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                邢臺市佳匯保溫材料有限公司  服務熱線:15632992999(24小時) 13292117666

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                史上全面的漂珠介紹---行業動態

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                史上全面的漂珠介紹

                發布日期:2016-3-8 來源:邢臺市佳匯保溫材料有限公司 點擊:

                1:漂珠的來源背景和意義
                  燃煤電廠多將煤炭磨成煤粉,噴入發電鍋爐的爐膛,讓其懸浮燃燒。煤的可燃成分(炭和有機物)大部分燃燒,而粘土質不可燃成分(硅、鋁、鐵、鎂等)在爐膛攝氏1300度的高溫下開始熔融,形成石英玻璃和莫來石多孔共生體,其孔內充滿氣體。當爐溫達到攝氏1400度時,熔融體顆粒表面張力會使表面能降到低值,棱角擺脫表面能而收縮,熔融顆粒會飄浮滾動形成球體。這時,多孔體內的氣體如CO、CO2、N2、H2等被包裹在球內。 
                當爐溫繼續升高時,玻璃球體內的氣體膨脹,使球體增大,外殼變薄,形成中空球體。當中空球體離開爐膛,急速冷卻后,就變成了堅硬外殼的玻璃微珠。這些玻璃微珠,因壁厚及輕重不同,可分為兩類。 
                其中一類是薄壁中空球體(壁厚為直徑的十分之一),因可漂水上,就稱為“漂珠”。另一類是壁厚中空球體(壁厚為直徑的三分之一)和實心球體,因較重而沉于水底,故稱“沉珠”,含鐵量高的稱為“磁珠”。 
                 漂珠在粉煤灰中含量甚微,一般僅為0.2-0.5%,少數可達1%,沉珠量很大,約為粉煤灰的30-70%。漂珠的產量和質量,跟煤種、煤的細度、鍋爐負荷、燃燒狀況等因素有關。各電廠之間、一個電廠不同鍋爐之間、一個鍋爐不同時間,均有極大差別。一般發熱量高、含硫量低的煙煤,漂珠量多:無煙煤漂珠少,褐煤漂珠極少甚至無漂珠。爐膛內溫度低于攝氏1400度,很少形成漂珠:攝氏1400-1500度,形成漂珠多,攝氏1500度以上,形成的漂珠會爆裂成碎片。因此爐溫過高或過低都會影響漂珠的形成。
                我國是以煤炭為主要一次能源的國家,煤炭產量列世界首位,大部分電力依靠燃煤產生,每年由于燃煤產生大量的粉煤灰,如不進行有效利用,既浪費資源,又污染環境。我國近幾年每年的煤炭產量為22-24億噸,按平均10-15%粉煤灰含量計,每年至少產生 2-3億多噸粉煤灰,其中大部分為飛灰,因此每年有大量的粉煤灰需要處理。我國目前粉煤灰的利用水平很低,如用于制水泥、路基材料和建筑用磚等,同時利用率也很低,不到總量的10%。同時如果粉煤灰中未燃碳含量大于6%,則不能用于生產水泥。
                2、漂珠的化學成份

                 

                 

