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，占據了絕大部分輕質磚市場，目前生產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，給生產漂珠磚廠家造成很大經濟壓力。我們在成功研究漂珠磚的基礎上，直接利用電廠優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，且收縮大，易產生裂紋。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。
生產工藝
配料與成型根據產品牌號進行配料，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%，混合后泥料經困料或不經困料均可成型。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℃。此階段粉煤灰產生液相，同時結合劑中的無定型SiO2也出現液相，磚坯收縮，產生結合強度。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，無裂紋和崩失現象，斷面組織均勻，其性能指標如表3，導熱系數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
成型時的分層現象
粉煤灰輕質隔熱耐火磚采用手工成型，往往會產生分層現象，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
熱震穩定性
粉煤灰輕質磚比漂珠磚的抗熱震穩定性好得多，漂珠磚在800℃空冷10分鐘的次數為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，其抗熱震穩定性方面遠優于漂珠磚，不僅可用在冶金、化工、機械、水泥等工業窯爐的保溫層，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，產品市場廣闊，經濟效益明顯。
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
利用優質粉煤灰制輕質耐火磚，原料來源廣，生產工藝簡單，粉煤灰利用率高，產鋁強度和導熱系數超過輕質粘土磚的國家標準，抗熱震穩定性遠優于漂珠磚，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結合強度的復合膠結劑與合適的成型燒成工藝是生產粉煤灰輕質磚的關鍵。