粉煤灰制備微晶玻璃的方法及存在的問題

粉煤灰是煤炭燃燒的主要副產(chǎn)物，我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)決定了粉煤灰是其主要的工業(yè)廢棄物。大量的粉煤灰廢棄物不僅占用田地，還引起土壤污染、空氣污染、水污染和紙質(zhì)災害，對環(huán)境和公眾健康也造成了巨大威脅。利用粉煤灰合成微晶玻璃既可有效利用粉煤灰，解決其環(huán)境污染問題，又可節(jié)約化工原料、降低成本，制得性能優(yōu)良的綠色建筑材料，具有重要的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益。

微晶玻璃

微晶玻璃作為一類含有大量微晶相及玻璃相的多晶固體材料，是特定組成的基礎玻璃在熱處理過程中控制晶化而制得的。微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又有陶瓷的多晶特性，集合了陶瓷與玻璃的特點，是一類獨特的新型材料。與同類型的陶瓷和玻璃相比，微晶玻璃具有熱膨脹系數(shù)可調(diào)范圍大、機械強度高、硬度大、熱穩(wěn)定性能和化學穩(wěn)定性好、軟化溫度高等優(yōu)異性能。

粉煤灰微晶玻璃制備原理

粉煤灰的主要化學成分為SiO2和Al2O3，另外還有少量Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等，其一般化學組成如下圖

通過上表我們發(fā)現(xiàn)，粉煤灰成分里面最高的是SiO2和Al2O3，粉煤灰以硅、鋁為主的化學組成決定了其所制備的主要是鋁硅酸鹽系統(tǒng)的微晶玻璃。

粉煤灰量大且呈細粉狀，其礦物組成主要是鋁硅玻璃體，具有較好活性，都有利于微晶玻璃的制備，是所有工業(yè)廢棄物中最具優(yōu)勢的微晶玻璃原材料。

粉煤灰制備微晶玻璃的方法介紹

微晶玻璃的制備方法主要有熔融法、燒結(jié)法和溶膠-凝膠法三類，

其中利用粉煤灰制備微晶玻璃主要采用熔融法和燒結(jié)法。

溶膠—凝膠法主要用于功能材料、非線性光學材料等領域應用的微晶玻璃的制備，以嚴格控制其成分及各組分的均勻性，不適用于粉煤灰微晶玻璃的制備。

熔融法

熔融法制備微晶玻璃工藝過程

熔融法的玻璃熔體成型生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝特點

優(yōu)點：

容易獲得各類異型制品，成品率高、質(zhì)量穩(wěn)定、無氣孔，適合自動化的生產(chǎn)。

缺點：

玻璃熔制溫度高、能耗大且熱處理制度難以有效控制。

熔融法制備微晶玻璃的關鍵是核化與晶化，熱處理過程中，一般先形核然后發(fā)生晶體長大； 但是對于特定的微晶玻璃體系，也可在一定溫度下同時發(fā)生核化和晶化過程。

燒結(jié)法

燒結(jié)法是陶瓷材料的主要制備工藝，近些年在微晶玻璃的制備中逐漸引起了研究人員的極大關注，是具有較多優(yōu)點的制備方法，有機融合了玻璃、陶瓷和天然石材加工工藝。熱處理過程中，玻璃顆粒存在燒結(jié)和析晶兩個趨勢，一般是先產(chǎn)生液相發(fā)生燒結(jié)行為。

燒結(jié)法制備粉煤灰微晶玻璃的一般工藝流程

差距及存在的問題

鑒于粉煤灰微晶玻璃的廣闊應用前景，我國比較重視其研究開發(fā)，但主要集中在實驗室階段，缺少工業(yè)化生產(chǎn)，與國外差距較大。粉煤灰微晶玻璃的工業(yè)化生產(chǎn)主要存在的問題有：

（1）粉煤灰成分復雜且不同地區(qū)成分差異較大，嚴重影響微晶玻璃的性能可控性，制約了其大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；

（2）成品率不穩(wěn)定，優(yōu)品率低，容易出現(xiàn)色差、色斑、氣泡、變形等缺陷；

（3）產(chǎn)品規(guī)格、品種、花色比較單一，不能很好滿足建筑裝飾需求；

（4）價格較高，普通家庭用戶尚不能接受。但是，隨著環(huán)境保護意識的加強和天然石材的日益匱乏，必然驅(qū)動粉煤灰微晶玻璃的工業(yè)化探索。