利用銅尾礦低溫特性燒制“雙零低吸”全瓷地磚的生產實踐

王保寶，李玉文

（中條山集團陶瓷科技有限公司，垣曲 043700）

1 前言

銅尾礦是在銅選礦過程中產生的工業廢渣。作為我國重要的銅生產基地之一、華北地區最大的銅聯合企業，山西中條山集團光是銅礦峪礦年產銅尾礦就達900萬噸。因缺乏利用途徑，尾礦只能排放到尾礦庫，積存已達一億余噸。中條山集團于2013 年開始聯合國內知名科研機構、專業院校進行了銅尾礦制陶項目研究，項目經小試、中試，建成了一條日產2.6 萬平米全拋釉地磚、一條日產3.5 萬平米內墻磚生產線，實現了銅尾礦綜合利用制備建筑陶瓷產業化。

北方建筑陶瓷生產受原料普遍高鋁、高燒失局限，燒成溫度較高，除個別廠家不惜代價，使用大量熟料外，一般的產品吸水率要高于南方。而銅尾礦中富含多種微量元素，且鐵含量較高，利于燒成過程中液相生成，低溫特性明顯。為充分利用銅尾礦特性，提高產品品質，降低生產成本，中條山陶瓷進行了800mm×800mm“雙零低吸”全瓷地磚研究，取得了很好的效果。

2 銅尾礦性質

2.1 銅尾礦主要化學成分

銅尾礦中含有多種微量元素，主要化學成分如下表：

表1 銅尾礦化學成分組成

表1 銅尾礦化學成分組成（續）

從表1 中可以看出銅尾礦主要成分為SiO2、Al2O3、K2O 等，比較符合建筑陶瓷生產需要，且微量元素眾多，易于燒成。

2.2 銅尾礦的主要礦物組成

表2 銅尾礦的主要礦物組成

2.3 銅尾礦光譜分析結果

圖1 銅尾礦光譜分析

尾礦樣的XRD 衍射圖譜見圖1。從圖中可以看出，銅尾礦主要由絹云母、綠泥石、石英、長石、方解石及少量磁鐵礦等礦物組成。根據礦物衍射分析及成分分析，尾礦礦物成分適合作為陶瓷原料中的長石類和石英類原料。

2.4 銅尾礦窯爐燒成特性

表3 銅尾礦窯爐燒成特性

根據銅尾礦燒結特性，從表3 看出銅尾礦燒結后吸水率很低，可以利用其低溫特性，通過在配方中優化摻加量，并調整窯爐燒成曲線，以實現“雙零低吸”全瓷地磚的生產目標。

3 生產實踐

3.1 配方優化

首先通過實驗室小試試驗確定配方。對原用配方進行調整，提高尾礦摻量，調整其它原材料配方比例，在不提高燒成溫度的前提下，降低新配方產品的吸水率。通過多次優化調整，將銅尾礦摻加比例由22%提高到了26%，小試試驗產品吸水率降低至0.1%以下。小試試驗新舊配方試燒結果對比見圖2。

圖2 配方試驗

3.2 中試試驗

利用試驗間歇球試制了中試漿、粉料，利用現有生產線進行了試生產，通過中試試驗來驗證配方、確定燒成溫度，并對匹配釉料進行了調整，試制出合格的“雙零低吸”產品。

3.2.1 配方驗證

從試生產過程控制實驗數據看，生坯強度達到了2.0～2.5MPa；釉坯強度達到40MPa 以上；燒成后的出窯磚尺碼在820～825mm 之間，相比生坯的900mm，收縮比例為8.5%左右；燒失量為5.5%，整體數據均在北方原料合理范圍，配方在合適生產范圍。出窯磚吸水率在0.05±0.02%，180℃熱穩定性測試10 次后釉面及坯體均沒有裂紋產生。

3.2.2 燒成溫度曲線調整

因銅尾礦摻加比例的提高，新配方的燒成溫度明顯低于原配方。雖然需要將瓷磚吸水率由原有的0.5～1%降低到0.1%以下，中試粉料的燒成溫度仍由原先的1158℃降低到了1153℃左右，降低了5℃以上，且液相生成明顯提前，在中溫前段即出現磚體軟化變形現象。我們根據出窯磚磚型變化情況及時優化了燒成曲線，適當降低了中溫段和高溫段溫度，并減少了一個區的高溫段，達到了瓷磚出窯磚型的控制參數要求。

圖3 調整后燒成溫度

3.2.3 釉料匹配調整

因燒成溫度的降低，磚面出現了針孔現象，在調整溫度曲線的同時，我們對匹配的釉料溫度進行了適當調整，釉料廠家對配方進行了適當調整，保證了出窯磚的釉面質量效果。

3.2.4 批量連續生產及產品質量情況

經小試及中試試驗后，采用試驗確定的配方及燒成溫度進行正式連續批量生產，生產的產品磚型及自檢數據符合控制指標要求，產品質量穩定，成品率達到了98%以上，優等率達到了93%以上。抽樣送第三方機構檢測后，各項指標優異，檢測結果均優于國標要求。

圖4 檢測報告

4 結論

通過本次生產實踐，驗證了利用銅尾礦低溫特性生產“雙零低吸”全瓷地磚完全可行，而且通過配方和燒成曲線優化還可以降低燒成溫度，減少瓷磚燒成的能源消耗。此工藝路線不僅可以提高銅尾礦廢渣的綜合利用效率，降低生產成本，還為陶瓷行業正在面對的節能降碳、提高能效提供了參考路徑。需要說明的是，各地銅礦資源生成年代和成礦條件不一，銅尾礦的理化性質不同，應用時應根據實際情況區別對待；銅尾礦大量用于建筑陶瓷生產時，液相生成較早，窯爐燒成曲線需根據磚型變化情況而定，尤其中溫段和燒成段應特別關注。