所谓的气孔形成剂就是在原材料中加入可燃烧或是烧结后在制品内留下不连通的孔洞或微孔的物质。如没有这种形成剂,其导热系数也不可能大幅度降低。气孔形成剂是轻质保温隔热砌块生产中常用的外加剂。降低产品的密度,进而降低产品的导热系数,这种趋势是当代绿色建材发展的需要。
气孔形成剂的种类非常多,有如下几类:
1、可燃烧型气孔形成剂
(1)锯末(木屑等)。锯末的发热量为:7000~19000kJ/kg。大多数锯末的发热量在17000kJ/kg。在制砖原材料中掺入锯末可制造轻质产品,同时焙烧可节能15%。锯末在原材料中的掺入量是有限度的,实际上最佳掺入量为4%~5%(质量比)。锯末的颗粒尺寸要均匀,在任何情况下其最大颗粒直径应小于2mm。在某些情况下使用锯末可能会给挤出和干燥过程带来困难,同时也降低了生坯强度和干燥坯体强度,也增加了成型含水量。但掺加锯末总是改变了原材料的流动性能,减少了坯体的干燥敏感性,缩短了干燥时间。在干燥中的主要问题是锯末与坯体原材料的脱水时间不一致。加锯末经焙烧后的轻质产品,在热工和声学性能上有很大改善。产品的吸水率增加,收缩率不变或略有减少,力学强度降低10%~30%,但这对轻质产品来讲不受这种强度降低的影响。总之,从经济角度和技术方面分析,利用锯末制造轻质产品是完全可行的。利用锯末的不利之处是产品易于出现泛霜(因原材料而异),再就是在焙烧的预热带会产生一氧化碳气体。
(2)农作物类废料。主有粉碎的稻草、秸秆、稻壳等。稻草的发热量一般为8000~12000kJ/kg。粉碎的稻草(秸秆)在原材料中起着一种纤维性的填充料和加强材料的作用,有利于坯体强度的提高,然而在焙烧期间也是一种燃料。稻草和秸秆要粉碎到3mm以下才能使用。这类材料的挥发分很大,约85%,灰分很小,是一种很好的气孔形成剂。这类材料加入原材料中对产品其他性能的影响同锯末。
(3)食品工业、饮料业废料。以植物为原料生产的食品和饮料均会产生残渣。如稻糠、花生壳、咖啡生产残渣、啤酒渣、葡萄皮及籽、燕麦皮、茶叶末、变质面粉、甘蔗渣、椰壳、橄榄残渣及落叶等。其中以燕麦皮与变质面粉为最好,不用处理可直接加入原材料,特别是变质面粉形成的微孔对产品的热工参数很有利,而且产品的强度不会降低。其他上述的材料必须粉碎到3mm以下才能使用。稻米壳几乎全部由二氧化硅及挥发分组成,加入原材料中能够生产出高质量的轻质砖。稻米壳的最佳掺入量为20%(质量比)。掺入稻米壳的产品强度有时有所降低,但有时会有所提高,这与掺入量及坯体原料本身的性能有关。椰壳的发热量为12000kJ/kg,橄榄残渣的发热量为18000kJ/kg,掺入坯体中可节约大量焙烧能源。
(4)矿物类可燃气孔形成剂。这类物质包括有煤粉、焦炭末、褐煤粉、煤泥、煤矸石、煤渣、高发热量的粉煤灰等。这类材料作为气孔形成剂来讲,其效果并不好,原因是这类材料在焙烧期间能量的大量释放,不利于气孔的形成,很少使用(粉煤灰漂珠除外)。
(5)膨胀多孔聚苯乙烯微珠。这种材料是西欧最常用的气孔形成剂材料,现有专门的生产工厂为砖瓦行业提供这种气孔形成剂材料,并注册有专门的贸易商标名称——Styropor(产品名称缩写为EPS)。膨胀多孔聚苯乙烯微珠由水蒸气发泡而成,EPS有着0.2~3mm的颗粒,其密度平均为12kg/m3。EPS由体积占98%的空气和体积占2%的聚苯乙烯组成,是一种纯的碳氢化合物。在焙烧过程中聚苯乙烯释放出大量的能量,1kg的EPS释放出的能量相当于1.3L的汽油,并且这些热量都可用来焙烧,可节约大量的能量。在窑炉预热带出现的低温碳化气体(干馏)可以由重新返回窑内燃烧或是在窑外部专门加热燃烧后排放(也可经燃烧换热用于干燥)。EPS可使产品密度大幅度下降,对产品的热工性能改善显著,因这种材料燃烧后在产品中留下许多不连通的气孔。另外,用回收来的包装用的EPS板或块经切碎后,可直接用于气孔形成剂材料。