                 
                組分
                含量(%)
                SiO2
                55.88
                Al2O3
                32.7
                Fe2O3
                ≤1.0
                MgO 
                1.27
                CaO
                2.0
                SO3
                ≤1.04
                TiO2
                0.68
                Na2O
                0.06
                K2O
                0.18
                3:漂珠的性能和用途
                   1)高耐火度。漂珠的主要化學成分為硅、鋁的氧化物,其中二氧化硅約為50-65%,三氧化二鋁約為25-35%。因為二氧化硅的溶點高達攝氏1725 度,三氧化二鋁的溶點為攝氏2050度,均為高耐火物質。因此,漂珠具有極高的耐火度,一般達攝氏1600-1700度,使其成為優異的高性能耐火材料。 
                2)質輕、保溫隔熱。漂珠壁薄中空,空腔內為半真空,只有極微量的氣體(N2、H2及CO2等),熱傳導極慢極微。所以漂珠不但質輕(容重250-450公斤/m3),而且保溫隔熱優異(導熱系數常溫0.05-0.1),這為其在輕質保溫隔熱材料領域大顯身手奠定了基礎。 
                3)硬度大、強度高。由于漂珠是以硅鋁氧化物礦物相(石英和莫來石)形成的堅硬玻璃體,硬度可達莫氏6-7級,靜壓強度高達70-140MPa,真密度 2.10-2.20克/cm3,和巖石相當。因此,漂珠具有很高的強度。一般輕質多孔或中空材料如珍珠巖、沸巖、硅藻土、海浮石、膨脹蛭石等均是硬度差、強度差,用其制的保溫隔熱制品或輕質耐火制品,都有強度差的缺點。他們的短處恰恰是漂珠的長處,所以漂珠就更有競爭優勢,用途更廣。 
                4)粒度細,比表面積大。漂珠自然形成的粒度為1-250微米。比表面積300-360g/cm2,和水泥差不多。因此,漂珠不需粉磨,可直接使用。細度可滿足各種制品的需要,其他輕質保溫材料一般粒度都很大(如珍珠巖等),如果粉磨就會大幅度增加容量,使隔熱性大大降低。在這方面,漂珠有優勢。 
                5)電絕緣性優異。選去磁珠后的漂珠,是性能優異的絕緣材料,不導電。一般絕緣體的電阻均隨溫度的升高而降低,漂珠則相反,隨溫度的升高電阻增大。這一優點是其他絕緣材料都不具備的。所以,它可以制作高溫條件下的絕緣制品。
