一種利用電瓷殘渣廢泥生產鋁球石的方法

馬石雷

摘 要：在電瓷生產過程中不可避免的會產生殘渣、廢泥，在環保要求越來越高的今天，此類殘渣、廢泥的處理長時間困擾電瓷企業。通過配方巧妙設計，將殘渣、廢泥作為一種配料，加入現有電瓷生產配方中進行人造鋁球石生產，是一種最為經濟有效的殘渣、廢泥處理方式，在企業投入最小、管理最便捷的情況下，通過生產人造鋁球石，將殘渣、廢泥循環利用。經檢驗，人造鋁球石質量可以媲美天然海球石，即可以部分替代天然海球石、減少采購量，也減少了企業固廢排放。

關鍵詞：電瓷生產殘渣廢泥;循環利用;人造鋁球石

1 引 言

在電瓷生產過程中，有一道重要工序稱為"過篩除鐵"，電瓷泥漿通過振動篩和磁選機處理后進入下道工序，通過振動篩的目的是去除泥漿中所含的雜質、大顆粒物質等，過篩后篩面上會殘留一部分篩余物;此外，生產中其他一些和泥漿加工有關的工序，都會難以避免的產生一部分廢泥。

此類殘渣、廢泥如繼續細磨，理論上是可以達到100%通過篩、全部作為生產原料利用的，但是過度細磨會造成球磨時間過長，不具備生產上的經濟性，另外研磨體本身也有磨耗，其成分會進入泥漿，過度細磨產生的磨耗過大，反而于產品質量有害[1]，因此，行業內通行的處置方法都是作為固體廢棄物、經脫水處理后賣給建材類企業做原料，因為這些殘渣、廢泥都是天然巖土、黏土類物質，理論上沒有任何毒害作用，故可以如此"消化"處理。

隨著近些年來我國國力上升、經濟繁榮，人民生活水平不斷提高，不管是政府還是個人，對環境問題越來越重視，對各種污染物、廢棄物的處置、管控也越來越嚴格，之前和我公司合作的一些建材企業紛紛轉型升級，導致我公司的殘渣、廢泥最終無合作企業收購、處理--賣，沒有相關企業要，甚至白送都沒相關企業給處理。在此大背景下，如何尋找一個妥善的殘渣、廢泥處置辦法迫切至極。

經過一段時間的思索、以及收集各種資訊，我司決定，將此類殘渣、廢泥改做鋁球石，通過這種物資循環、再利用的方式，將殘渣、廢泥變廢為寶，一方面可以替代部分天然海球石（目前我公司球磨機使用天然海球石，主要是產自大連海邊的鵝卵石，每年花費不菲），降低一部分采購成本，另一方面最主要的是殘渣、廢泥處置有了妥善的方法。

2 殘渣、廢泥生產人造鋁球石的試驗過程

2.1 試驗準備與思路

首先，球石在磨細物料的同時本身也有一定量的磨耗，球石中所含成分會混入電瓷泥料中，因此，如果將殘渣、廢泥用作球石，必須先就其進行化學成分分析，以確定其所含成分對電瓷產品質量是否有害，另外也為配方設計提供依據。

隨機抽取樣本，經X射線熒光光譜儀分析，其化學成分組成見表1。

從表1數據可知，殘渣廢泥的主要化學成分是SiO2和Al2O3，占比分別為46.66%和39.12%，其次是K2O，占比為5.88%，再次是TiO2和Fe2O3，占比分別為1.51%和1.01%，另外還有極其微量的Na2O、CaO、MgO等。

在以上化學成分中，SiO2和Al2O3本身就是高強度鋁質電瓷產品所必需的，K2O是電瓷燒成過程中良好的助熔劑，TiO2是燒結過程中有助于剛玉晶相形成的礦化劑[1]，以上成分均對產品質量無害。另外，Fe2O3一般來說是對產品質量是有害的，但其在燒結過程中也會起到一定程度的助熔作用[2]，且含量只有1.01%，和多數電瓷原料中Fe2O3含量基本持平，因此判斷對產品質量的影響應該及其微小;其余微量的Na2O、CaO、MgO等可以忽略不計。

