空心玻璃微珠与珍珠岩、漂珠的区别

　　空心玻璃微珠因其优异的物理和化学性能(如低比重、低导热、低介电、高强度等)而作为功能性粉体材料，在复合材料和工业生产的众多领域得到广泛应用。

　　轻质粉体材料是空心玻璃微珠的一个显著特征，人们在提到这一特征时，容易想到其它轻质多孔或中空颗粒材料，如珍珠岩、玻化微珠与漂珠等，同时，这些颗粒材料有时也被称为空心玻璃微珠，这对区分产品带来一些干扰，在市场识别上存在一定的混乱。这些产品都是轻质无机非金属材料，都含有一定的玻璃态物质，我们从材料组成和产品特征等方面来认识这些产品。

　　01 玻璃的含义及特性

　　固体物质根据内部质点(原子、分子、离子等)是否有序排列分为晶体和非晶体，质点呈周期性有序排列的为晶体，质点无序排列的则为非晶体。据了解，自然界中的固体物质，大多数都是晶体或晶体组成的。

　　有一种非晶体物质，在某个温度(Tg)其性能(热膨胀系数和比热熔等)会发生突变，这一类物质被称为玻璃或玻璃质，温度Tg被称为玻璃化转变温度。Tg随着升温或降温的速率不同会发生变化，所以玻璃化转变温度Tg不是一个固定值，而是一个区间。简言之，玻璃是一种具有玻璃化转变温度的非晶体材料。

　　常见的玻璃多为硅酸盐玻璃，其主体成分是硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝等硅酸盐的混合物，在分子层面上体现为二氧化硅、氧化钠及氧化钙等氧化物的质点无规则排列和交联，同时又是统计均匀分布的。二氧化硅在玻璃成分中占多数，这类玻璃也叫二氧化硅玻璃。玻璃态物质具有以下特性：

　　各向同性： 玻璃的分子排列是无规则的，是统计均匀分布的，它的物理化学性质在任何方向都是相同的。

　　亚稳性或介稳性：玻璃一般由熔融体快速冷却而得到，冷却过程中粘度急剧增大，质点来不及做有规则排列来形成晶体，它不是处于能量最低的稳定状态，而是介于熔融态和结晶态之间，属于亚稳状态，有向低能量状态转化的趋势，即有析晶倾向。

　　无固定熔点：玻璃由固态转变为液态是在一定温度范围内进行的。它与结晶态物质不同，没有固定的熔点。温度标识时，我们通常都说玻璃的软化温度。

　　02 珍珠岩和玻化微珠

　　自然界中存在一些天然的玻璃态物质，比如珍珠岩矿石。珍珠岩矿石是火山喷发后熔岩快速冷却而形成的玻璃质岩石，因其具有珍珠裂隙结构而得名，珍珠岩矿石通常含有一定的结合水。我们通常说的珍珠岩是经过高温处理过的珍珠岩矿石膨胀颗粒，称为膨胀珍珠岩。

　　珍珠岩矿石中含有大量的玻璃态物质，其化学成分以二氧化硅和氧化铝为主(见表1)。珍珠岩矿石粉碎成颗粒，焙烧加热至一定温度时，软化温度较低的玻璃质开始软化，珍珠岩颗粒从固态逐渐转化为粘流态，同时，珍珠岩内部含有的结合水在受到高温加热后，逐渐气化，使珍珠岩颗粒膨胀和内部产生空隙。玻璃质和结合水是珍珠岩膨胀的内在条件，焙烧加热是引起珍珠岩膨胀的外在条件。

　　珍珠岩中还含有一些难熔的非玻璃质或结晶成分，当珍珠岩中的玻璃质成分受热软化膨胀时，这些非玻璃质成分被包裹在玻璃质中，以细小颗粒“杂质”的形态夹杂在其中，所以膨胀珍珠岩往往是多孔结构，因为孔壁开放，也被称为开孔珍珠岩，内部呈蜂窝状，显微镜下透光差而发黑。