                 高耐火、輕質隔熱、高硬高強、細粒大比表、高溫絕緣這五大性能集于一體,優勢疊加,就使漂珠身價倍增,沒有其他任何輕質材料保溫隔熱材料能比。說它是保溫隔熱材料之王,是一點也不過分的。利用漂珠這一優勢,國內外生產出幾十種漂珠輕質保溫隔熱制品,如輕質燒結耐火磚、輕質免燒耐火磚、鑄造保溫冒口、管道保溫外殼、防火保溫涂料、保溫隔熱膏、復合隔熱干粉、輕質保溫耐磨玻璃鋼、塑料活化填充劑、高溫高壓絕緣體等,并在衛星、飛船、火箭、軍工、電子等高科技領域得到廣泛應用。特別是用它生產輕質耐火磚,暢銷國內外,供不應求,有市無貨,價格一再上升,它占有輕質耐火磚市場的70%的份額。隨著漂珠優點逐漸被人認識,它的用途會越來越廣,用量會越來越大,價格大大提高。目前普通空心微珠的均價為每噸2000-2500元,高品質空心微珠的價格為 5000-12,000元。:
                4:研究背景和創新性 
                   玻璃空心微珠(漂珠)主要來源于以煤為燃料的火力發電廠鍋爐濕排的粉煤灰中,它僅占粉煤灰的0.5%左右。玻璃空心微珠(漂珠)資源十分寶貴難求,近年來隨著火力發電廠燃煤鍋爐濕排灰系統逐漸淘汰,而新建火力發電廠則使用干排灰系統,幾乎不能形成漂珠,使漂珠資源越來越緊張,常出現有價無市的現象。粉煤灰中微珠含量低,為粉煤灰中提取微珠帶來了許多困難,如何保證粉煤灰中微珠的含量,使粉煤灰中獲得更多的微珠,實現粉煤灰產生高產量微珠,提高粉煤的利用價值,盡快緩解漂珠資源緊缺的局面,研究開發提高粉煤灰漂珠產量,利用粉煤灰生產高品質空心漂珠已成為緊迫的課題。
                5:國內外漂珠提取技術現狀
                  目前國內外提取漂珠技術基本都采用比重法,通過將粉煤灰進行分級,除鐵,除碳等處理,從粉煤灰中分離0.5-5µm的空心微珠。但由于粉煤灰中空心微珠含量一般只有1-2%左右,因此生產效率很低,而且產品質量難以控制,其中包括粒度、成分、空心微珠的內部結構等,產量也不高。國內火力發電廠粉煤灰中的漂珠基本上(99.99%)被排掉浪費,極少量收集利用,漂珠的獲取是靠人工撈取水面漂浮物,收集效率低,收集成本高,隨著大型火電機組干式除灰的應用,濕式除灰的淘汰,大量的漂珠更加無法收集。
                6:我公司漂珠提取新技術
                我國每年有大量的粉煤灰需要處理,目前粉煤灰的利用水平很低,一般用于制造水泥和建筑用磚。本技術采用國際先進的技術(利用飛灰重燃裝置),通過特殊設計的噴嘴,用重熔的電廠粉煤灰生產空心微珠,通過向微球中引入氣體的方法和裝置,從而高效低成本地實現以電廠粉煤灰為原料生產空心微珠的過程。使粉煤灰中微珠的含量有原來的1-2%提高到了80%以上,同時實現微珠的純化過程,去除雜質,減少未燃碳含量。用粉煤灰重熔生產空心微珠技術,將粉煤灰轉化成高附加值產品,具有新穎性和創造性。飛灰重燃裝置和工藝相當簡單,生產效率高,具有實用性。由于空心微珠的用途很廣,本技術一旦產業化,將具有巨大的市場應用前景和產業化前景,并將產生顯著的經濟效益和社會效益。在粉煤灰綜合利用方面填補了國內外空白。該系統技術先進,干灰重熔生產漂珠在國內外尚屬首創,尤其與粉煤灰分選系統結合為一體,形成對粉煤灰重熔,先提取漂珠,后分選細灰的先進工藝,將原灰中80%的漂珠進行重熔提取,再將剩余的粉煤灰進行分選利用,有效的解決了提取漂珠與分選細灰顧此失彼的矛盾,產品環保,漂珠(空心玻璃球)產品符合國家標準的I.,II,是廢棄粉煤灰再循環利用的產物,符合國家環保政策。裝置簡圖如下圖所示:

