馬 壯,陶 瑩,董世知,李智超

(遼寧工程技術大學 材料科學與工程學院，遼寧 阜新 123000)

煤炭固體廢棄物在金屬材料熱加工領域的應用

馬 壯,陶 瑩,董世知,李智超

(遼寧工程技術大學 材料科學與工程學院，遼寧 阜新 123000)

綜述了煤炭固體廢棄物的特點及應用現(xiàn)狀，著重介紹了粉煤灰及煤矸石等煤炭固體廢棄物在金屬材料熱加工領域的應用，包括制備復合材料、鑄造涂料、復合陶瓷涂層及滲硼保護層等，全面闡述了其制備工藝及性能特點，并指出了煤炭固體廢棄物在金屬材料熱加工領域具有廣闊的應用前景。但由于各地粉煤灰、煤矸石的化學成分差異較大，如何依據(jù)化學成分差別將其有針對性地應用在金屬材料的不同加工技術中，如何進行配方設計及工藝調(diào)整等是一項值得深入探討的問題。

煤炭固體廢棄物；熱加工；復合材料；鑄造涂料；陶瓷涂層

我國煤炭資源豐富，煤炭開采歷史悠久。煤炭在長期的開采、加工和使用過程中產(chǎn)生了大量固體廢棄物，這些閑置的資源不僅侵占土地、污染環(huán)境，而且還會嚴重破壞生態(tài)平衡。處理煤炭固體廢棄物的主要途徑就是對其進行資源化利用，這樣不僅可以緩解經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的矛盾，而且節(jié)約資源，減少環(huán)境污染，對于實現(xiàn)我國煤炭資源的綠色開采、資源循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。

1 煤炭固體廢棄物特點及應用現(xiàn)狀

煤炭固體廢棄物是指煤炭在生產(chǎn)、加工和利用過程中產(chǎn)生的不再需要或暫時沒有利用價值而被遺棄的固態(tài)或半固態(tài)物質(zhì)，主要特點為：① 產(chǎn)量大。煤炭固體廢棄物主要包括粉煤灰和煤矸石，是目前我國排放量最大的工業(yè)固體廢物。2010年我國粉煤灰和煤矸石排放量約為10.7億t，預計到2015年排放量將繼續(xù)增加，有望達到13億t[1]；② 品質(zhì)差異大。我國煤炭資源的地理分布廣泛，各地區(qū)煤炭品種及質(zhì)量差別較大，產(chǎn)生的固體廢棄物在成分、結(jié)構(gòu)及性能等方面存在有很大差別；③ 成分特點。煤炭固體廢棄物的成分主要以氧化物為主，其中SiO2和Al2O3的含量總和可達70%以上，具體含量隨煤炭產(chǎn)地、電廠設備、燃燒方式及燃燒程度的不同而不同，我國粉煤灰及煤矸石的化學成分含量范圍見表1；④ 污染嚴重。煤炭固體廢棄物對環(huán)境污染的種類繁多，侵占大量土地，導致土壤結(jié)構(gòu)改變，造成嚴重的水體和空氣污染，且污染范圍廣、持續(xù)時間長[2]。

自20世紀80年代以來，我國開始注重提高煤炭固體廢棄物的使用價值，對其資源化利用開展了大量的研究。煤炭固體廢棄物的傳統(tǒng)應用主要集中在建筑行業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境處理方面。煤炭固體廢棄物可以用來生產(chǎn)磚、水泥等建筑材料，制備特種混凝土、防滲材料，以及用于采煤塌陷地區(qū)、路基等部位的填充材料等[3-4]。煤炭固體廢棄物可以改良土壤、生產(chǎn)肥料，為植物生長提供大量的營養(yǎng)元素和微量元素[5]。此外，粉煤灰由于具有吸附、凝聚及沉淀作用，可以制成混凝劑處理工業(yè)廢水[6]。

表1我國粉煤灰和煤矸石化學成分含量范圍
Table1RangeofchemicalcompositionofflyashandcoalgangueinChina%

粉煤灰SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2O損失34 30～65 7614 59～40 121 50～6 220 44～16 800 20～3 720～6 000 10～4 230 02～2 140 63～29 97煤矸石SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2P2O5K2O+Na2OV2O552 00～65 0016 00～36 002 28～14 630 42～2 320 44～2 410 90～4 000 007～0 2401 45～3 900 008～0 030

