利用拋光廢料制備拋光磚的工藝技術(shù)研究

鄭文 彭松華 稅安澤 溫千鴻 簡潤桐

摘 要：本文詳細研究了顆粒細度及保溫時間對含10 wt%拋光廢料的不發(fā)泡、致密的瓷質(zhì)拋光磚性能的影響。結(jié)果表明：拋光廢料添加量為10 wt%的拋光磚在球磨時間14 h，成型壓力260 MPa，燒成時間1080℃，保溫10 min的工藝技術(shù)條件下性能最佳。本文創(chuàng)新性地研究了抑制拋光廢料在燒成中發(fā)泡的途徑、影響因素和制備性能優(yōu)良的拋光廢料基底拋光磚的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：拋光廢料；抑制發(fā)泡；顆粒細度；保溫時間

1 引言

在拋光磚生產(chǎn)中，拋光工序通常將從磚坯表面去除0.5～0.7 mm表面層，有時甚至高達1～2 mm，據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)1平方米拋光磚將形成1.8～2.2 kg左右的磚屑，若以年產(chǎn)1000萬 m2拋光磚的拋光生產(chǎn)線為例，每年約產(chǎn)生20000t左右的拋光磚廢渣。如此大量的拋光廢渣用于生產(chǎn)多孔、輕質(zhì)材料需消耗大量的人力、物力運輸集中生產(chǎn)，且用量有限。此外，拋光磚廢料中含有大量的SiC、MgCl2、MgO等（主要來自于拋光工序），這些廢料在燒成中會造成陶瓷的發(fā)泡、變形，使得拋光磚廢料的處理成為陶瓷廠最為頭痛的一大問題，因此陶瓷拋光廢料的資源化利用是我國建筑陶瓷工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵和難點。

如果將陶瓷拋光廢渣循環(huán)利用于拋光磚的生產(chǎn)，使拋光廢渣能夠自行消化，既節(jié)約了原料資源，降低了生產(chǎn)成本，又節(jié)約了人力以及集中處理廢料的運輸費用，相信這正是所有拋光磚生產(chǎn)廠家所希望的。這種“自產(chǎn)自銷”的循環(huán)利用方法科學、有效，是陶瓷拋光廢料能夠得以有效利用的關(guān)鍵所在。

本文以拋光廢料為原料制備不發(fā)泡、不變形的拋光磚，大大降低了拋光磚的原料制備成本，變廢為寶，實現(xiàn)了拋光廢料的高效率資源化循環(huán)利用，為陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作貢獻，也為陶瓷拋光廢料的資源化利用開辟一條新的道路。

本文將從顆粒細度及燒成制度兩個方面對拋光廢料基底瓷質(zhì)拋光磚的發(fā)泡、變形影響規(guī)律進行分析研究，探索抑制發(fā)泡、變形的途徑，最終制備出不發(fā)泡、不變形的拋光廢料基底瓷質(zhì)拋光磚。

2 實驗過程

2.1 基礎配方的確定

每生產(chǎn)1 m2拋光磚需用拋光磨頭拋掉0.8～1.2 mm厚的陶瓷表面層，即產(chǎn)生5%～8%的拋光廢料。本課題以工廠現(xiàn)有底料配方為初始配方，在固定磚坯底料中添加10%的拋光廢料作為S基礎配方。表1為S基礎配方組成，表3為S基礎配方的化學成分組成。

本文將以配方S為基礎配方進行研究，其性能測試的結(jié)果見表2。從S基礎配方的測試結(jié)果中可以看出，坯體內(nèi)部還有氣孔存在，導致體積密度較低，仍有發(fā)泡問題存在。

2.2 實驗過程

以配方S為基礎配方，基礎配方中已添加適當?shù)臒o機添加劑抑制拋光磚的發(fā)泡。

以S基礎配方為基礎料，將通過不同目數(shù)標準篩（見表4）的坯體A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7，在壓機上以20 MPa壓制成型，在烘箱中干燥至恒重，經(jīng)1200℃保溫20 min燒成，測試比較磚坯的體積密度和抗折強度。

有研究表明，拋光廢料的發(fā)泡溫度在1080℃左右，故可以考慮在拋光廢料的發(fā)泡階段采取保溫，促使產(chǎn)生的大量的CO或CO2氣體從坯體排除以抑制拋光廢料在坯體中的發(fā)泡。以S基礎料為研究對象，燒成過程中使其在1080℃分別保溫a-0 min，b-5 min，c-10 min，d-15 min，e-20 min，f-25 min，觀察其顯微結(jié)構(gòu)的變化。

本項研究是在前面兩項的理論基礎上進行的，根據(jù)工廠的實際情況進行配方的設計，不斷進行“配方設計—性能測試—配方調(diào)整”，同時對生產(chǎn)工藝進行了相應的改變，最終確立了符合拋光廢料基底拋光磚產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝技術(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 顆粒細度對抑制發(fā)泡的影響

