工业固体废物制作多孔吸声材料的可行性探讨

毛志刚，李云涛，陆 豫，郑双金

(广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007)

工业固体废物已成为现今社会一大公害[1]。但从另一角度来看，工业废渣被称之为“放错地方的资源”，属于可再利用的再生资源。通过对广西5种具有代表性工业固体废物(钢渣、锰矿渣、赤泥、镍渣和炉渣等)制备新型吸声材料，并对其声学性能进行测试，探讨其在公路交通噪声防治领域应用的可行性，以期为相关工业废渣在新型吸声材料方面的开发利用提供试验依据。

1 实验材料

钢渣主要成分CaO、SiO2、Al2O3等，大部分堆放废弃。锰渣主要成分有SiO2、CaO等，大部分堆放废弃。赤泥含SiO2、CaO、Fe2O3等，1 t氧化铝产生1.3～2.2 t赤泥，主要还是筑坝堆存。镍渣主要含SiO2、MgO等，较难在水泥制造业中被回收利用[2]。炉渣主要来自于城市生活垃圾焚烧场焚烧炉，所含元素为Si、Ca、Al等。

2 实验方法

采用高温聚合工艺制备聚合微粒吸声材料，工艺流程详见图1。同时采用驻波管法测试其吸声性能。各种工业废渣制备的测试样块如图2所示。

图1 工艺流程图

图2 聚合微粒吸声材料样块示例图

3 实验结果与分析

3.1 粒径分布

利用不同目数的筛网对前文5种工业废渣分别进行筛滤，结果如图3所示。

从图3可知，镍渣和炉渣粒度分布相对均匀，镍渣集中在10～60目(占比94.7%)，炉渣集中在4～40目(占比80%)，钢渣则集中在10～16目(占比79.2%)。赤泥和锰渣颗粒细且散。

结合各工业废料粒径分布情况，以提高其利用率为原则，5种废渣粒径选取如下：镍渣10～60目颗粒、钢渣10～60目颗粒、炉渣12～70目颗粒、赤泥40～200目微粒、锰渣130～800目微粒。

3.2 聚合微粒材料的吸声性能测试结果及分析

采用“10 mm吸声材料厚度+90 mm空腔厚度”结构对制备的5种聚合微粒吸声材料样块进行测试。各类型工业废渣制备的聚合微粒吸声材料的相应吸声性能测试结果见图4。

图4 各工业废渣制备的聚合微粒吸声材料的吸声性能曲线图

由图4可看到，5种工业废渣制备成的聚合微粒材料中镍渣、炉渣和钢渣三种样块具有较好的中低频吸声性能，而赤泥和猛渣两种样块的吸声性能较差。其中：镍渣和炉渣两种样块的吸声性能基本一致，在200～2 000 Hz范围内，其吸声系数均>0.3；在250～1 250 Hz范围内，其吸声系数均>0.6。表明镍渣和炉渣制备的两种聚合微粒吸声材料均属于高效吸声材料，对中低频噪音具有较好的吸声性能。

从曲线的横向分布来看，钢渣样块的吸声性能较镍渣和炉渣样块往低频方向横移了约两个波段，在160～1 250 Hz范围内，其吸声系数均>0.3；在250～1 000 Hz范围内，其吸声系数均>0.6；表明钢渣样块的吸声频带宽度较镍渣和炉渣偏窄，样块的共振频率向低频偏移。

从纵向分布来看，钢渣样块的吸声性能在<500 Hz波段均优于镍渣和炉渣样块，而在>500 Hz波段吸声性能明显偏低。表明其对中低频噪音具有较好的吸声性能。

反观赤泥和锰渣制备的聚合微粒样块，吸声性能均不理想。特别是锰渣，其样块吸声系数α均<0.2，说明其并不属于吸声材料范畴。赤泥制备的聚合微粒材料在125～400 Hz的波段内具有>0.4的吸声系数，其他波段内基本与锰渣的吸声性能一致，表明其仍然属于吸声材料，但吸声频带宽度较窄。

3.3 隔声性能测试结果及分析

由于赤泥和锰渣不能作为吸声材料来利用开发，本次研究针对其颗粒细小的结构特点，探讨其在隔声性能上的适用性。

使用隔声实验室测量的赤泥和锰渣聚合微粒材料的隔声量与目前常用的10 mm水泥纤维隔声板的隔声量进行比较，结果如图5所示。

从图5可以看出，锰渣板在<800 Hz范围内隔声量较赤泥板隔声量高，但800 Hz后赤泥板又微优于锰渣板，两者隔声性能总体来看基本一致，隔声量RW均可达到30 dB，与10 mm水泥纤维板相差不大，表明锰渣和赤泥均可作为隔声材料使用。但是，由于赤泥和锰渣均属于粉末状，制作隔声板过程中需要添加较多的胶凝溶剂才能使其粘接成型，并具有一定强度和刚度，故成本也不低。因此，从技术上来看，直接采用赤泥和锰渣制作隔声板是可行的，但是成本较高，没有实际应用的价值。

图5 赤泥与锰渣制备的聚合微粒材料隔声量与水泥纤维板比较示意图

4 结语

(1)镍渣和炉渣粒度分布相对均匀，集中在10～60目，钢渣集中在>10目，赤泥和锰渣颗粒均较细，其中赤泥以200目及以上为主，锰渣以130～800目为主。

(2)经测试，五种工业废渣制备成的聚合微粒材料中，镍渣、炉渣和钢渣三种样块具有高效的中低频吸声性能，属于高效吸声材料，而赤泥和猛渣两种样块的吸声性能较差。

(3)赤泥板和锰渣板的隔声量均可达到30 dB，与10 mm水泥纤维板相差不大，表明锰渣和赤泥均可作为隔声材料使用。但是由于胶用量大，成本高，不经济，没有实际应用的价值。

(4)镍渣集中在10～60目(占比94.7%)，是5种工业废渣原材料中最理想的吸声材料，其具有吸声性能最优、废渣利用率最高和制作成本最低等优势，具有较大的应用前景，值得进一步研究。

[1]黄 弘，唐明亮，沈晓冬，等.工业废渣资源化及其可持续发展(Ⅰ)——典型工业废渣的物性和利用现状[J].材料导报，2006(20)：450-454.

[2]刘梁友，刘 云，张 康，等.镍铁渣用作混合材对水泥性能影响的研究[J].硅酸盐通报，2016(6)：1705-1710，1715.