产成本，减轻建筑负重等优点，更重要的是对废料的资源化利用和环境保护起到了积极作用。

6)以市场为导向，社会经济效益双赢。根据市场的发展，例如房地产业的蓬勃发展，建筑物墙体，墙外保温材料的需求量越来越大，应积极发展适合建筑使用的粉煤灰泡沫玻璃。

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