在輕質耐火材料中，以溫度在900℃〜1200℃的中溫隔熱材料用量最大最廣泛。漂珠磚是這一檔輕質磚的杰出代表。由于漂珠磚生產(chǎn)簡單，強度高，保溫性能好，幾乎替代了硅石和輕質粘土磚，占據(jù)了絕大部分輕質磚市場，目前生產(chǎn)用漂珠是從粉煤灰中分選出來的，分選難度大，效率低，且只占粉煤灰重量的1〜5%。大部分熱電廠由于煤種及鍋爐燃燒方式等原因沒有漂珠，這樣漂珠來源有限，難以滿足市場需求，致使價格高達800~1000元/t，給生產(chǎn)漂珠磚廠家造成很大經(jīng)濟壓力。我們在成功研究漂珠磚的基礎上，直接利用電廠優(yōu)質粉煤灰制備出粉煤灰輕質隔熱耐火磚。
輕質耐火磚對粉煤灰質量的要求
粉煤灰主要成分為氧化硅、氧化鋁，其次是游離炭，礦物組成主要是具有較高硬度和熔點的玻璃體(約占70-80%)及少量結晶礦物石英和莫來石與磁鐵礦，容重一般為650- 750kg/3。
根據(jù)煤的品種和燃燒條件等差異，粉煤灰的性狀和物理化學性質也有很大差異。從化學成分及礦物組成看，選擇低鐵(Fe2O3<5%)、低碳(C<8%)、高Al2O3含量的優(yōu)質粉煤灰制輕質隔熱耐火磚是可行的。
粉煤灰顆粒主要由多孔玻璃體及少量結晶體和未燃炭組成，容重較輕，制輕質磚時不需要象制輕質粘土磚那樣加大量木屑來減輕容重，而制品的強度則較高，粉煤灰顆粒均勻有序，不需破碎、粉磨等工序，可以直接利用，生產(chǎn)工藝簡單。
粉煤灰是由瘠性很強的細粉組成，活性很低，彼此間粘結性極差，如果按常規(guī)加粘土結合，由于粘土容重大、結合力低，需加大粘土量，才能使其結合。根據(jù)試驗，粘土加入量> 30%，磚坯燒后強度才能達到國家標準，這樣增加了制品的容重和導熱系數(shù)，且收縮大，易產(chǎn)生裂紋。由于粉煤灰中含炭量高，未燃炭大都疏松多孔，磚坯成型烘干后強度很低，因此，尋找一種既有常溫粘結強度，又有高溫結合強度的復合粘結劑就成為生產(chǎn)中的關鍵。
試驗與結果
原料
采用的濕排灰，在110℃烘干，化學成分見表1，粒度與容重見表2。
表1 粉煤灰化學成分(%)
表2 粉煤灰粒度與容重
配比
摻灰量為60~90%，為減輕體積密度而加入珍珠巖、木屑、硅石或漂珠，其加入量為10〜30%。選用自配的含SiO2的復合粘結劑，加入量為5〜10%。該粘結劑既有常溫及烘干的結合力，又有高溫燒結強度。
生產(chǎn)工藝
配料與成型根據(jù)產(chǎn)品牌號進行配料，在攪拌機中先干混2分鐘，然后加入復合粘結劑和水，一般機壓成型混料水分為15-20%，手工成型混料水分為20-30%，混合后泥料經(jīng)困料或不經(jīng)困料均可成型。成型采用雙面加壓，加壓速度要緩慢。
干燥與燒成 磚坯成型后放置一天，然后進行干燥，干燥時先低溫，后逐漸升溫至110℃充分干燥，干燥后的磚坯在復合結合劑的作用下，強度很高。
干燥磚坯在推板窯或隧道窯中燒成階段：
(a) 低溫階段，即室溫〜300℃左右。此階段主要排除磚坯中的機械結合水和吸附水。由于磚坯入爐前曾經(jīng)過干燥，且粉煤灰為瘠性料，故這一階段可以快速升溫。
(b) 氧階段，即 300℃-950℃。600℃以上，炭素氧化，為保證炭素充分燃燒和氣體排放，此階段要緩慢升溫并適當保溫，否則會造成制品黑芯。
(c) 高溫燒成階段，即950℃-1150℃。此階段粉煤灰產(chǎn)生液相，同時結合劑中的無定型SiO2也出現(xiàn)液相，磚坯收縮，產(chǎn)生結合強度。此階段升溫速度應緩慢。
