回收粘土磚在燒成粘土磚中的應用

張向前 于寶童 唐 兵

(云南濮耐昆鋼高溫材料有限公司)

1 前言

粘土磚是氧化鋁含量為30 %-48 %的耐火制品，主要是以硬質黏土熟料作為骨料、軟質粘土作為結合劑經1 280 ℃-1 350 ℃高溫燒成制得。粘土磚的相組成是莫來石、石英和硅酸鹽玻璃相。粘土磚屬于酸性耐火材料，具有抵抗酸性熔渣或酸性氣體侵蝕、良好的熱震穩定性等性能，廣泛應用于高爐、熱風爐、澆鋼系統、玻璃窯、炭素爐等許多熱工設備上。

我國粘土原料儲藏量豐富，而且產地分布廣泛，山東、河南、山西、遼寧、廣西、云南等地，我司所用硬質粘土熟料來自云南安寧富民地區。粘土原料作為不可再生資源隨著原礦的逐漸開采，原礦儲量不斷減少，礦石質量逐漸下降，原料中砂石及其它雜質較多，而且原料價格在逐漸提高;在當前國家環保大力整治下，原料供需形勢日益嚴峻，原料供給關系由買方市場向買方市場轉變。

隨著耐材原料資源的日益緊張，耐材產品利潤空間大幅壓縮，回收廢舊耐火材料在耐材制品的生產中將占據越來越重要的地位。回收粘土磚主要物相組成為為莫來石、方石英和玻璃相，通過對回收粘土磚的表面處理，去除雜質層和變質層，替代硬質粘土熟料具有可行性。

隨著耐火材料行業用耐火原料資源的日益緊張，耐材產品利潤空間大幅壓縮，耐火材料行業對廢舊耐火材料的回收應用進行大量的研究。通過對廢舊鋁硅系耐火材料制品的回收再利用不僅可以緩解粘土質原料資源緊張的壓力，節約國家的礦產資源和能源，降低耐火材料的生產成本，同時還可減少工業廢棄物的排放，順應國家工業發展環保政策的要求，對提高企業經濟、社會效益以及改善環境有重要意義[1-5]。

2 試驗

2.1 回收粘土磚的處理

用后粘土磚因其使用部位不同，表面粘附的雜質不同，表面附著層基本是低熔點玻璃相，當廢粘土磚不經過處理而直接作為耐火原料使用時，物料成分的波動導致生產難度的增大，同時燒成制品表現出外觀缺陷嚴重，如熔洞、黑斑、開裂等。

回收粘土磚在進廠前去除表面附著層及變質層，保留其本體部分，通過破碎工藝制成滿足使需的物料粒度。

2.2 回收粘土磚的理化分析

表1 廢粘土磚理化指標

2.3 試驗方案

2.3.1 原料

表2 原料理化指標

2.3.2 試驗配方配比

表3 廢粘土磚以顆粒形式加入試驗配比

表4 廢粘土磚磚以細粉形式加入試驗配比

表5 廢粘土磚磚以混合加入試驗配比

試驗配方見上表，分別進行廢粘土磚以顆粒形式、細粉形式和顆粒細粉共加三組試驗方案。依照上述配方混練泥料成型，成型磚型為標磚，尺寸為230 mm×114 mm×65 mm;成型后坯體干燥處理后經實驗室高溫爐進行1 350 ℃3 h 的高溫燒成。對燒后試樣分別進行耐壓強度等指標的檢測。

2.4 結果分析

圖2 廢粘土磚對顯氣孔率的影響

圖4 廢粘土磚對重燒線變化的影響

從上圖1-4可以看出，回收粘土磚以顆粒形式加入時，隨著廢粘土磚加入比例的提升，隨著廢磚加入量的增加，耐壓強度、體積密度和荷重軟化溫度逐漸降低，顯氣孔率逐漸升高;當廢粘土磚以細粉式加入時，隨著廢磚粉加入量的增加，耐壓強度增加，顯氣孔率降低，體積密度變化不大，荷重軟化溫度降低;當廢粘土磚以顆粒和細粉混合加入時，隨著廢磚加入量的增加，耐壓強度增大，顯氣孔率減少，荷重軟化溫度降低;當配方中廢粘土磚替代全部硬質粘土熟料時，試樣耐壓強度達到最大，重燒線變化最大，試樣外觀表現出明顯的過燒現象。

圖1 廢粘土磚對耐壓強度的影響

回收粘土磚以細粉形式相比于以顆粒形式加入對燒成粘土磚高溫指標影響較大，隨著物料體系整體回收粘土磚比例的增加，促進粘土磚的燒結。

燒成粘土磚屬于陶瓷結合，在高溫作用下通過液相燒結產生結合強度。基質中低熔物在900 ℃以上溫度產生反應生成液相粘結骨料，促使坯體致密化;同時在1 200 ℃以上至之火溫度進行莫來石的反應，從而使坯體達到燒結。

回收粘土磚含有10 %-20 %的玻璃相，部分回收粘土磚玻璃相可能更多，當回收粘土磚作為原料用于粘土磚生產時，低熔點玻璃相相對增加，在燒成過程中促進坯體燒結，致使燒成粘土磚產品高溫指標降低。分析此種現象產生的主要原因為廢粘土磚相對低熔物含量偏高，在高溫燒結過程中，液相量的增加促進燒結反應的正向進行，導致產品高溫性能相對較低。

回收粘土磚相比于硬質粘土熟料，其強度相對偏低，氣孔率偏高，雖經過表面處理，但有部分低熔物不可避免的帶入新的物料系統，物相成分相對復雜;回收粘土磚破碎后顆粒大部分以假顆粒形成存在，強度較低，在成型過程中受外力作用物料間摩擦力相對較低，成型后坯體更致密;隨著廢磚含量的增加，在高溫燒成過程中，因廢磚中低熔點物相促進坯體的燒結進程，更有利于坯體的燒結，故而隨著廢磚用量的增加，耐壓強度逐漸增加，因廢粘土磚中低熔點雜質含量相對較高，在高溫下荷重軟化溫度隨著廢磚量的增加逐漸降低。

3 工業試驗

綜合實驗及我司回收粘土磚采購情況，采用回收粘土磚:硬質粘土熟料為3:2，回收粘土磚以骨料和細粉共同加入方式，廢粘土磚總使用量為30 %的配方實驗，在某煉鐵廠50 t鐵水罐進行試驗，現用鐵水罐正常罐齡在350-400 次/罐，實驗鐵水罐下線罐齡為406 次，同期下線正常鐵水罐平均罐齡為410 次，在同等條件下，試用鐵水罐罐齡正常，試驗磚殘磚厚度為50-80 mm，與同期下線鐵水罐殘磚厚度差別不大。

圖5 試驗粘土磚使用后(406 次)

圖6 現用粘土磚使用后(420 次)

4 結論

(1) 回收粘土磚在去除表面附著物和變質層后，用于替代硬質粘土熟料用的粘土磚的生產具有可行性。

(2) 依據粘土磚的使用部位不同，可通過調整回收粘土磚的加入量達到使用要求。

(3) 將回收粘土磚用于粘土磚的生產，不僅提升了經濟效益，而且降低資源緊張的壓力，符合國家減污減排的環境效益。