毛志剛，李云濤，陸 豫，鄭雙金

(廣西交通科學(xué)研究院有限公司，廣西 南寧 530007)

工業(yè)固體廢物已成為現(xiàn)今社會(huì)一大公害[1]。但從另一角度來(lái)看，工業(yè)廢渣被稱之為“放錯(cuò)地方的資源”，屬于可再利用的再生資源。通過(guò)對(duì)廣西5種具有代表性工業(yè)固體廢物(鋼渣、錳礦渣、赤泥、鎳渣和爐渣等)制備新型吸聲材料，并對(duì)其聲學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，探討其在公路交通噪聲防治領(lǐng)域應(yīng)用的可行性，以期為相關(guān)工業(yè)廢渣在新型吸聲材料方面的開(kāi)發(fā)利用提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料

鋼渣主要成分CaO、SiO2、Al2O3等，大部分堆放廢棄。錳渣主要成分有SiO2、CaO等，大部分堆放廢棄。赤泥含SiO2、CaO、Fe2O3等，1 t氧化鋁產(chǎn)生1.3～2.2 t赤泥，主要還是筑壩堆存。鎳渣主要含SiO2、MgO等，較難在水泥制造業(yè)中被回收利用[2]。爐渣主要來(lái)自于城市生活垃圾焚燒場(chǎng)焚燒爐，所含元素為Si、Ca、Al等。

2 實(shí)驗(yàn)方法

采用高溫聚合工藝制備聚合微粒吸聲材料，工藝流程詳見(jiàn)圖1。同時(shí)采用駐波管法測(cè)試其吸聲性能。各種工業(yè)廢渣制備的測(cè)試樣塊如圖2所示。

圖1 工藝流程圖

圖2 聚合微粒吸聲材料樣塊示例圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 粒徑分布

利用不同目數(shù)的篩網(wǎng)對(duì)前文5種工業(yè)廢渣分別進(jìn)行篩濾，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可知，鎳渣和爐渣粒度分布相對(duì)均勻，鎳渣集中在10～60目(占比94.7%)，爐渣集中在4～40目(占比80%)，鋼渣則集中在10～16目(占比79.2%)。赤泥和錳渣顆粒細(xì)且散。

結(jié)合各工業(yè)廢料粒徑分布情況，以提高其利用率為原則，5種廢渣粒徑選取如下：鎳渣10～60目顆粒、鋼渣10～60目顆粒、爐渣12～70目顆粒、赤泥40～200目微粒、錳渣130～800目微粒。

3.2 聚合微粒材料的吸聲性能測(cè)試結(jié)果及分析

采用“10 mm吸聲材料厚度+90 mm空腔厚度”結(jié)構(gòu)對(duì)制備的5種聚合微粒吸聲材料樣塊進(jìn)行測(cè)試。各類型工業(yè)廢渣制備的聚合微粒吸聲材料的相應(yīng)吸聲性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 各工業(yè)廢渣制備的聚合微粒吸聲材料的吸聲性能曲線圖

由圖4可看到，5種工業(yè)廢渣制備成的聚合微粒材料中鎳渣、爐渣和鋼渣三種樣塊具有較好的中低頻吸聲性能，而赤泥和猛渣兩種樣塊的吸聲性能較差。其中：鎳渣和爐渣兩種樣塊的吸聲性能基本一致，在200～2 000 Hz范圍內(nèi)，其吸聲系數(shù)均>0.3；在250～1 250 Hz范圍內(nèi)，其吸聲系數(shù)均>0.6。表明鎳渣和爐渣制備的兩種聚合微粒吸聲材料均屬于高效吸聲材料，對(duì)中低頻噪音具有較好的吸聲性能。