近年來，煤炭固體廢棄物的高附加值應用已開始研究，特別是在材料的制備及提取等方面取得了很多創(chuàng)新性成果，并且部分成果已在工業(yè)生產(chǎn)中得到應用和推廣。硅鋁合金質(zhì)輕而堅韌，高溫強度好，具有良好的耐磨、耐蝕性[7]。傳統(tǒng)的硅鋁合金采用單質(zhì)硅和單質(zhì)鋁熔煉摻兌法或高品位的鋁土礦提煉法制備[8]。俄羅斯冶煉專家在熔煉試驗中發(fā)現(xiàn)，粉煤灰可以制備含有77%鋁和23%硅的硅鋁合金。我國山西泰爾新型材料有限公司以高鋁粉煤灰和煤矸石為主要原料，采用電熱還原法進行硅鋁合金制備的工業(yè)化試驗，成果顯著，硅和鋁的回收率高達70%以上，整體技術達到國際先進水平。

由于受鋁土礦資源短缺的限制，利用粉煤灰提取氧化鋁具有十分重要的意義。目前國內(nèi)外以粉煤灰為原料提取氧化鋁的工藝包括酸法、堿法和酸堿聯(lián)合法。唐云等[9]利用燒堿與生石灰為燒結(jié)劑從粉煤灰中提取氧化鋁，提取率高達76.2%，并且燒結(jié)溫度由石灰石燒結(jié)法的1320～1400℃和堿石灰燒結(jié)法的1220℃降低為700℃，大大降低了燒結(jié)過程的能耗。Ji等[10]采用煅燒-瀝濾工藝從粉煤灰中提取氧化鋁，提取率高達98%，并采用乙二胺四乙酸為絡合劑除去鋁鹽中的雜質(zhì)鐵(Fe3+)等，同時用蒸餾水洗滌以除去可溶性雜質(zhì)，最終使氧化鋁粉體的純度達到99.6%。

白炭黑是白色粉末狀X射線無定形硅酸和硅酸鹽產(chǎn)品的總稱，具有耐高溫、多孔性及表面活性好等特性，是橡膠、塑料等材料不可缺少的補強劑。李秀悌等[11]以粉煤灰為原料制取了高比表面積的白炭黑，并利用γ-MPS硅烷偶聯(lián)劑和硬脂酸分別對其進行表面改性。光譜分析顯示，γ-MPS改性后表面顆粒比較密集，改性效果較好。荊富等[12]采用堿液常壓浸出粉煤灰制備白炭黑，采用堿石灰燒結(jié)法提取氧化鋁，可以生產(chǎn)二氧化硅含量大于99%的優(yōu)質(zhì)白炭黑，并提取回收率大于86%的氧化鋁。綜合利用粉煤灰生產(chǎn)白炭黑和氧化鋁，對于節(jié)約資源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

除Al，Si，F(xiàn)e，Ca等常量元素外，粉煤灰中還含有Pb，V，Cr，Ni，Mn，Ge，Mo，U，Ga，Sr等微量元素[13]，國內(nèi)外已經(jīng)實現(xiàn)了V，Zn，Ge，Cd，Ga等元素的提取。Diaz等[14]以活性炭和氯化鈉為萃取劑，從熔融粉煤灰中提取Pb，Zn，Cu和Cd，回收率分別為40%，57%，90%和54%。Fout等[15]利用煤氣化集成系統(tǒng)提取粉煤灰中的Ga和V，并進一步凈化電解，使Ga和V的回收率達到98%和64%。李金海等[16]采用單寧絡合沉降法提取粉煤灰中的鎵，不僅工藝簡單、成本低廉，而且鎵的提取率高達85%。目前，其他元素的提取工藝尚處于研究階段，無法應用于工業(yè)生產(chǎn)，值得繼續(xù)深入研究。

金屬材料是人類應用最廣泛的工程材料，是人類社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。目前，將粉煤灰和煤矸石等固體廢棄物應用在金屬材料熱加工領域已取得一定進展。因此，本文對煤炭固體廢棄物在金屬材料熱加工領域(鑄造、焊接、鍛造、熱處理等)的應用和研究進行綜述。

2 復合材料

作為鑄造合金的填充物，粉煤灰顆粒在金屬基體中的擴散可使復合材料潤濕性、強度、耐高溫及耐磨損性提高，同時使密度、摩擦系數(shù)和熱膨脹率降低。目前，粉煤灰復合材料已應用于航空航天、電子電力、汽車工業(yè)、建筑材料等領域。

