用碳酸鹽固體廢棄物制造一次燒成墻地磚

摘要 由質量含量為60%的高熔點粘土、30%的珍珠巖或偉晶花崗巖以及10%的糖果廠碳酸鹽固體廢棄物制造的一次燒成墻地磚，采用半干壓成形，燒成溫度為1000℃，并且在550℃和800℃進行了一定時間的保溫及一次燒成工藝，其燒結樣品的抗彎強度為19.54～21.95MPa、燒結收縮率為1.17～1.56%、吸水率為13.00～13.25%。同時，該坯體也適用于兩次燒成。總之，利用精細分散的碳酸鹽固體廢棄物制造墻地磚的優勢是：不但降低了原材料的生產成本，而且還減少了排污稅。

關鍵詞 碳酸鹽固體廢棄物，一次燒成墻地磚，生產成本

1引 言

由質量含量為39～68%的粘土、0.2～0.8%的磚坯熟料和31.5～60.2%的斜長石巖固體廢棄物制造的一次燒成墻地磚，具有25.4～28.0MPa的抗彎強度和8.5～10.3%的吸水率。為了降低其吸水率和燒成溫度，可由質量含量為30～37%的高熔點粘土、10～15%的玻璃細屑、20～40%的含磷石膏、5～20%的珍珠巖和10～15%的石英砂制成，在950℃燒成后，僅有2.9～3.2%的吸水率和1.2～1.9%的燒結收縮率。

一種典型的白坯墻地磚由質量含量為45～60%的白坯粘土、0～10%的高嶺土、0～5%的石英砂和10～20%的碳酸鈣制成。適合快速燒成的墻地磚由質量含量為55～75%且僅含少量有機物的可塑性粘土、6～15%的方解石和25～33%的磚坯熟料制成，但可用長石或硅灰石替代其中的磚坯熟料；另一適合快速燒成的墻地磚由質量含量為35%的粘土、26～28%的石英砂、0～20%的白堊泥和0～20%的粘土熟料制成。這些坯體的燒成溫度都為1000～1100℃，升溫速率都為20℃/min，最高燒成溫度的保溫時間都為10 min。欲進一步降低其吸水率和燒成溫度，其質量含量應由30～40%的粘土、10～15%的珍珠巖、17～20%的玻璃細屑和30.5～38%的銻礦浮選固體廢棄物制成，其燒成溫度僅為960～970℃，燒成周期為60min，便能獲得吸水率為5.15～5.7%、燒結收縮率為3.5～4%和凍融循環次數大于40次的墻地磚。

快速燒成釉面磚的質量含量可由30～37%的粘土、5～10%的助熔劑、15～30%的火山灰巖和10～30%的安山巖制成，燒結后具有4.1～5.8%的吸水率和38.1～46.1MPa的抗彎強度。

本文研究了由高熔點粘土、珍珠巖或偉晶花崗巖以及糖果廠碳酸鹽固體廢棄物制造一次燒成墻地磚的工藝過程。

2試驗

試驗所用原料的化學組成如表1所示，坯料的配方如表2所示，原料的X-射線衍射圖譜如圖1所示。首先將原料破碎成1～3mm的顆粒，同時精細分散的碳酸鹽固體廢棄物在100～120℃的溫度下干燥4h，然后再與原料一同進入濕法球磨機（料：球：水(wt%)＝1：1：1.5）研磨破碎后，料漿過10000孔篩/cm²，控制其篩余為1～2%，緊接著將符合粒度要求的料漿脫水干燥、經微破碎后造粒成含水量僅7%的陶瓷粉料；然后將陶瓷粉料陳腐24h后，用手動加壓式壓磚機在40MPa的壓力下壓制成形，坯體經100～120℃的實驗室干燥器干燥2h后，再經燒成周期為30min，燒成溫度為1000℃的一次燒成或經燒成周期都為30min、素燒溫度為1050℃以及釉燒溫度為950℃的兩次燒成，以上的升溫速率都為15℃/min，且都有兩次保溫過程，即550℃（高嶺土結構水的排除溫度）和850℃（方解石等碳酸鹽成分的分解溫度）。最后采用由質量含量為94%的釉料和6%的高嶺土制成的鋯質乳濁釉漿施釉于兩塊試樣上，其釉料的化學組成（wt%）為：67.1% SiO₂、0.7% ZrO₂、6.6% Al₂O₃、0.2% Fe₂O₃、9.4% B₂O₃、0.9% MgO、2.9% CaO、0.9% BaO、5.54% PbO、0.6% ZnO、4% Na₂O和2% K₂O。

