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替代碳酸钙!漂珠能行吗?


来源:中国粉体网   平安

[导读]  漂珠由部分煤渣形成,获取极其方便且价格低廉,将其回收并研究其新的用途,变废为宝,有较高的经济效益及环境效益。

中国粉体网讯  前不久,网络上有一位朋友咨询中国粉体网编辑有关碳酸钙的用途。据他透露,他们正在研发一种可以替代碳酸钙的材料,碳酸钙的有些应用领域,这种材料将来可能更适用。碳酸钙性能好、成本低,从来都是碳酸钙替代其它材料,哪有什么材料能替代它!因此,笔者就没有在意他说的到底是何种材料。

近日,笔者在学习硅质材料的相关知识时,偶然发现了清华大学杨金龙教授课题组发布的一份资料里显示如下:



(图片来源:清华大学杨金龙教授课题组)

漂珠是种什么材料?


漂珠SEM形貌

上图即是漂珠的SEM形貌。据中国粉体网编辑的了解,对于漂珠形成的机理已有众多报道,但并不统一,多数人认为粉煤灰中的漂珠,是煤粉进入锅炉中燃烧,高温作用下,煤渣通过释放部分水分,排出内部气体,表面氧化,燃烧等诸多复杂的反应后,又经过多次冷热交替的过程而形成。



(图片来源:清华大学杨金龙教授课题组)

简单地说,粉煤灰是燃煤火力发电厂排出的固体废弃物,漂珠是从粉煤灰中提取的一种空心微珠,约占粉煤灰中总量的1%~3%左右。

漂珠具有哪些特别的性质?

物理性质:漂珠一般为空心玻璃微珠,球壁一般厚度为微珠直径的5%~8%,熔点大于1300℃,粒径约1~250μm,电阻率随温度的升高而增加,电阻率较高和阻热效应好,热传导系数为0.1~0.2W/(M•K),亲水,多呈灰白色,含少量深色颗粒物质,其堆积密度为0.3g/cm3左右,表面有珍珠或玻璃光泽,半透明。 Fe2O3等杂质影响漂珠的白度,含杂量越高,颜色越深,最好的漂珠为银白色。

漂珠可以承受大于300℃的温度,与一般电绝缘性良好的材料不同,漂珠拥有在高温条件下温度与绝缘电阻成反比的特性,非常罕见。

化学性质:漂珠主要由SiO2、Al2O3和Fe2O3组成,此外还含有微量的MgO、CaO及K2O等,在其主要矿物组成结晶相和玻璃相中,硅酸盐玻璃相含80%~85%,结晶成分为石英和莫来石。

河北某企业生产的漂珠产品的主要成分


漂珠在10%的盐酸、硫酸、硝酸、氢氧化钾等强酸碱溶液中反应24h的质量损失为1.07%~2.15%,在1%的氢氟酸中损失11.58%,因此漂珠对一般强酸强碱均有很强的耐蚀性,因而可用于耐酸碱(氢氟酸除外)要求较高的特殊工程中。

漂珠可以用在哪些领域?

(1)隔热材料

漂珠具有中空的特性,热导率较小且有很好的绝缘效果,将其压制成隔热砖用作炉衬,隔热性能优于硅酸铝纤维,环保节能。

漂珠也可以应用在铸造行业中,作为盛贮钢水的保温帽。据中国粉体网编辑的了解,我国在1984年首次成功研制出漂珠保温帽,加入漂珠后的保温帽在抗压强度和耐火度方面都有显著的提高,且导热系数和恒温线变化比率很小,这一发现提高了钢件出品率也节约了钢水成本。

另外,将漂珠作为原料,还可以制作成保温涂料。隔热效果优良,在低温、常温和高温环境下都适用。现已应用于电力、化工和化学等诸多部门中,并批量生产。

(2)耐火材料

据悉,漂珠耐火涂料在二十世纪八十年代初期由我国研制出来,用其制成的耐火涂料导热系数很低且绝缘性较好,具有较高的耐火度。将其在相同温度与普通无机耐火涂料相比,温差高达20℃~50℃。漂珠在高温下具有不燃、不变形及无烟等特点,属于高级耐火阻燃无机非金属材料,是防火阻燃涂料生产的良好的填料。

1986年,我国研制出漂珠耐火绝热板,主要应用于钢铁行业。漂珠绝热板耐钢液腐蚀、具有较好的保温效果、无毒无害。生产出来的钢制品成坯率较高,且表面光滑,缩孔小。

(3)填料

漂珠可以作为补强剂加入到橡胶中,改善天然橡胶和合成橡胶力学性能差和强度较低的缺点。且漂珠的成本较低,它的应用会带来较好的经济效果。研究表明:在天然橡胶中可以用漂珠代替炭黑作为补强剂,而在合成橡胶中可以同时添加炭黑和漂珠,减少炭黑的添加量,降低成本。

漂珠还可以作为塑料填充材料,加入漂珠后的塑料在绝缘性、强度和稳定性方面均有提高,同时又降低了基体密度,性能很优异。

漂珠的吸水率较低,约为5%,水滴在漂珠上呈露珠状,说明漂珠具有良好的防水性能,可作为防水涂料的填料。

(4)其它

用粉煤灰漂珠或改性漂珠作填料,已研制出具有低热传导系数、高反射率、高耐磨、高阻燃以及高耐候性能的干粉反射隔热保温涂料,耐候性强、耐火性能好且具有防腐、以及耐酸碱能力,在涂层很薄时,依然具有很好的抗雷击性能的抗雷击导电涂料。

漂珠也需要表面改性?

根据应用要求,需要有目的性地改变漂珠的表面物理性质或赋予其新的功能,以满足现代新材料,新工艺和新技术发展的需要。漂珠的表面改性大多采用在溶液中发生化学反应的方法。其中应用较多且效果理想的有非均相沉淀法、溶胶-凝胶法、化学浸渍法和化学镀法。

(1)非均相沉淀法:是将漂珠置于蒸馏水中,以硫酸钛为钛源,利用其水解作用,使其在事先预热的蒸馏水中发生水解,加入适量的表面活性剂,并用酸碱调和剂调节pH值,反应一段时间后将漂珠进行水洗,水洗7遍以后,利用热处理炉在500℃~800℃煅烧2h,即可在漂珠表面包覆一层TiO2薄膜。

(2)溶胶—凝胶法:是将酞酸丁酯作为钛源,以乙醇作为溶剂,浓硝酸作为酸度调和剂,反应物酞酸丁酯、乙醇、H2O、HNO3、以一定的比例进行配比。将漂珠加入酞酸丁酯溶液中水解,再搅拌15min。将漂浮在液面上的漂珠收集起来,在烘干箱中70℃烘干。然后在热处理反应炉煅烧3h,温度控制在600℃,而后冷却至室温,再用同样方法再煅烧一次,即可得到TiO2薄膜。

(3)化学浸渍法:是将预热过的漂珠置于Fe(CO)5溶液中,发生反应生成Fe和FeO,再经过热处理后Fe生成Fe2O3

(4)化学镀:是在化学溶液中滴加还原剂,金属离子在还原剂的作用下,自催化还原,脱离金属表面并沉积在目标基体表面的过程。有时也被叫做无电解镀或者自催化镀。主要利用氧化还原反应在漂珠表面镀铜。

小结

漂珠由部分煤渣形成,获取极其方便且价格低廉,将其回收并研究其新的用途,变废为宝,有较高的经济效益及环境效益。

参考资料:

梁岩:漂珠的表面改性及漂珠复合涂层制备

辛银花:漂珠在涂料行业中的应用

注:图片非商业用途,存在侵权告知删除!

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