(6)切碎的废旧轮胎。切碎的废旧轮胎用作气孔形成剂对产品的性能均有着正面的效果,即强度高、热工性能好等。但由于轮胎在生产中使用的外加剂及橡胶的可燃部分在焙烧中会产生有害气体,因此使用切碎的废旧轮胎时,需对排放的烟气进行净化处理。
2、其他工业可燃性废料
这类气孔形成剂包括:污水处理厂淤泥、下水道淤泥、造纸工业的废泥、纺织工业的废料、制革工业废料、石油提炼工业废料、食品工业的漂白剂等。但是这类工业废料用作气孔形成剂时必须经过严格的试验室试验和有关权威部门的认可。因这类材料中往往含有重金属,如Pb,Z n,Cr,Cu等;此外,有的废料在焙烧过程中还可能释放出有害气体。其加入量也会受到发热量高低的限制,如污水处理厂淤泥的发热量为10000~24000kJ/kg;造纸工业淤泥的发热量为8400~19000kJ/kg;纺织工业废料的发热量为18000~29000kJ/kg;制革工业废料的发热量84000kJ/kg;石油工业废渣的发热量为31000kJ/kg。
3、矿物类气体形成剂
(1)膨胀珍珠岩。珍珠岩是一种酸性火山玻璃岩,主要由玻璃质组成。在1300℃的高温下体积迅速膨胀增大30倍。将其大于3mm的颗粒用作其他用途,小于3mm的颗粒用来当做气孔形成剂。膨胀珍珠岩颗粒在坯体中起着瘠性料的作用,可减少干燥收缩。砖瓦产品的烧成温度大多在此基础上960~1100℃,低于珍珠岩的熔点温度(1280~1360℃),因此,这种膨胀的颗粒会保留在砖体中。
(2)膨胀蛭石。蛭石中含水8%~18%,熔点为1300~1370℃,膨胀蛭石的密度为80~200kg/m3。膨胀蛭石加入制砖原材料中的作用于膨胀珍珠岩一样。
(3)烧沸石。沸石矿物有30多种,其结构特殊,构造开放性较大,有很多大小均匀的空洞和孔道,这些孔道和空洞为离子和水分所占据,在300℃下焙烧可全部脱水,但不破坏其晶体结构。将焙烧后的沸石以粉末状加入原材料中,焙烧后在产品中形成了从10~1100nm的大量微孔,从而使产品的传热性能得到很大的改善。
(4)粉煤灰漂珠。这种材料是电厂用水力排放粉煤灰时,漂浮在水面上的中空玻璃球形物质,或是用风选的方法从干排粉煤灰中选出。漂珠密度很低,本身就是一种非常好的保温隔热材料。
(5)石灰石粉末。石灰石在焙烧过程中分解释放出二氧化碳气体(800~900℃),从而在坯体中留下了大量的微孔。但是石灰石在加入到原材料中的其他作用也许更重要些(如改变颜色、抗烧结变形、吸附有害气体等)。
(6)硅藻土。硅藻土是空腔中含有化石残留物的硅海藻,质轻多孔,孔隙率高达90%~92%,是非常适合于轻质砖的气孔形成剂。但由于硅藻土中含有化石类物质,可能会使排放烟气中的有害物质——氟化物增加,必要时需对排放的烟气进行净化。
(7)浮石及浮石选矿残渣。浮石是一种多孔轻质、能浮在水面的酸性火山玻璃岩,空隙率能够达到60%,有良好的隔热保温性能。
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