2.1 粉煤灰鋁基復合材料

2.1.1攪拌鑄造法

攪拌鑄造法是制備顆粒增強鋁基復合材料的一種常見方法，其實質(zhì)是通過機械攪拌或電磁攪拌方法，使增強相充分彌散到熔融狀態(tài)的金屬合金中，最終澆注或擠壓成形。該種方法由于工藝簡單、對設備要求低、顆粒種類及尺寸適應范圍廣、適用于批量生產(chǎn)等優(yōu)勢而受到廣泛關注。Rohatgi等[17]最早利用攪拌鑄造法制備了粉煤灰顆粒增強A356鋁基復合材料，發(fā)現(xiàn)粉煤灰顆粒的加入不僅降低了復合材料密度，而且可以提高其硬度和耐磨性。吳林麗等[18]采用攪拌鑄造法制備了粉煤灰增強鋁基復合材料，其耐磨性較基體提高20倍以上。粉煤灰顆粒產(chǎn)生的團聚和氣孔會導致抗拉強度降低，為了解決這一問題，龍文元等[19]采用半固態(tài)攪拌鑄造法制備了空心微珠增強鋁基復合材料，空心微珠在復合材料基體內(nèi)分布比較均勻，沒有明顯的團聚現(xiàn)象，復合材料致密性好，抗拉強度提高。蔣愛蓉等[20]研究了粉煤灰微珠含量和工藝參數(shù)對鋁基復合材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)當熔體溫度為700℃、粉煤灰微珠含量為13%、攪拌速度為1200r/min時，復合材料密度僅為2.2g/cm3，抗拉強度卻高達89MPa。

2.1.2擠壓鑄造法

擠壓鑄造法是將顆粒與黏結(jié)劑壓制成具有一定孔隙率的預制坯并置于金屬模型內(nèi)，在重力下澆入液態(tài)金屬或合金，并加壓使其滲入預制坯的復合材料制備方法。該種方法液態(tài)金屬利用率高、工序簡化、質(zhì)量可靠穩(wěn)定，已經(jīng)成為最具應用前景的液態(tài)鑄造成形技術。Rohatgi等[21]采用擠壓滲流的方法制備出粉煤灰增強顆粒體積分數(shù)高達40%的鋁基復合材料。李月英等[22-23]采用擠壓鑄造法制備了摩擦磨損性能優(yōu)異的粉煤灰飛灰顆粒增強ZL109復合材料。高壓浸滲不僅克服了增強體與基體不潤滑的缺點，而且保證了基體與增強體的連接，消除了氣孔、縮孔等鑄造缺陷，使鑲嵌在基體中的飛灰顆粒在摩擦磨損過程中起到承受載荷、避免對磨材料與鋁基體直接接觸、阻礙基體塑性變形等作用，從而提高復合材料的耐磨性。鄒林池等[24]以粉煤灰空心漂珠為增強體，在6061鋁合金基體上制備了封閉孔泡沫復合材料。在擠壓過程中，空心微珠破碎，球內(nèi)空間被填充、壓實，復合材料具有更好的強度及吸能能力。

2.1.3粉末冶金法

粉末冶金法是將增強顆粒與基體粉末均勻混合，經(jīng)壓制、燒結(jié)及后續(xù)處理等工序制取復合材料的方法，該方法可以制備出增強顆粒相體積分數(shù)非常高的金屬基復合材料，并且不受基體合金種類與增強體類型的限制。張雄飛等[25]以粉煤灰飛灰顆粒為增強相，制備了飛灰/鋁基復合材料，在液態(tài)燒結(jié)粉末冶金過程中，原位反應生成的Al2O3增強體均勻分散在基體合金中，有效解決了粉煤灰飛灰顆粒分布及其與基體合金的潤濕性問題。王慶平等[26-27]在研究中發(fā)現(xiàn)粉煤灰/鋁基復合材料中存在顆粒團聚和氣孔現(xiàn)象。氣孔的存在是粉末冶金法制備復合材料的典型特征，燒結(jié)過程中產(chǎn)生的氣孔會導致復合材料體積膨脹、密度降低。粉煤灰顆粒的質(zhì)量分數(shù)超過10%時，由于孔隙不斷增多，復合材料硬度開始下降。曹銀南等[28]采用酸溶法對粉煤灰進行表面處理，制備出改性粉煤灰/鋁-鎂合金復合材料，并研究了成型溫度對復合材料性能的影響。結(jié)果表明，當成型溫度為650℃時，粉煤灰在基體中分散最為均勻，復合材料的硬度最高。

