所謂的氣孔形成劑就是在原材料中加入可燃燒或是燒結后在制品內留下不連通的孔洞或微孔的物質。如沒有這種形成劑,其導熱系數也不可能大幅度降低。氣孔形成劑是輕質保溫隔熱砌塊生產中常用的外加劑。降低產品的密度,進而降低產品的導熱系數,這種趨勢是當代綠色建材發展的需要。
氣孔形成劑的種類非常多,有如下幾類:
1、可燃燒型氣孔形成劑
(1)鋸末(木屑等)。鋸末的發熱量為:7000~19000kJ/kg。大多數鋸末的發熱量在17000kJ/kg。在制磚原材料中摻入鋸末可制造輕質產品,同時焙燒可節能15%。鋸末在原材料中的摻入量是有限度的,實際上最佳摻入量為4%~5%(質量比)。鋸末的顆粒尺寸要均勻,在任何情況下其最大顆粒直徑應小于2mm。在某些情況下使用鋸末可能會給擠出和干燥過程帶來困難,同時也降低了生坯強度和干燥坯體強度,也增加了成型含水量。但摻加鋸末總是改變了原材料的流動性能,減少了坯體的干燥敏感性,縮短了干燥時間。在干燥中的主要問題是鋸末與坯體原材料的脫水時間不一致。加鋸末經焙燒后的輕質產品,在熱工和聲學性能上有很大改善。產品的吸水率增加,收縮率不變或略有減少,力學強度降低10%~30%,但這對輕質產品來講不受這種強度降低的影響。總之,從經濟角度和技術方面分析,利用鋸末制造輕質產品是完全可行的。利用鋸末的不利之處是產品易于出現泛霜(因原材料而異),再就是在焙燒的預熱帶會產生一氧化碳氣體。
(2)農作物類廢料。主有粉碎的稻草、秸稈、稻殼等。稻草的發熱量一般為8000~12000kJ/kg。粉碎的稻草(秸稈)在原材料中起著一種纖維性的填充料和加強材料的作用,有利于坯體強度的提高,然而在焙燒期間也是一種燃料。稻草和秸稈要粉碎到3mm以下才能使用。這類材料的揮發分很大,約85%,灰分很小,是一種很好的氣孔形成劑。這類材料加入原材料中對產品其他性能的影響同鋸末。
(3)食品工業、飲料業廢料。以植物為原料生產的食品和飲料均會產生殘渣。如稻糠、花生殼、咖啡生產殘渣、啤酒渣、葡萄皮及籽、燕麥皮、茶葉末、變質面粉、甘蔗渣、椰殼、橄欖殘渣及落葉等。其中以燕麥皮與變質面粉為最好,不用處理可直接加入原材料,特別是變質面粉形成的微孔對產品的熱工參數很有利,而且產品的強度不會降低。其他上述的材料必須粉碎到3mm以下才能使用。稻米殼幾乎全部由二氧化硅及揮發分組成,加入原材料中能夠生產出高質量的輕質磚。稻米殼的最佳摻入量為20%(質量比)。摻入稻米殼的產品強度有時有所降低,但有時會有所提高,這與摻入量及坯體原料本身的性能有關。椰殼的發熱量為12000kJ/kg,橄欖殘渣的發熱量為18000kJ/kg,摻入坯體中可節約大量焙燒能源。
(4)礦物類可燃氣孔形成劑。這類物質包括有煤粉、焦炭末、褐煤粉、煤泥、煤矸石、煤渣、高發熱量的粉煤灰等。這類材料作為氣孔形成劑來講,其效果并不好,原因是這類材料在焙燒期間能量的大量釋放,不利于氣孔的形成,很少使用(粉煤灰漂珠除外)。
(5)膨脹多孔聚苯乙烯微珠。這種材料是西歐最常用的氣孔形成劑材料,現有專門的生產工廠為磚瓦行業提供這種氣孔形成劑材料,并注冊有專門的貿易商標名稱——Styropor(產品名稱縮寫為EPS)。膨脹多孔聚苯乙烯微珠由水蒸氣發泡而成,EPS有著0.2~3mm的顆粒,其密度平均為12kg/m3。EPS由體積占98%的空氣和體積占2%的聚苯乙烯組成,是一種純的碳氫化合物。在焙燒過程中聚苯乙烯釋放出大量的能量,1kg的EPS釋放出的能量相當于1.3L的汽油,并且這些熱量都可用來焙燒,可節約大量的能量。在窯爐預熱帶出現的低溫碳化氣體(干餾)可以由重新返回窯內燃燒或是在窯外部專門加熱燃燒后排放(也可經燃燒換熱用于干燥)。EPS可使產品密度大幅度下降,對產品的熱工性能改善顯著,因這種材料燃燒后在產品中留下許多不連通的氣孔。另外,用回收來的包裝用的EPS板或塊經切碎后,可直接用于氣孔形成劑材料。