　　玻璃质含量高时，珍珠岩也可以形成孔壁封闭的异型空腔和部分准球形结构，称为闭孔珍珠岩，也被称为玻化微珠，如下图所示。闭孔珍珠岩可以通过选择玻璃质含量高的岩矿和调整加热工艺进行速热速冷的方式获得。

　　珍珠岩因为成分不均，颗粒过细难以成孔，所以珍珠岩成品粒径比较粗，通常在几百微米至几毫米，真实密度则通常在0.8g/cm3以上，玻璃质含量高的闭孔珍珠岩的密度会略低。珍珠岩孔壁表面和内部含有一些非玻璃质成分，孔壁厚薄不均，很容易产生裂缝，所以其耐压强度很低，几百Psi或几个MPa下便发生破碎。珍珠岩原料和生产成本低，所以常用于生产轻质保温砂浆、轻质泥浆和砖块等建筑材料。

　　03 漂珠

　　漂珠是粉煤灰中密度小于水的空心颗粒，因能漂浮在水上而得名。燃煤电厂的煤粉在炉膛内燃烧时，煤粉中的矿物质随烟气排出，从烟道气中收集的细灰就是粉煤灰。粉煤灰中部分玻璃质的颗粒在炉膛内高温下熔融成液态，结合煤粉燃烧产生的二氧化碳等气体而形成空心结构的球形颗粒。漂珠的形成是随机的，在粉煤灰中的质量占比约为0.2%。

　　漂珠的粒径比较粗，通常在几百微米，真实密度一般在0.8g/cm3以上。漂珠的成分中氧化铝和氧化铁含量较高，容易结晶，这些非玻璃质成分附着在球壁上，使漂珠表面粗糙不平，颜色灰暗，其壁厚也不均匀，耐压强度一般在两千Psi左右或十几个MPa。漂珠具有较高的耐火温度，所以除了常用于生产轻质保温砂浆、轻质泥浆等建筑材料之外，还可以用于生产耐火材料。

　　粉煤灰湿排时，可以从水中打捞出漂珠，目前为了保护环境并提高粉煤灰的综合利用，大部分电厂已改成干粉收集，可获取的漂珠已逐渐减少。

　　04 空心玻璃微珠与珍珠岩、漂珠的区别

　　空心玻璃微珠是工业生产的表面光滑的中空玻璃微球，主要原材料为二氧化硅、碳酸钙、碳酸钠等，原材料配方可以精确控制，高温熔化后形成均质的氧化物玻璃，产品玻璃质纯粹，物理化学性能稳定。

　　空心玻璃微珠为正球形中空薄壁结构，平均粒径为几十微米，壁厚1-2微米，耐压强度可达一至两万Psi或上百MPa。

　　空心玻璃微珠与珍珠岩、漂珠的区别可以从以下几方面来认识:

　　原料来源：珍珠岩来源于天然珍珠岩矿石，漂珠从电厂粉煤灰提取，空心玻璃微珠的原料为二氧化硅氧化物玻璃，工业生产制造。

　　颜色外观：珍珠岩为灰白色，漂珠为灰色，空心玻璃微珠为纯白色;珍珠岩和漂珠为细小颗粒状，空心玻璃微珠为白色流动性粉末。

　　粒径：珍珠岩和漂珠颗粒一般为二三百微米以上，空心玻璃微珠的平均粒径为几十微米。

　　密度：珍珠岩颗粒开孔多，孔壁厚，颗粒粗且颗粒间空隙大，所以容重或体积密度低，但真实密度一般都为0.8 g/cm3以上;漂珠壁厚，真实密度一般也在0.8 g/cm3以上;空心玻璃微珠的真实密度为0.12-0.6 g/cm3，可以根据应用要求生产所需密度产品。

　　耐压强度：珍珠岩的耐压强度低，只有几百Psi，漂珠的耐压强度一般为两千Psi左右;空心玻璃微珠的强度高，耐压强度和产品密度相关，可达一至二万Psi。

　　空心玻璃微珠的密度低、粒径小、耐压强度高，作为功能性粉体材料，在复合材料和工业生产的众多领域得到广泛应用。