從曲線的橫向分布來(lái)看，鋼渣樣塊的吸聲性能較鎳渣和爐渣樣塊往低頻方向橫移了約兩個(gè)波段，在160～1 250 Hz范圍內(nèi)，其吸聲系數(shù)均>0.3；在250～1 000 Hz范圍內(nèi)，其吸聲系數(shù)均>0.6；表明鋼渣樣塊的吸聲頻帶寬度較鎳渣和爐渣偏窄，樣塊的共振頻率向低頻偏移。

從縱向分布來(lái)看，鋼渣樣塊的吸聲性能在<500 Hz波段均優(yōu)于鎳渣和爐渣樣塊，而在>500 Hz波段吸聲性能明顯偏低。表明其對(duì)中低頻噪音具有較好的吸聲性能。

反觀赤泥和錳渣制備的聚合微粒樣塊，吸聲性能均不理想。特別是錳渣，其樣塊吸聲系數(shù)α均<0.2，說(shuō)明其并不屬于吸聲材料范疇。赤泥制備的聚合微粒材料在125～400 Hz的波段內(nèi)具有>0.4的吸聲系數(shù)，其他波段內(nèi)基本與錳渣的吸聲性能一致，表明其仍然屬于吸聲材料，但吸聲頻帶寬度較窄。

3.3 隔聲性能測(cè)試結(jié)果及分析

由于赤泥和錳渣不能作為吸聲材料來(lái)利用開(kāi)發(fā)，本次研究針對(duì)其顆粒細(xì)小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，探討其在隔聲性能上的適用性。

使用隔聲實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的赤泥和錳渣聚合微粒材料的隔聲量與目前常用的10 mm水泥纖維隔聲板的隔聲量進(jìn)行比較，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，錳渣板在<800 Hz范圍內(nèi)隔聲量較赤泥板隔聲量高，但800 Hz后赤泥板又微優(yōu)于錳渣板，兩者隔聲性能總體來(lái)看基本一致，隔聲量RW均可達(dá)到30 dB，與10 mm水泥纖維板相差不大，表明錳渣和赤泥均可作為隔聲材料使用。但是，由于赤泥和錳渣均屬于粉末狀，制作隔聲板過(guò)程中需要添加較多的膠凝溶劑才能使其粘接成型，并具有一定強(qiáng)度和剛度，故成本也不低。因此，從技術(shù)上來(lái)看，直接采用赤泥和錳渣制作隔聲板是可行的，但是成本較高，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。

圖5 赤泥與錳渣制備的聚合微粒材料隔聲量與水泥纖維板比較示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

(1)鎳渣和爐渣粒度分布相對(duì)均勻，集中在10～60目，鋼渣集中在>10目，赤泥和錳渣顆粒均較細(xì)，其中赤泥以200目及以上為主，錳渣以130～800目為主。

(2)經(jīng)測(cè)試，五種工業(yè)廢渣制備成的聚合微粒材料中，鎳渣、爐渣和鋼渣三種樣塊具有高效的中低頻吸聲性能，屬于高效吸聲材料，而赤泥和猛渣兩種樣塊的吸聲性能較差。

(3)赤泥板和錳渣板的隔聲量均可達(dá)到30 dB，與10 mm水泥纖維板相差不大，表明錳渣和赤泥均可作為隔聲材料使用。但是由于膠用量大，成本高，不經(jīng)濟(jì)，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。

(4)鎳渣集中在10～60目(占比94.7%)，是5種工業(yè)廢渣原材料中最理想的吸聲材料，其具有吸聲性能最優(yōu)、廢渣利用率最高和制作成本最低等優(yōu)勢(shì)，具有較大的應(yīng)用前景，值得進(jìn)一步研究。

[1]黃 弘，唐明亮，沈曉冬，等.工業(yè)廢渣資源化及其可持續(xù)發(fā)展(Ⅰ)——典型工業(yè)廢渣的物性和利用現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報(bào)，2006(20)：450-454.

[2]劉梁友，劉 云，張 康，等.鎳鐵渣用作混合材對(duì)水泥性能影響的研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2016(6)：1705-1710，1715.