2.1.4懸浮鑄造法

懸浮鑄造法就是在澆注過程中使增強相均勻地分布在液態(tài)金屬中，起到顯微激冷作用，加速液體金屬的冷卻，從而顯著地改善鑄件性能。羅洪峰等[29]在制備粉煤灰漂珠增強鋁基復合材料時發(fā)現(xiàn)，當加熱溫度為800℃，懸浮劑加入量為3%時，硬度與耐磨性相對基體分別提高13.1%和20.1%，而強度和伸長率則分別降低23.8%和43.54%。這是由于懸浮劑的加入導致鋁液冷卻速度加快，粉煤灰漂珠與基體潤濕性差，界面結(jié)合能力降低，在外力作用下容易產(chǎn)生機械剝落。因此，在保證硬度和耐磨性的前提下，提高復合材料的強度和伸長率是懸浮鑄造要解決的主要問題。

2.2 粉煤灰鎂基復合材料

鎂合金性質(zhì)活潑，在制備過程中容易發(fā)生氧化或燃燒現(xiàn)象，導致鎂合金增強相的選擇受到很大限制。B4C是目前最適合制備鎂基復合材料的增強體，但其多為人工合成，價格昂貴。因此，采用廉價的增強體是降低鎂基復合材料成本的有效途徑之一。蔣志旭[30]采用攪拌鑄造法，在鎂合金中添加粉煤灰漂珠，通過原位反應生成Mg2Si強化AZ91D復合材料。增強相Mg2Si作為硬質(zhì)點均勻分布在復合材料中，可以有效地限制復合材料的塑性變形，使復合材料的硬度及耐磨性隨漂珠含量的增加而增加。為了進一步提高鎂基復合材料的性能，通過固溶處理使脆硬的金屬間化合物Mg17Al2向鎂基體中固溶，從而提高復合材料的塑性和壓縮強度。黃志求[31]在此基礎上研究了粉煤灰漂珠/AZ91D復合材料的摩擦磨損性能及高溫拉伸強度。結(jié)果表明，摩擦磨損表面存在大量的平行溝槽，表現(xiàn)為犁溝特征，在低載荷時磨損方式以磨粒磨損為主，高載荷時轉(zhuǎn)變?yōu)轲ぶ⒀趸p機制。鑄態(tài)Mg2Si/AZ91D復合材料在200℃下的抗拉強度較基體提高了24%，其拉伸斷口表現(xiàn)出解理特征，屬于脆性斷裂。

3 鑄造涂料

鑄造涂料是指覆蓋在型腔和型芯表面，用來改善鑄型表面耐火性、化學穩(wěn)定性、抗金屬液沖刷性、抗黏砂性和黏型性的鑄造輔助材料，具體鑄造工藝如圖1所示。隨著鑄造技術向近凈型和綠色集約化方向發(fā)展，粉煤灰鑄造涂料在提高鑄件品質(zhì)、節(jié)約資源、保護環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用。

圖1 粉煤灰鑄造涂料制備工藝Fig.1 Preparing process of fly ash casting coatings

3.1 普通砂型鑄造

由于傳統(tǒng)的鑄造涂料鋯英粉等資源緊缺，價格飛漲，開采過程中對環(huán)境造成嚴重污染，因此采用成本低廉、來源廣泛的粉煤灰作為普通砂型鑄造涂料具有一定的理論及現(xiàn)實意義。華建社等[32]通過對化學成分、理化性質(zhì)及礦物組成方面進行分析，認為粉煤灰制備鑄造涂料是可行的，并以粉煤灰和高鋁礬土為粉料配制出性能優(yōu)異的鑄鐵涂料。袁啟奇[33]調(diào)整了粉煤灰與高鋁礬土的配比，指出在保證懸浮性、條件黏度、曝熱抗裂性、抗黏砂性等性能良好的前提下，粉料中加入50%的粉煤灰為宜。為了進一步優(yōu)化粉煤灰鑄鐵涂料配方，還研究了膨潤土、羧甲基纖維素等單因素對粉煤灰鑄鐵涂料性能的影響。結(jié)果表明[34-35]：膨潤土在改善涂料懸浮性和黏度方面作用顯著，但加入量過多會導致涂層的高溫抗裂性降低，因此其加入量控制在1%～3%為宜；羧甲基纖維素的加入可以提高涂料的懸浮性、黏度及高溫抗裂性，當加入量為0.4%～0.5%時，即可滿足涂料各項性能的要求。與其他涂料相比，粉煤灰涂料懸浮性好，不易發(fā)生沉淀、板結(jié)現(xiàn)象；涂料固化后無吸潮、變形及強度降低現(xiàn)象；涂料發(fā)氣量低、速度慢，可減少鑄件中氣孔的產(chǎn)生；涂料抗黏砂性強，澆注后涂層易剝離，清砂工效高，鑄件表面光滑。