以S基礎配方為基礎料，不同顆粒細度制備的實驗測試結(jié)果見圖1。結(jié)果顯示，試樣的體積密度和抗折強度隨粒度減小而增加，但到一定細度（過120目篩）后，反而減小。一方面，顆粒越細，壓制成型后試樣顆粒間空隙減小，顆粒間結(jié)合更加緊密。且粉體的表面能越大，在相同的壓力和燒結(jié)條件下，燒結(jié)更加完善，液相量增加，越利于燒結(jié)。另一方面，隨著顆粒粒度的降低，析出晶體尺寸變小，析晶組織更加致密。因此，試樣的體積密度和抗折強度均隨顆粒粒度的減小而增大。但顆粒粒度過小時，氣體在壓制時難以排除，反而使堆積密度減小，因而體積密度反而減小。

3.2 保溫時間對抑制發(fā)泡的影響

以S基礎料為研究對象，燒成過程中使其在1080℃分別保溫a-0 min，b-5min，c-10 min，d-15 min，e-20 min，f-25 min，其顯微結(jié)構(gòu)的變化如下圖2所示。

由圖2可知，采取在1080℃保溫的措施，可以使產(chǎn)生的大量的CO或CO2氣體從坯體中排出，圖2顯示了隨著保溫時間增加，試樣顯微結(jié)構(gòu)的變化。如圖所示，在1080℃不保溫時試樣有明顯的孔結(jié)構(gòu)，且大小不均，隨著保溫時間的增加，氣孔逐漸變得大小均勻，且不斷減小。當試樣在1080℃下保溫20 min（如圖e），燒成后的試樣已經(jīng)基本沒有孔結(jié)構(gòu)。但保溫時間過長（如圖f），保溫

25 min，試樣燒成后又開始出現(xiàn)氣孔，保溫時間過長，往往會引起原料各組分之間的各種反應，從而不同程度產(chǎn)生一部分氣體，增大了氣孔率和吸水率。故在廢料的發(fā)泡溫度保溫適當?shù)臅r間（20 min），有助于大量的CO或CO2氣體從坯體排除，有效抑制拋光廢料在坯體中的發(fā)泡。

3.3 球磨時間的確定

適當減小坯體的粒度，有利于抑制磚坯的高溫發(fā)泡變形。生產(chǎn)底料一般球磨時間約為10 h，250目篩余1.5%，現(xiàn)以S為基礎配方，分別球磨10 h、12 h、14 h、16 h，然后噴霧造粒，干壓成型，最后在窯爐燒成。性能測試結(jié)果見表5。

由測試結(jié)果可知，隨著球磨時間的增加，粉料的細度減小，性能也不斷改善，但考慮到球磨時間越長，用電量增加，增加了生產(chǎn)成本，且球磨14 h性能已經(jīng)達到拋光磚生產(chǎn)要求，綜合考慮，S配方生產(chǎn)時球磨時間增加到14 h。

3.4 燒成制度的確定

試樣燒成過程中使其在廢料的發(fā)泡溫度1080℃保溫適當?shù)臅r間（20 min），能有助于大量的CO或CO2氣體從坯體排除。故可以調(diào)整原有窯爐的燒成方式，使其在1080℃下分別保溫10 min和20 min。燒制樣品的性能見表6。

由表6可知，在1080℃保溫一段時間，能改善樣品的燒結(jié)性能，提高抗折強度和降低變形程度。在1080℃保溫10 min與保溫20 min的性能相近，故在原有窯爐的燒成曲線的基礎上設置在1080℃下保溫10 min。燒成曲線見圖3。

4 結(jié)論

（1） 拋光廢料基底拋光磚制備工藝影響（下轉(zhuǎn)第21頁）分析實驗表明：試樣的體積密度和抗折強度隨粒度減小而增加，但到一定細度（過120目篩）后，反而減小。因此，適當減小坯體的粒度，能有利于抑制磚坯的高溫發(fā)泡。在拋光廢料的發(fā)泡階段采取保溫，促使產(chǎn)生的大量的CO或CO2氣體從坯體排除以抑制拋光廢料在坯體中的發(fā)泡。在試樣燒成過程中使其在廢料的發(fā)泡溫度1080℃保溫適當?shù)臅r間（20 min），能有助于大量的CO或CO2氣體從坯體排除，有效抑制拋光廢料在坯體中的發(fā)泡。

（2） 通過生產(chǎn)中試實驗，采取雙層布料方式，以含拋光廢料的低質(zhì)原料為基底，面層布優(yōu)質(zhì)原料，能夠制備出高檔次的瓷質(zhì)拋光磚。根據(jù)工廠的實際情況進行配方的設計，不斷進行“配方設計—性能測試—配方調(diào)整”，在生產(chǎn)配方基礎上調(diào)整外加無機添加劑得到最優(yōu)配方，并同時對生產(chǎn)工藝進行了相應的改變，制定了符合拋光廢料基底拋光磚產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝：球磨時間14 h，成型壓力260 MPa，燒成時在1080℃保溫10 min。經(jīng)過各項測試表明，雙層布料的瓷質(zhì)拋光磚面層與底層結(jié)合性良好，各項性能與現(xiàn)有拋光磚相近，達到國家標準。

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