如此，利用殘渣、廢泥生產鋁球石理論上是可行的。

其次，現有的人造球石行業是一個很大、很成熟的產業，鋁質球石是人造球石行業中很重要的一個分支，生產鋁制球石的相關企業有很多，產品按Al2O3含量高低可分為高鋁球石、中鋁球石等，按外觀形狀可分為球石、球柱等，各種材質、規格的球石、球柱產品品類豐富;而我公司作為電瓷生產制造企業，本身產品即為高強度的C130鋁質瓷，生產所用很多原料均富含Al2O3成分，在此基礎上生產鋁球石可謂近水樓臺。

于是，在充分查證相關資料后，并結合我公司的現有的生產工藝，提出以下試驗思路：

該試驗項目以處置殘渣、廢泥為出發點，我公司殘渣、廢泥的產生量并不多，每天折合干基物料僅為約1100kg左右，故鋁球石的產量不高。

產量不高的情況下，如果照搬人造球石行業通行的、規模化生產的模式，引進專業設備進行生產，資金投入巨大不說，而且極有可能會有產能閑置、資源浪費的情況發生，因此必須找到一種小投入、小規模、靈活可控的生產模式，相關配方設計、過程工藝要結合我公司現有電瓷生產進行，相關設備也要可能借用現有電瓷生產設備。

由于自產自用，所制球石質量也不必達到外賣品的相關要求，只要具備基本的性能，尺寸、硬度、磨耗等與天然球石接近即可。

2.2 人造鋁球石配方的設計與確定

材料的成分、結構決定了材料的性能和用途，電瓷生產中不同型式的產品具有不同的配方，一個配方就是一個單獨的生產系統。

為降低生產系統的復雜性，也是為了生產、技術管理的方便與簡捷，在充分考慮了表1所示的化學成分后，認為可以把殘渣、廢泥視作一種類似長石、礬土的瘠性類原料，以現有的電瓷配方為基礎，將殘渣、廢泥作為額外配料添加進去，只要在不同的添加比例下進行對比試驗，就能快速的確定配方，這樣就不必針對鋁球石研發專用新配方，研發工作就能大大簡化，將來生產管理也能更為便捷。

我公司現有一種棒形瓷絕緣子配方，以及多種盤形懸式瓷絕緣子配方，經過斟酌、比較，決定選用棒形瓷絕緣子的、代號為"GP-38"的高強度瓷配方作為基礎。

試驗過程如下：將殘渣、廢泥調和為泥漿，含水率和生產上的GP-38配方泥漿相同，然后將兩種泥漿按不同體積比例進行混合，經榨泥、真空練泥后，揉搓成團，為防止球體相互粘連，在球體表面滾動、涂覆一層Al2O3粉，烘干后入窯跟隨電瓷產品一同燒成，比較成瓷后的球石質量。

試驗中設計5個配方，見表2。

各配方球石燒成后結果比較見圖1，圖中可見各配方球石質量差異比較明顯，1#配方質量最好，5#配方質量最差，球石出現大量開裂，球石開裂缺陷見圖2，5個配方的球石合格率統計見表3。