3.2 消失模鑄造

消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的發(fā)泡塑料模型黏結(jié)組合，刷涂耐火涂料后烘干，埋在石英砂中振動造型，并在負壓下澆注成形的鑄造方法[36]。該方法具有鑄件尺寸精度高、表面光潔度好、生產(chǎn)率高和加工余量小等優(yōu)點。在消失模鑄鋁成型中，消失模涂料的優(yōu)異性能是獲得良好鑄件的基本保證。樊建利[37]以粉煤灰、高鋁礬土和滑石粉為耐火粉料，并添加黏結(jié)劑、復合懸浮劑及羧甲基纖維素等制備消失模鑄鋁涂料。通過正交設計確定粉煤灰(150目)∶粉煤灰(270目)∶高鋁礬土∶滑石粉為3∶3∶2.5∶1.5時，可制備出性能良好的涂料。單因素實驗研究表明，復合懸浮劑和羧甲基纖維素可以提高涂料的懸浮性、透氣性和黏度，而黏結(jié)劑的加入增強了涂料的表面強度。

4 復合陶瓷涂層

陶瓷涂層是以物理或化學方法沉積在金屬基體表面的具有耐熱、耐磨、耐蝕以及光、電等特性的無機防護涂層。目前，制備陶瓷涂層的原料大多采用化學試劑，價格比較昂貴，而利用煤炭固體廢棄物代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學試劑制備陶瓷涂層開辟了陶瓷涂層制備原料的新來源。

4.1 等離子噴涂粉煤灰復合涂層

等離子噴涂技術可用于噴涂粉煤灰等高熔點材料，并獲得表面致密、結(jié)合強度較好的沉積陶瓷涂層[38]。Mishra等[39-40]最早以純粉煤灰為原料，在不銹鋼和鋁合金基體上制備了等離子噴涂陶瓷涂層，XRD分析可知涂層物相主要以Al2O3,SiO2及3Al2O3·2SiO2為主，添加少量Al粉后涂層結(jié)合強度提高。Ylmaz等[41]在研究中發(fā)現(xiàn)，隨著Al粉含量的增加，涂層熱膨脹系數(shù)增大，界面結(jié)合強度提高。這是由于低熔點的Al粉可以在噴涂過程中優(yōu)先熔化，填充氣孔，并減少開裂。Singh等[42]研究了碳鋼基體上等離子噴涂粉煤灰陶瓷涂層的磨損和抗高溫氧化行為。粉煤灰涂層在噴涂過程中形成Fe2O3，Al2O3，Al2SiO5，F(xiàn)e2SiO4和FeAl2O4等新相，涂層與基體之間發(fā)生互擴散，具有較好的結(jié)合強度和抗高溫氧化性能。由于Al2O3和SiO2含量較多，粉煤灰涂層的顯微硬度可達1100HV。但涂層的孔隙率在5%～7%，超出了正常熱噴涂涂層的孔隙率范圍，導致耐磨性下降。

4.2 熱化學反應型粉煤灰復合涂層

由于等離子噴涂對設備要求嚴格、成本高，為節(jié)約成本、簡化工序，馬壯等[43-44]以粉煤灰為主要原料，采用熱化學反應法在Q235鋼基體上分別制備了普通粉煤灰涂層、玻璃/陶瓷復合涂層和放熱體系涂層，具體配方及性能見表2。

表2粉煤灰涂層配方及性能
Table2Formulaandperformanceofflyashcoatings

4.3 熱化學反應型煤矸石復合涂層

煤矸石是我國目前堆積量最大的工業(yè)固體廢棄物，用其制備涂層可以合理利用資源、保護環(huán)境。趙斌等[46]采用煤矸石為主要原料，在工業(yè)純銅表面制備了熱化學反應型膏劑滲鋁陶瓷涂層。由于熱化學反應及鋁原子的擴散滲入均有利于提高界面結(jié)合強度，涂層熱震性能良好，結(jié)合強度可達8.5MPa。煤矸石復合涂層的磨粒磨損、黏著磨損(干磨)、黏著磨損(油磨)性能分別為純銅基體的4.05，3.67，10.43倍。此外，趙斌等[47]還在Q235鋼基體上制備了煤矸石復合涂層，熱化學反應過程中有Al6Si2O8，Al2SiO5，CaAl2Si2O8和Ca2SiO4等新相產(chǎn)生，在15% H2SO4，15% NaOH和3.5% NaCl腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性相對Q235鋼基體分別提高了9.79，2.38和2.86倍。

