陶粒膨脹原理是什么

    陶粒是一種質(zhì)輕且有一定強度的集料，主要是采用高溫?zé)傻摹８邷貢r由于粘土礦物熔化形成具有塑性又有一定粘性的玻璃化礦物，同時陶粒中一些組分會產(chǎn)生一定的氣體，這部分氣體如能包含在陶粒之中，就能產(chǎn)生比較大膨脹，溫度降低后陶粒外部形成一層薄的致密的釉化硬殼，因此陶粒是一種質(zhì)輕又具有較高強度的球形顆粒，本文將對陶粒的膨脹原理做一個理論性梳理。

1.膨脹條件

    國內(nèi)外學(xué)者至今對陶粒膨脹原理尚無統(tǒng)一認識，但對膨脹條件取得了共識：(1)料球(或料塊)在膨脹溫度下形成具有合適軟化粘度和表面張力的半熔性軟化體；(2)與此同時，料球內(nèi)產(chǎn)生足夠數(shù)量的氣體。這兩個條件只有同時出現(xiàn)，才能獲得料球內(nèi)具封閉型多孔、表層為玻陶體的膨脹良好的人造輕骨料一陶粒。

2.軟化黏度和表面張力

    達到膨脹溫度時，若料球(或料塊)內(nèi)的軟化黏度和表面張力合適，在氣體作用下可獲得良好的膨脹；若料球內(nèi)的軟化粘度和表面張力太小，易使膨脹的氣孔破裂；若料球內(nèi)的軟化黏度和表面張力太大，則料球內(nèi)難以形成膨脹，或產(chǎn)生的氣體沿裂縫逸出，將料球炸裂。

    料球外表層的軟化黏度和表面張力應(yīng)比內(nèi)部高一些，這樣一方面可防止內(nèi)部產(chǎn)生的氣體外逸，也可減少料球之間和料球與窯襯之間粘結(jié)而產(chǎn)生結(jié)塊、結(jié)圈現(xiàn)象。

    研究證明，正常生產(chǎn)并膨脹較好的陶粒，內(nèi)部是FeO，外表層是Fe2O3。Fe0是一種較強的熔劑，黏度比較低； Fe2O3的熔性相對較低，黏度較高，這符合料球外表層的軟化黏度和表面張力適當(dāng)高于內(nèi)部的要求。因此，實際生產(chǎn)中要求料球內(nèi)部應(yīng)含有足夠數(shù)量的有機質(zhì)，焙燒時使料球內(nèi)部保持還原氣氛，使氧化鐵還原成 FeO ；回轉(zhuǎn)窯內(nèi)保持適當(dāng)?shù)目諝膺^剩系數(shù)，使料球外表層的氧化鐵在氧化氣氛中形成FeO。

3.氣體反應(yīng)

    料球內(nèi)產(chǎn)生的氣體及原因，國內(nèi)外學(xué)者意見不一，但多數(shù)學(xué)者的研究證明，產(chǎn)生的氣體主要是CO和CO2，還有少量的 SO2和O2。CO和CO2是由FeO、Fe2O3被C、CO還原而生成，反應(yīng)式為:

2Fe2O3+ C→4Fe0+ CO2↑

Fe3O4+ C→3FeO+CO↑

3Fe2O3+C0→2 Fe3O4+ CO2↑

    上述反應(yīng)都在1100℃以下進行，低于一般黏土質(zhì)原料軟化溫度(1100℃-1160℃)。如果料球升溫很快，達到軟化溫度時上述反應(yīng)還未結(jié)束，所產(chǎn)生的氣體就能使料球產(chǎn)生膨脹。

     SO2是黏土質(zhì)原料中的黃鐵礦、石膏等分解而生成。另外，燃料和原料中的有機質(zhì)也含有少量硫(S)，在一定條件下也可生成S02。

    02主要是由氧化鐵的高溫分解而形成:6Fe203?4Fe3O4+O2↑.這是一個可逆反應(yīng)，在＞1100℃時很活躍。但是，在達到膨脹溫度而氧化鐵還原反應(yīng)還未終止時這一反應(yīng)很微弱。

    研究和生產(chǎn)實踐證明，膨脹性能良好的黏土質(zhì)材料，緩慢地加熱到膨脹溫度時幾乎不膨脹，若快速升溫則可獲得良好膨脹。因此.焙燒陶粒的基本原則是:料球在干燥預(yù)熱窯(或段)內(nèi)適度慢速升溫，以防止料球開裂；焙燒窯(或段)內(nèi)須快速升溫，才能達到理想的膨脹效果。