結果
燒后制品外觀顏色均勻漂亮，邊角整齊，松木坪電廠灰制品呈淡黃色，青山熱電廠灰制品呈深黃色，無裂紋和崩失現(xiàn)象，斷面組織均勻，其性能指標如表3，導熱系數(shù)與強度方面都超過粘土輕質磚國家標準。
表3 輕質隔熱耐火磚性能
分析與討論
成型時的分層現(xiàn)象
粉煤灰輕質隔熱耐火磚采用手工成型，往往會產(chǎn)生分層現(xiàn)象，降低了磚坯的成品率。作者認為，這主要是由于粉煤灰顆粒很細，混合泥料是氣量較高的三相體系，受壓縮的這部分氣體會產(chǎn)生膨脹，因而破壞了磚坯的內部結構。同時，濕混合料中絕大部分固體顆粒都呈粉狀，對壓制力的傳遞比較緩慢，物料中的內摩擦阻力較大，因而壓制力在磚坯內傳遞時的衰減也較大，若用瞬時壓制成型法不易壓得均勻密實。只有在配料中加入一些珍珠巖、硅石等粗顆粒起骨架和排氣作用，同時，成型時加壓速度要緩慢并雙面加壓，才能減少分層現(xiàn)象。
含碳量對制品強度的影響
將青山灰進行篩分與水洗，制成含碳量不同體積密度為0.8g/cm3的輕質磚，其對應的常溫耐壓強度如表4，從中可以看出，含碳量對制品的強度影響非常顯著，粉煤灰含碳量越高，制品的強度越低。這是由于碳粒疏松多孔，顆粒一般較粗，成為微骨料，但它本身的耐壓強度很低，同時又沒有化學活性，不能與結合劑反應，磚坯的強度低，在燒成過程，碳粒被燒掉，留下大量空隙，故成品強度大大降低。制輕質磚一般要求粉煤灰含碳量應< 8%。
表4 磚坯含碳量對輕質磚抗壓強度影響
熱震穩(wěn)定性
粉煤灰輕質磚比漂珠磚的抗熱震穩(wěn)定性好得多，漂珠磚在800℃空冷10分鐘的次數(shù)為0，而粉煤灰輕質磚可達到30次。這是由于粉煤灰的物理性質、化學成分和礦物組成等均類似于顆粒形態(tài)多種多樣所致。未燃碳在磚坯鍛燒過程中被燒掉，留下部分氣孔，這些都有利于制品受急冷急熱時消除內應力。從而有較好的抗冷熱沖擊力。漂珠磚主要礦物是空心球形玻璃體，它的脆性大，球內被封閉的氣體受冷熱沖擊力作用迅速膨脹，產(chǎn)生很大的內應力而導致脆裂。
市場與效益
粉煤灰，而粉煤灰是工業(yè)廢渣，用它制輕質耐火磚，成本低，制品的性能可與漂珠磚媲美，其抗熱震穩(wěn)定性方面遠優(yōu)于漂珠磚，不僅可用在冶金、化工、機械、水泥等工業(yè)窯爐的保溫層，還可用于電爐等的工作層。如按輕質耐火磚的價格代替用量很大的漂珠磚，產(chǎn)品市場廣闊，經(jīng)濟效益明顯。
我國目前粉煤灰年排量過億噸，綜合利用率僅為26%，大部分粉煤灰堆存須修建排渣場或倒入江河湖海。我國目前粉煤灰堆存量已達4億噸，占用耕地約80萬公頃，利用粉煤灰制造輕質耐火磚，則開辟了一條粉煤灰綜合利用的新途徑。
結 論
利用優(yōu)質粉煤灰制輕質耐火磚，原料來源廣，生產(chǎn)工藝簡單，粉煤灰利用率高，產(chǎn)鋁強度和導熱系數(shù)超過輕質粘土磚的國家標準，抗熱震穩(wěn)定性遠優(yōu)于漂珠磚，成本低，是替代漂珠磚的理想材料，市場前景好。
影響粉煤灰輕質隔熱耐火磚開發(fā)的最重要因素是粉煤灰質量，應選擇高氧化鋁含量、低鐵(Fe2O3<5%)、低碳(C<8%)粉煤灰，并選用結合力強，且隨溫度升高具有連續(xù)結合強度的復合膠結劑與合適的成型燒成工藝是生產(chǎn)粉煤灰輕質磚的關鍵。