一种值得重视的新型功能材料-漂珠.doc

发表在《消防技术产品与信息》2004年2期 一种值得重视的新型功能材料――漂珠 摘 要 本文对漂珠的产生过程、理化性质以及当前应用状况作了介绍，并对这种新型功能材料在消防领域的应用前景进行了分析和探讨。 关键词 材料 漂珠 灭火 漂珠是指从火力发电厂的粉煤灰中提取出来的一种硅铝质珠状微小玻璃颗粒，其结构具有壁薄中空的特点，能够漂浮在水面上，故称之为“漂珠”。作为一种近年来新开发的新型功能材料，漂珠有着耐磨、无毒、分散性、流动性、耐水性、耐酸碱性、耐高温、电绝缘性、低的导热系数等许多优良特性，目前在建筑材料、石油化工、冶金、机械等行业和领域中已有着非常广泛的用途，在其他一些领域中也正显示出其广阔的应用发展前景和深厚的发展潜力，被誉为“空间时代材料”。 １ 产生过程 在电厂总排灰量中，漂珠所占的含量一般为0.5～1.5%，目前我国众多的燃煤热电厂每年排放粉煤灰逾亿吨，其中所含的漂珠总量可达几百万吨，数量非常可观[1]。 漂珠的生成与燃烧的煤种、煤质、燃烧温度、燃烧方式等诸多因素有关，如燃用发热量高、含硫量低的烟煤的电厂，其粉煤灰中产生的漂珠含量一般就多一些，反之燃用无烟煤或褐煤的电厂则粉煤灰中产生的漂珠就少一些[2]；在燃烧方式上，悬浮燃烧的锅炉有利于漂珠的生成，其它燃烧类型的锅炉如层燃炉、旋风炉等就不易产生漂珠。 当煤粉在锅炉中燃烧时，一般需要经历分解、烧结、熔融及冷却等几个阶段。在分解阶段，煤粉中气化温度较低的挥发分会首先逸出，并燃烧发热；在燃烧作用下，煤粉会形成多孔性碳粒（焦炭），随后待碳分全部燃烧完毕后，将进一步变为多孔玻璃体，形状仍保持原先不规则形态；随着温度升高（1400oC左右）进一步燃烧后，进入到熔融阶段，多孔玻璃体将从棱角等尖薄处开始出现钝化，逐步熔融收缩，孔隙率不断降低，圆度不断增加，粒径不断减小，在冷却作用下最终会形成密度较高、粒径较小的密实玻璃珠体，其中有一部分会形成具有薄壁空心结构的玻璃微珠，这就是漂珠。 目前热电厂一般都采用湿法对粉煤灰进行采集回收，再通过管道输送至贮灰场，在灰浆浓缩池中通过人工或溢流的方式对漂珠进行打捞和选取。按一般热电厂现有生产条件，都可及时对漂珠进行分离和处理，生产流程和工艺较为简单，生厂成本也较低。 ２ 理化性质 漂珠的性能受煤源、燃烧方式以及锅炉效率等因素影响呈现出较大的波动性。 2.1 化学成分及矿物组成 漂珠是煤粉在高温燃烧时形成的，常温下化学性质较稳定，水浸液的pH值为7左右，其主要化学成分为SiO2、Al2O3，含量分别为60%和30%左右（见表１），SiO2、Al2O3在二元系相图中属粘土质耐火材料，熔点较高，这就为漂珠作耐火材料提供了必要的化学条件。经Χ射线衍射分析，其主要晶体矿物组成为硅线石和莫来石[3]。 表1 漂珠化学成分[3] 化学成分 含量（％） 化学成分 含量（％） SiO2 54~63 Al2O3 29~34 Fe2O3 2.2~4.0 CaO 0.7~3.8 MgO 0.5~0.7 TiO2 1~1.4 K2O 0.9~1.5 Na2O 0.4~0.7 2.2 物理性能 漂珠大部分为外表光滑的球形颗粒，壁薄中空，外观呈银白色、银灰色和棕色，玻璃－珍珠光泽，半透明，莫氏硬度为6～7；由于其内部是真空或者是N2、CO2气体，密度较小，因而能浮于水上，并具有隔音、隔热和绝缘等特性。其物理性能如下： 表2 漂珠物理性能[4] 性能 堆积密度（kg/m3） 密度(g/cm3) 粒 径 (μm) 耐火温度 (oc) 烧失量(%) 导热系数[W/( m.k)] 数值 340～450 0.5～0.7 1～250 1610～1700 2 0.08～0.35 漂珠粒径大小并不等同，粒径主要分布范围在30～200μm之间，壁厚约为颗粒直径的5％～8％，一般约为0.2～2μm。其粒径分布范围如下： 表3 漂珠粒径分布[4] 粒径 分布(%) 粒径 分布(%) 0～30μm 3.15 90～100μm 24.85 30～40μm 2.68 100～125μm 16.19 40～50μm 3.40 125～150μm 8.58 50～60μm 7.10 150～175μm 7.96 60～70μm 4.25 175～200μm 3.50 70～80μm 12.50 200μm 0.70 80～90μm 5.11 ３ 应用状况 漂珠由于其具有的优良特性，目前已广泛应用于建筑、石化、冶金、塑料、橡胶等各个领域，尤其适用于保温结构工程。 以漂珠为主体，以结合剂为胶凝材料制作的轻质保温耐火砖，比普通耐火砖密度小，导热系数低，保温性能更好，可应用于各种工业炉窑的保温层；在