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陶粒综述

发表时间：2020/6/4 来源：《文化时代》2020年3期作者：刘爱平张睿锦朱思高

[导读] 陶粒是一种性能优异、应用广泛的新兴材料。本文介绍国内陶粒的发展、目前提倡的利用固废制备陶粒的研究进展以及陶粒的性能和用途。

华北理工大学材料科学与工程学院河北唐山 063210
        摘要：陶粒是一种性能优异、应用广泛的新兴材料。本文介绍国内陶粒的发展、目前提倡的利用固废制备陶粒的研究进展以及陶粒的性能和用途。
        关键词：陶粒；发展；固废陶粒；性能；用途


一、引言
        传统陶粒的制备原料主要是页岩和黏土，其原料作为不可再生资源，制备过程中消耗了自然资源。但如果使用固体废物作为主要原料，消耗大量固体废物的同时，也可以解决堆存带来的环境问题且减少了页岩和黏土的消耗。在处理原料方面传统陶粒原料与固废也有不同，页岩与黏土要经过复杂的流程才可以达到制备陶粒所需要的粒度，而固体废物本身粒度较小，经磨矿、干燥等步骤即可使用，成本较低。在未来，国家鼓励企业加大对固体废物的利用，陶粒原料的选择更加倾向于固体废料。
        二、国内陶粒的发展
        我国陶粒的发展可大体分为三个阶段[1]。
        第一阶段：1965-1980年，经历了实验室内小规模的研究、探索生产工艺、研发生产设备、工业性试验阶段。在这个过程中，人数不断增加，参加单位集思广益，研究成果显著。掌握了采用回转窑、烧结机和立式窑生产不同堆积密度、筒压强度及粒径的陶粒，种类可分为粘土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、粉煤灰-粘土陶粒和粉煤灰-页岩陶粒。
        第二阶段：1980-2000年，经历了平稳但较快发展阶段。在此阶段中，最主要的成就就是陶粒生产线的建成，该生产线因为具有一定规模、不同成粒方式、不同煅烧制度和先进的设备及工艺水平，所以可以生产出不同规格、不同原料且质量良好的陶粒。为了继续提高自身实力，我们也开始学习国外的先进生产技术，如内蒙古包头市通过学习莱太克公司的成套技术和设备，从中学习掌握了不少成功的经验，并在以后的实践中进一步的探索，建成了年产20万耐烧结粉煤灰陶粒生产线。
        第三阶段：2000年至今，处于平稳转型发展阶段。在此阶段，响应国家号召，陶粒原料的选择更加倾向于固体废料，如铁尾矿、污泥、赤泥等。
        三、传统陶粒以及固废制备陶粒的研究
        1.黏土陶粒
        黏土陶粒主要以黏土等为原料，经研磨、烧胀而成的轻粗集料，粒径在5mm以上。黏土质岩类陶粒矿产用的多、开发早、分布广，且经过了成矿过程中提供了成矿物质岩石的风化作用以及成岩作用，所以此类陶粒的性能与矿产形成的时间、温度、压力、地点等因素有着密切的联系。
        2.页岩陶粒
        页岩陶粒主要以黏土质页岩、板岩等为原料，经破碎、粉磨、筛分后成球、烧胀而成的轻粗集料，粒径在5mm以上。我国的页岩生产工艺有湿法、半干法和干法，而页岩陶粒因制作过程不同可以分为普通型页岩陶粒（经破碎、筛分、烧胀而成）和圆球形页岩陶粒（粉磨、成球、烧胀而成）。
        3.尾矿陶粒
        尾矿陶粒主要以尾矿为原料，主要成分有铁、铝、硅、镁、钙等的氧化物，因此利用尾矿代替天然矿物煅烧陶粒具有可行性。目前我国尾矿库数量及尾矿堆存量巨大，还呈现不断上升的趋势。基于尾矿具有破坏土壤结构、污染大气、污染水源、浪费资源等不足，将其作为原料，可以提高尾矿的利用率，具有良好的前景。
        4.粉煤灰-煤矸石陶粒
        粉煤灰-煤矸石陶粒以粉煤灰和煤矸石为主要原料，经杨艳茹等人[2]实验研究表明：在同一煅烧温度下的陶粒，随煤矸石的加入量增多，筒压强度增大，内部气孔率下降，烧结程度加深，但煤矸石的添加量不易过高，否则会致使陶粒内部气孔闭合，烧结温度范围变窄，不利于此后实验操作。

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        5.污泥陶粒
        污泥陶粒以污泥为主要原料，提高了污泥的利用率，改善了因我国城镇化和经济的发展带来的污水排放量增加问题。荣辉等人[3]研究了污泥掺量对陶粒性能的影响，研究表明污泥掺量越多，可使陶粒的煅烧温度范围越窄，助熔成分和相同煅烧温度下熔化生成的液相越多。
        6.赤泥陶粒
        赤泥中含有制备陶粒必需用到的SiO2和Al2O3成分，根据以废治废的理念提出以赤泥为主要原料制备功能材料赤泥陶粒，可使制铝工业制取氧化铝时产生的污染性废渣-赤泥被充分利用，缓解了其对环境的污染，减少了对土地资源的占用[4]。
        四、陶粒的性能
        1.保温、隔热
        陶粒因其内部有大量气孔，所以具有良好的保温隔热性能，可以应用于建筑行业，据调查陶粒混凝土的导热系数比普通的混凝土低1-2倍。
        2.具有耐火性
        普通粉煤灰陶粒混凝土的耐火性优于普通混凝土，在650℃的温度下，陶粒混凝土在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力是常温下的85%，而普通混凝土是常温下的35%-75%。
        3.抗震性好
        陶粒混凝土质量轻，形变低，所以具有很好的抗震性能。
        4.抗冻性能和耐久性能好
        陶粒混凝土的抗冻性能和耐久性都优于普通混凝土。1976年国家有关部门对以陶粒混凝土为原料建造的建筑进行了实地检测，结果表明，无论是预先制成的还是在现场组装模板然后进行混凝土烧筑的，建筑内部所含的钢筋均未锈蚀。
        5.抗渗性优异
        研究表明，以20MPa陶粒混凝土与普通混凝土为例，进行抗渗性的测试，结果显示陶粒混凝土的抗渗指数为B18-B25，而普通混凝土的抗渗指数才达到B6。
        6.抗碱
        陶粒的化学成分中不含有火性岩石成分，则碱的含量非常低，所以在参与制备陶粒混凝土时不会发生活性氧化硅、活性氧化铝与碱溶液产生化学反应，不会导致混凝土结构发生破坏。
        五、陶粒的用途
        1.建筑材料
        陶粒参与混凝土的制备已经广泛应用于建筑行业的预先制成或在现场组装模板然后进行混凝土烧筑的工程中；陶粒因其保温隔热的优良性能而被应用到管道、炉体、房屋建筑外围护结构墙体等建筑材料中。
        2.绿化材料
        陶粒是高温烧结的多孔结构材料，内有蜂窝状的微孔，因此它具有保水蓄肥的功能，可以满足存储水和透气的条件，而被越来越广泛的应用到室内植物的养殖中。
        3.卫生材料
        陶粒在生产过程中具有反应活性高的物质，对饮水行业和洗浴方面有很大的作用，可以吸附水体中的有害元素、细菌等。
        六、参考文献
        [1]陶有生.中国焙烧陶粒发展研究[J].墙材革新与建筑节能，2019，242（01）：20-24.
        [2]杨艳茹，麻永林，王军.粉煤灰-煤矸石质多孔陶粒的制备研究[J].矿冶工程，2018，38（05）：102-105.