(6)切碎的廢舊輪胎。切碎的廢舊輪胎用作氣孔形成劑對產品的性能均有著正面的效果,即強度高、熱工性能好等。但由于輪胎在生產中使用的外加劑及橡膠的可燃部分在焙燒中會產生有害氣體,因此使用切碎的廢舊輪胎時,需對排放的煙氣進行凈化處理。
2、其他工業可燃性廢料
這類氣孔形成劑包括:污水處理廠淤泥、下水道淤泥、造紙工業的廢泥、紡織工業的廢料、制革工業廢料、石油提煉工業廢料、食品工業的漂白劑等。但是這類工業廢料用作氣孔形成劑時必須經過嚴格的試驗室試驗和有關權威部門的認可。因這類材料中往往含有重金屬,如Pb,Z n,Cr,Cu等;此外,有的廢料在焙燒過程中還可能釋放出有害氣體。其加入量也會受到發熱量高低的限制,如污水處理廠淤泥的發熱量為10000~24000kJ/kg;造紙工業淤泥的發熱量為8400~19000kJ/kg;紡織工業廢料的發熱量為18000~29000kJ/kg;制革工業廢料的發熱量84000kJ/kg;石油工業廢渣的發熱量為31000kJ/kg。
3、礦物類氣體形成劑
(1)膨脹珍珠巖。珍珠巖是一種酸性火山玻璃巖,主要由玻璃質組成。在1300℃的高溫下體積迅速膨脹增大30倍。將其大于3mm的顆粒用作其他用途,小于3mm的顆粒用來當做氣孔形成劑。膨脹珍珠巖顆粒在坯體中起著瘠性料的作用,可減少干燥收縮。磚瓦產品的燒成溫度大多在此基礎上960~1100℃,低于珍珠巖的熔點溫度(1280~1360℃),因此,這種膨脹的顆粒會保留在磚體中。
(2)膨脹蛭石。蛭石中含水8%~18%,熔點為1300~1370℃,膨脹蛭石的密度為80~200kg/m3。膨脹蛭石加入制磚原材料中的作用于膨脹珍珠巖一樣。
(3)燒沸石。沸石礦物有30多種,其結構特殊,構造開放性較大,有很多大小均勻的空洞和孔道,這些孔道和空洞為離子和水分所占據,在300℃下焙燒可全部脫水,但不破壞其晶體結構。將焙燒后的沸石以粉末狀加入原材料中,焙燒后在產品中形成了從10~1100nm的大量微孔,從而使產品的傳熱性能得到很大的改善。
(4)粉煤灰漂珠。這種材料是電廠用水力排放粉煤灰時,漂浮在水面上的中空玻璃球形物質,或是用風選的方法從干排粉煤灰中選出。漂珠密度很低,本身就是一種非常好的保溫隔熱材料。
(5)石灰石粉末。石灰石在焙燒過程中分解釋放出二氧化碳氣體(800~900℃),從而在坯體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許更重要些(如改變顏色、抗燒結變形、吸附有害氣體等)。
(6)硅藻土。硅藻土是空腔中含有化石殘留物的硅海藻,質輕多孔,孔隙率高達90%~92%,是非常適合于輕質磚的氣孔形成劑。但由于硅藻土中含有化石類物質,可能會使排放煙氣中的有害物質——氟化物增加,必要時需對排放的煙氣進行凈化。
(7)浮石及浮石選礦殘渣。浮石是一種多孔輕質、能浮在水面的酸性火山玻璃巖,空隙率能夠達到60%,有良好的隔熱保溫性能。
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