                 

                 

                七、技術原理
                用粉煤灰重熔生產漂珠,是粉煤灰在湍流空氣作用下調整自旋,形成的硅鋁球體,燃燒和裂解反應產生N2、H2和CO2氣體,在熔融的高溫鋁球內迅速膨脹,在表面張力的作用下,形成中空玻璃泡,然后迅速冷卻硬化后成為高真空的玻璃態空心微珠。
                八、本技術的特點如下
                (1)本技術在工藝和設備的設計上采用了獨特的思路,工藝和裝備簡單,生產成本低,生產效率高。
                (2)生產的空心微珠含碳量很低,雜質含量低,顆粒的粒度均勻,經過分級后,直接產出高品質的空心微珠產品。
                (3)利用粉煤灰重熔過程生產空心微珠,空心微珠產率高,粉煤灰轉化成空心微珠的轉化率可達到80%以上。
                (4)投資小,見效快,投資回收期短,產業化效益高。當年可收回投資,安置就業人員8-12人。
                九、漂珠應用范圍
                玻璃空心微珠(漂珠),廣泛應用于
                涂料工業:油漆、油墨、粘合劑、隱身涂料、絕緣漆、防腐漆、地平漆、耐高溫防火漆、內外墻涂料、保溫涂料、地板漆、汽車膩子、原子灰等。
                石油工業:油田固井、管道防腐保溫、海底油田、漂浮裝置、油井鉆探、泥漿減輕劑、石油天然氣輸送管道等方面。
                塑料工業聚丙烯(pp)、尼龍(PA)、聚對苯二甲酸(PBT)、聚甲醛(POM)、ABS、PVC等動能母粒制成品、如汽車裝飾、儀表板、家電外殼,風扇、音箱、燈具總成、鑄件、齒輪、結構件、拉鏈、管材、板材等。
                航天和空間開發、軍事工業:宇宙飛行器、飛船表面復合材料、乳化炸藥、衛星防火層、海洋設備、船舶、深海潛艇等。
                陶瓷工業:陶瓷、絕緣瓷、耐火陶瓷、人造大理石、潔具等。
                橡膠工業:橡膠、輪胎、阻燃耐磨橡膠。
                體育沖浪板、漂流設備、高爾夫用品、保齡球。
                軍事工業:隱形飛機、屏蔽層、隔絕爆破音箱。
                航天工業:螺旋槳推進葉片、太空服、太空倉體填充。
                航海工業:船體、浮體材料。
                汽車工業:汽車引擎部件、汽車外殼、隔音材料、剎車片。
                十、漂珠的性能
                以漂珠為主體,以結合劑為膠凝材料制作的輕質保溫耐火磚,比普通耐火磚密度小,導熱系數低,保溫性能更好,可應用于各種工業爐窯的保溫層;在油氣田的勘探與開發過程中,使用漂珠作為減輕劑,可以配制出低密度油井水泥,能夠有效地解決固井工程中出現的各種問題;在有機或有機-無機復合材料制造領域,使用漂珠作為填充材料,既可減輕材料的體重、增加抗壓強度、改善電學與熱學特性,又可節省原料,降低生產成本;在材料中加入一定數量漂珠,還可以改善材料的剪切和抗彎強度,使其具有各向同性,應力分布均勻,具有更高的抗沖擊疲勞強度。
                十一、漂珠的特點
                1)有較強的耐火性能,一般在161℃。
                2)有較強的隔熱特性。
                3)有較強的耐壓性能,一般為60-80KG/cm。
                4)有較強的耐磨性能。
                十二、漂珠的應用

                 

                空心微珠材料已經廣泛被用于涂料、涂膜、管件、板材等領域中,取得了很好的效果

                 

                空心微珠/聚丙烯復合材料的力學性能試驗結果及其在聚丙烯基體中的分布

                空心微珠加入到UPVC管的試驗結果表明,空心微珠可以明顯改善PVC硬管的加工流動性能,顯著縮短塑化時間,降低大扭矩。其流變曲線見下圖

                 