經綜合考慮質量水平與經濟效益，最終決定采用2#配方，即GP-38配方泥漿：廢泥殘渣泥漿=2：1（體積比）。

2.3 生產工藝流程的確定

資料顯示，高鋁球石的生產工藝流程以等靜壓法為主 [3-4]，其與電瓷（濕法棒形）生產工藝流程進行比較，見圖3。

從圖3的工藝流程比較來看，兩者的主要差異就在于成型工藝不同，其余均是一致的。

本著盡可能簡化工藝流程、利用現有生產設備的原則，又參考了部分資料介紹的手工成型工藝[5-4]，最終確定了鋁球石工藝流程，見圖4。

其中配料、球磨、榨泥陳腐、真空練泥、干燥、燒成工序均可借用現有的電瓷生產設備，如此可最大限度利用現有設備，減少投入，同時簡化鋁球石的工藝流程，便于后期管理。

電瓷原料的配料和球磨不再贅述，其他主要工藝如下：

化漿，集中收集生產過程中產生的殘渣、廢泥，在漿池內調和成含水率56±3%的泥漿（和電瓷坯料泥漿含水率相同）。

化漿之后將兩種泥漿按比例混合均勻，經過1.2中的配方試驗，最終確定混合比例為GP-38配方泥漿：廢泥殘渣泥漿=2：1（體積比）。

榨泥陳腐，混合后的泥漿經榨泥成為泥餅，泥餅含水率參照電瓷生產現有參數（18.5±1%），泥餅陳腐時間為48h。

真空練泥，為配合小批量生產鋁球石，購買了小型的Φ160真空機用于真空練泥，見圖5。

切坯滾球成型，圓柱形研磨體的細磨能力高于球體，圓柱形的長度與直徑之比約3-1.5倍最佳[1]，參照我公司采購天然海球石的粒徑標準（大球石直徑標準為60～80mm），在Φ160真空練泥機上擠出直徑為40mm的泥坯，再切割成段，切割長度70-80mm，泥段呈圓柱體，見圖5;另外借鑒類似"滾元宵"的生產方式，購買了滾動包衣機，將切割好的圓柱形泥段在機器內滾動成長球形，為防止泥段粘連，在滾球過程中摻加細度為120目Al2O3粉，見圖6。

干燥，借用電瓷干燥烘房，隨電瓷產品一同干燥，最高干燥溫度105℃，最終水分≤2.5%。

燒成，借用電瓷抽屜窯，隨電瓷產品一同燒成，最高燒成溫度1270℃。

3 推導&分析，結果與分析

3.1 配方分析

從表3的質量統計看，1#至5#配方對應的球石合格率分別約為95.5%、91.7%、68.2%、45.8%、12.5%，當殘渣、廢泥成分占比達到、超過50%時，燒成后球石的開裂明顯增多。結合圖2的開裂缺陷，分析原因應是瘠性類原料過多造成的，如果把球石看做一種坯料，當配方中瘠性料過多時，泥料可塑性下降，結合性能變差，結構比較松散，內部開始出現夾層、夾心等，燒后因收縮應力的作用就會開裂。

因此決定棄用3#配方、4#配方、5#配方。

1#配方雖然球石質量比較好，但因添加GP-38配方泥漿比例過高，球石"成本"較大，造成"好泥"浪費，出于經濟方面的考慮，經權衡后也被棄用。

最終決定選用2#配方進行批量試驗。

3.2 人造鋁球石質量檢驗

對采用2#配方量產的球石進行檢驗，并和天然海球石進行比較，結果見表4。

進一步測定其耐磨性能，并和天然海球石進行比較：按工藝標準在0.2噸球磨機中加入球石200kg，不帶料自磨，時間為12h，測定磨后質量并計算磨耗，結果見表3。

從以上檢驗結果來看，人造鋁球石和天然海球石性能相當，只是磨耗率較天然海球石稍高。

總體來說，人造鋁球石除磨耗稍高外，其余各項性能和天然海球石基本相當，能夠滿足生產要求，此試驗項目達到了當初的試驗目的。

4生產應用

自2019年11月起，人造鋁球石在我公司已經正常生產，工藝過程比較穩定，球石質量一般穩定在90%以上，見圖7、圖8。

人造鋁球石投產后，部分替代了外購天然海球石。人造鋁球石與天然海球石比較見圖9。

5 結 論

本文通過對電瓷殘渣廢泥生產鋁球石的試驗和應用，得出以下結論：

1）利用電瓷生產殘渣、廢泥等所生產的人造鋁球石性能良好，可媲美天然海球石，可部分替代天然海球石，降低采購成本。

2）在現有電瓷配方基礎上額外添加合適比例的殘渣、廢泥進行生產，技術上不必開發新配方，生產上只需購置一臺小型真空練泥機和一臺包衣機，此工藝方法經濟實效，投入小、管理便捷、生產方式靈活可控，優點顯著。

3）人造鋁球石投產除為公司創造了小部分經濟效益外，最主要是解決了公司的固體廢棄物無妥善處置方法的窘境，將廢棄物資循環再利用，保護了自然環境。

參考文獻：

[1]? 李玉書，吳落義，李瑛.電瓷工藝與技術[M].北京：化學工業出版社，2007.

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[5]? 丁永輝.耐磨瓷球的研制[J].陶瓷工程，1998（5）：26-27.

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