5 滲硼保護層

熱處理是改變金屬材料性能的重要工藝方法，其中化學熱處理可使零件表面獲得優(yōu)異的耐磨耐蝕性能。膏劑滲硼技術是通過黏結(jié)劑將供硼劑、活化劑及填充劑調(diào)成糊狀，涂覆在潔凈的金屬表面，密封、裝箱、加熱、保溫從而獲得滲硼層的化學熱處理方法。該技術工藝簡單、成本低廉，適用于各種形狀的工件。為了獲得資源節(jié)約、環(huán)境友好的新型高效自保護膏劑滲硼涂層，羅貝爾等[48]分別以粉煤灰和煤矸石為主要成分制備保護膏劑，對20號鋼試樣進行滲硼試驗。該滲硼保護層具有較高的強度，并能產(chǎn)生熔融、致密的玻璃相，阻隔外界空氣，起到了良好的保護作用。研究表明，粉煤灰和煤矸石的摻入量分別控制在20%和10%左右時，滲硼效果最好。這是因為粉煤灰或煤矸石加入量過多會導致保護層中碳顆粒氧化，釋放氣體增多，并形成一定數(shù)目的氣孔，破壞了保護層的氣密性，最終導致滲硼效果減弱。

6 展 望

高附加值利用是今后煤炭固體廢棄物資源化利用的重要方向。筆者所在課題組從事煤炭固體廢棄物的高附加值利用研究已4年多，主要探索了粉煤灰、煤矸石在金屬材料熱加工領域的應用，如表面涂層技術、金屬熱處理、焊接、鑄造等。金屬材料在熱加工過程中大量使用化學試劑及各種化學輔助材料，占據(jù)了材料加工中相當比例的成本。研究表明，將粉煤灰、煤矸石等固體廢棄物應用在材料熱加工領域，不僅能達到原有加工的內(nèi)在質(zhì)量水平，而且還大大降低了加工成本。通過多年研究，筆者認為粉煤灰、煤矸石等固體廢棄物在金屬材料加工領域大有應用前景，值得逐步擴展深入。目前，課題組在實驗室工作的基礎上，對相應配方、工藝參數(shù)進行了完善，使其適應生產(chǎn)需要，盡快在工業(yè)中推廣應用。同時，課題組也積極探討了煤炭固體廢棄物在該領域其他方面的應用。由于各地(礦)粉煤灰、煤矸石化學成分差異較大，如何依據(jù)化學成分差別，將其有針對性地應用在金屬材料的不同加工技術中，如何進行配方設計及工藝調(diào)整是一項細微工作。筆者在研究準格爾高鋁粉煤灰和阜新粉煤灰時發(fā)現(xiàn)，由于化學成分差異，二者在應用場合、配方設計、工藝措施等方面差別很大。因此，開展粉煤灰、煤矸石等固體廢棄物的高附加值利用時應對上述問題多加考慮。

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Applicationofcoalsolidwasteinthefieldofhotworkingofmetalmaterials

MA Zhuang,TAO Ying,DONG Shi-zhi,LI Zhi-chao

(CollegeofMaterialScienceandEngineering,LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000,China)

The characteristics and utilization of coal solid waste were introduced,and the applications of coal solid waste,such as fly ash and coal gangue,in the field of hot working of metal materials were highlighted,including making composite materials,casting coatings,composite ceramic coatings and boronizing protective coatings,and the preparation process and performance of those technologies were elaborated as well.Furthermore,it was pointed out that coal solid waste has a wide range of potential applications.However,because of the composition diversity of fly ash and coal gangue in different regions or coal mines,it is a problem worthy to be discussed that how to apply coal solid waste into different processing technologies of metal materials and how to design the formula and adjust the process parameters according to the great differences of chemical composition.

coal solid waste;hot working;composite materials;casting coatings;ceramic coatings

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0836

國家自然科學基金-煤炭聯(lián)合基金資助項目(U1261123/E0422)

馬 壯(1963—),男,遼寧阜新人,教授,博士生導師，博士。E-mail:mazh123@263.net

X7

A

0253-9993(2014)01-0032-08

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