利用MOM型射線衍射成像儀及X-射線可變光闌成像儀（采用URD-6型輻射器，發射Cu、K輻射，過濾Ni輻射）檢測和研究坯料的DTA曲線，高熔點粘土和碳酸鹽固體廢棄物的綜合熱曲線分析圖相分別如圖2及圖3所示。同時，墻地磚試樣的主要技術性能指標如表3所示，其X-射線衍射圖譜如圖4所示。

3研究和探討

在由質量含量為50～60%的高熔點粘土、30%的珍珠巖或偉晶花崗巖以及10%的糖果廠碳酸鹽固體廢棄物制成的一次燒成墻地磚的生產過程中，如圖1所示可知，碳酸鹽固體廢棄物含有精細分散的方解石（0.304nm），并具有較大的單位重量表面積（2372m²/kg），其粒度分布范圍是：大于60mm的粗顆粒占0.5%、介于10～60 mm的中粗顆粒占95%、小于10mm的細顆粒占4.5%。同時，高嶺土（0.715nm）和石英（0.344nm）構成高熔點的粘土，鈉長石、鉀長石（0.321nm）、石英（0.344nm）、方解石（0.304nm）和玻璃相構成珍珠巖，偉晶花崗巖也由石英和長石構成。

事實上，如圖2及圖3所示，熱力學性能的研究分析也證實粘土是由高嶺土所構成，碳酸鹽固體廢棄物是由方解石構成；并且高嶺土在100℃和530℃時表現為吸熱狀態，而在950℃時則表現為放熱狀態；同樣方解石在840℃時也表現為吸熱狀態。

根據TG曲線計算出來的原料質量損失（灼減）分別為：粘土12%、珍珠巖4.7%、偉晶花崗巖0.2%、干燥的碳酸鹽固體廢棄物48%。同時，墻地磚試樣的生坯抗彎強度都為0.57～0.95MPa。經過燒成周期為30min、燒成溫度為1000℃的一次燒成后，獲得的墻地磚試樣的吸水率都為13.00～17.37%且抗彎強度為18.66～21.95MPa。而由質量含量為20%的碳酸鹽固體廢棄物制造的墻地磚試樣的主要技術性能指標失真，并具有較大的吸水率和較低的物理機械強度（如表3所示）。但經過兩次燒成（燒成周期都為30min、素燒溫度為1050℃及釉燒溫度為950℃）后的墻地磚試樣的吸水率為12.34～16.35%、抗彎強度為19.12～30.00MPa，并且由質量含量為10%的碳酸鹽固體廢棄物制造的墻地磚試樣的主要技術性能指標已不再失真。

總之，所有由石英、長石和硅灰石制成的墻地磚試樣的X-射線衍射圖譜如圖4所示，并且其顯微結構是以粗顆粒的片狀珍珠巖或粗顆粒的片狀偉晶花崗巖基本微結構形式存在的斑條狀碎片。

4結 論

由高熔點粘土、珍珠巖或偉晶花崗巖和糖果廠的碳酸鹽固體廢棄物制造的一次快速燒成墻地磚已研制成功，且采用燒成周期為30min、燒成溫度為1000℃的工藝，由質量含量為10%的碳酸鹽固體廢棄物制造的一次燒成墻地磚，具有13.00～13.25%的吸水率和19.54～21.95MPa的抗彎強度。同時，利用精細分散的碳酸鹽固體廢棄物制造墻地磚的優勢之一就是降低了原料的生產成本。