                1)漂珠、微珠、高精微珠
                漂珠、微珠、高精微珠廣泛應用于輕質、中質保溫材料產品,鑄造行業的帽口產品;固井水泥減輕劑是專為油田固井而開發的一種產新產品,具有比重輕、抗壓強度高等特點。尤其是微珠、高精微珠可以替代漂珠,制作輕質耐火定型產品和不定型產品、保溫帽口等,并且具有不可比擬的價格優勢。 
                2)冒口,又稱保溫冒口
                冒口,又稱保溫冒口是冶金工業澆鑄工件時液體金屬的補縮和保溫用品;保溫冒口在耐高溫、隔熱方面性能優異,節能顯著,可以提高鑄件質量,減少廢次品! 
                3)固井水泥減輕劑
                固井水泥減輕劑是配制油田固井用低密度水泥的原料,增減固井水泥減輕劑的用量,可以調整固井水泥的密度,用以封固不同地質條件下的油井。它具有漂珠的優異性能,價格只有漂珠價格的幾分之一! 
                4)輕質耐火材料產品
                輕質耐火材料產品分為定型和不定型產品,已被大量用于冶金、化工、水泥窯爐、玻璃窯爐、工業鍋爐,電力行業;輕質耐火、保溫性能良好,節能效果顯著。
                漂珠、微珠、高精微珠、固井水泥減輕劑具有不可替代的優異品質,容重輕,耐火度高,導熱系數低。
                5)保溫冒口套
                保溫冒口套是冶金工業澆鑄鑄件時用的保溫制品,這種制品,過去沿用的有膨脹珍珠巖、陶粒等輕質保溫隔熱材料為集料的水泥制品,國外也有應用纖維復合型的制品。近期發現漂珠具有優越的耐高溫、隔熱和保溫等性能,因此,就選用漂珠來生產保溫冒。
                6)漂珠保溫冒
                漂珠保溫冒是以純凈漂珠為集料,以水玻璃為膠凝材料,經攪拌、成型、干燥等工序制成的一種保溫制品,目前,國內已有多家工廠利用漂珠生產保溫 冒,系列產品多達80余種。據統計,1t漂珠保溫帽制品,可供50t鑄鋼件應用,僅節電一項即高達2400~2800KM.h,如何綜合經濟評價,則效益更為顯著。
                7)輕型漂珠保溫磚
                輕型漂珠保溫磚。煤粉在爐膛中呈懸浮燃燒狀態,顆粒中的可燃物絕大部分在爐內燃盡,可燃燒產生的高溫,使煤粉顆粒變成為熔融狀態,在強大的擾動下,近乎超流體狀況。超流態物質的初始溫度和冷卻速度是形成漂珠的關健因素。粒徑較大的物質熔融體,在波動熱氣流的沖擊下,被吹成氣泡。煙氣作為氣泡的載體介質,當煙氣溫度到一定值時,氣泡就冷卻、收縮,形成漂珠。漂珠屬玻璃物質,常溫情況下,其對溫度的反射系數達 20% 左右,隨著溫度增加,反射系數增大。封閉在珠內的氣體,在漂珠形成過程中遇冷收縮,珠內部產生一定的真空度。因此,漂珠具有優良的保溫性能,常溫下導熱系數為0.025~0.033W/(m •k)。
                8)漂珠輕質水泥漿
                漂珠輕質水泥漿。漂珠是薄壁的空心玻璃微珠,是粉煤灰珠狀顆粒中的一種.直徑約30µm~100µm.壁厚只有顆粒直徑的5%~8%,一般約0.2µm~2µm,能浮在水上,顆粒密度為 0.4g/cm3~0.8g/cm3,松散密度為250kg/cm3~350kg/cm3,化學成分中SiO2的含量較高(55%~61%),其量為排灰量的0.5%~1.5% 。由于漂珠具有質輕、絕熱、耐酸堿、無毒、不燃燒、無臭味等特點,與其它輕質材料相比,還具有抗壓強度高的特點(常溫耐壓強度為 6.0MPa~8.0MPa ),如與水泥混合可制得輕質水泥漿,大大降低水泥漿本身的密度,從而降低其構筑物或制品的自重,可廣泛應用于建筑、石油化工、冶金等部門,尤其適用于保溫結構工程。
                9)漂珠耐火磚煙囪內襯
                漂珠耐火磚煙囪襯。漂珠耐火磚是煙囪建筑中前景廣闊的內襯材料,是變廢為寶、變害為利的產品,不僅技術性能可靠,環境效益好,而且便于運輸和砌筑,可以改善施工勞動條件,延長煙囪壽命,節省材料,經濟效益十分可觀。近幾年來該產品在陽泉二電廠、太原第一和第二熱電廠、柳林電廠等工程項目的煙囪內襯上被采用,效果良好。漂珠耐火磚的原材料60%以上是粉煤灰,是變廢為寶,三廢綜合利用的環保項目。在以上幾個煙囪中共使用粉煤灰5914t ,等于少占用約1hm2 地,相應地保護了國土資源。漂珠耐火磚的生產解決了30~40人的就業問題,對電廠的減人增效做了一定貢獻。以上幾個項目共用漂珠耐火磚480萬塊,其產值為864萬元。由于漂珠耐火磚的推廣應用起步時間不長,還未大批量投入生產,因此效益未完全顯現出來。但它是一種應用前景廣泛的產品,方興未艾。拓寬市場,打開銷路,生產多種規格的(包括異型) 磚,進一步提高產品的質量,降低生產成本是今后的努力方向。
                10)漂珠輕質磚隔熱保溫材料
                漂珠輕質磚的隔熱保溫材料。燃煤電廠排出的粉煤灰中的空心微珠(特別是漂珠), 由于質輕、粒細、成分和性質特殊,被稱為一種多功能材料當前應用多的是制作高強輕質保溫材料。利用漂珠為主要原料,較好地解決了輕質保溫磚的傳統工藝中長期存在的材料的導熱系數、體積密度與提高力學強度之間的矛盾,其質量和使用效果優于粘土輕質磚等。它的導熱系數小,耐壓強度高,同時,隨著溫度的升高,其導熱系數遞增率比耐火纖維和傳統輕質保溫材料都小,具有顯著節能效果,是一種節能利廢的好途徑。

                十三、漂珠的產業化開發及漂珠出口外銷
                漂珠的產業化開發及漂珠出口外銷。漂珠是一種新型輕質非金屬粉體材料,來源于粉煤灰。電廠粉煤灰是煤粉燃燒后,由煙氣自鍋爐中帶出的粉狀殘留物,可用于生產建材產品,對節省自然資源、節約能源、節省土地、減少廢物對環境的危害,以及推動新型建筑材料的發展等諸方面均有顯著的效益和重要的意義。利用當地發電廠的粉煤灰,開發經營漂珠系列產品,并大量出口銷售。粉煤灰漂珠,一般占粉煤灰總量的1%左右,具有相對密度小于1、徑小、質輕、中空、隔熱、絕緣、隔音、耐火、耐壓、硬度高、無團聚及分散性好等特性。漂珠復合材料在全球已獲得廣泛應用,它將成為二十一世紀新型復合材料的主流,它的出現是全球材料史上的一次重大革命,使材料由粉體世界向球體世界過渡。漂珠產品開發經營符合國家產品政策,漂珠在美國及歐洲市場出口量很大,國外漂珠年需求量在數億噸以上,數億美元的銷售額。
                十四、消防領域應用前景探討
                消防領域應用前景探討。在消防領域,漂珠目前已應用于防火工程中各種無機防火板材和防火隔熱涂料的制造。使用漂珠作為填充材料制作的防火板材,具有自重輕、強度高、韌性好、防火、隔熱、易成型、施工方便等特點,例如用漂珠研制的絕熱板在1200ºC 恒溫下1h無收縮;應用漂珠配制成的防火涂料,具有密度較小、隔熱性能優越、附著力強、干燥固化快、無毒、無污染等特性,該種涂料由四川消防科學研究所研制,已在各地鋼結構工程中廣泛應用,防火效果顯著。值得引起我們重視的是,漂珠作為一種新型的功能材料,不僅可使用于防火材料制造等領域,而且其顯現出的眾多優良的物化特性也為它在滅火領域中的應用提供了可能。漂珠具有不燃性、流動性、分散性、超細粒性、隔熱性、絕緣性、無毒性、耐酸堿性等許多優良特性,這些特性在某些方面符合了無機滅火劑所需的技術要求,使其能夠在一定程度上具備了一些類似于干粉滅火劑的性能指標。利用上述這些特性,可以在撲救某些液體類火災的過程中,使用漂珠在燃燒的液體表面上形成一層漂浮的保護層,通過這層保護層來降低燃燒液體表面的蒸發速度,減小液體蒸發總量,并逐步隔絕液體與空氣的接觸,這樣就可以減少燃燒液面面積,抑制火勢的進一步發展,為泡沫等滅火劑實施滅火創造出有利的時機和條件,達到提高滅火效率和抗復燃的目的。
                 
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