利用拋光廢渣制備中低吸水率陶瓷磚*

王亞婕 馬 杰 鄧勇鑫 江清浪

(新明珠集團股份有限公司 廣東 佛山 528000)

陶瓷拋光廢渣是在拋光類建筑陶瓷產品的拋光工序中研磨出來的廢棄物,該過程每1 m2陶瓷磚大致形成2.1 kg左右的拋光廢渣[1]。拋光廢渣粉末顆粒極微細,堆積密度小,極易在空氣中大面積飄散,對大氣造成嚴重粉塵污染。人體吸入這種陶瓷拋光廢渣,則容易引起塵肺病,吸附在植物葉表,則堵塞氣孔,嚴重影響植物生長[2]。由于拋光廢渣中含有碳化硅、氯化鎂等高溫易發泡成分,導致其在常規配方中直接回收利用率很低。

在建筑陶瓷生產過程中,企業需要實現陶瓷固廢的零排放,因此實現拋光廢渣充分和高價值回用具有重要意義,筆者工作主要是利用拋光廢渣制備吸水率2%～4%的陶瓷磚,以實現利用企業現有生產和工藝體系進行固廢的高附加值利用。

1 原材料及制備工藝

1.1 原材料

本試驗制備中低吸水率陶瓷磚的原料為拋光廢渣、生產配方料和一般礦物原料,各原料組分如表1所示,其中配方料為實際生產用配方料,燒成吸水率小于0.5%。所用輔助原料為高分子解膠劑、水玻璃。

表1 原材料成分(%)

1.2 制備工藝

將原材料按比例混合,加入0.2%的高分子增強劑、0.4%的水玻璃和適當的水球磨,漿料含水率約35%,球磨至漿料過200目篩篩余小于1%,干燥后過30目篩造粒,采用自動壓樣機進行試驗樣品壓制,干燥后放入輥道窯燒制,燒成周期為50～70 min,窯爐設置最高溫度為1 210～1 220℃。工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

2 結果與討論

陶瓷坯體在燒結過程中,隨著溫度升高和熱處理時間的延長,氣孔不斷減少,顆粒之間結合力不斷增加,過程中會發生液相出現、孔隙率降低、力學性能提高等一系列變化。

拋光廢渣是由陶瓷磚被拋光研磨部分和少量磨損的磨頭引入部分組成,而拋光磨頭中通常含有碳化硅顆粒其在高溫階段受堿性熔體環境侵蝕會與氧氣反應生產一氧化碳或二氧化碳氣體,在此階段拋光廢渣也會形成熔融液相,氣體被高溫熔融液相包裹無法散逸,導致大量閉氣孔的形成[3～4]。若沒有足以包裹氣體的液相,氣體可以排出,則不會發泡。

本試驗具體實施方式為通過添加高溫料設計配方,通過吸水率和密度判斷原材料的耐高溫性能,坯體處于收縮階段,未有大量液相產生時,吸水率一般大于1%,吸水率越大表明材料的耐高溫能力越強;在液相包裹氣體導致坯體發泡后,吸水率一般小于1%,密度小表明高溫階段產生的液相多。由于預期陶瓷磚未發泡,通過對配方吸水率的限定保證坯體在高溫下無大量液相產生階段,將拋光廢渣高溫產氣排出,其中拋光廢渣的消耗比例為30%。

2.1 高溫原料選擇及添加量

本部分選擇了4種燒成溫度較高的礦物原料(下文統稱高溫料)進行初步試驗,表2可行性試驗為將高溫料直接和拋光廢渣按70∶30的質量比進行混合、成形和燒制,若此狀態仍存在一定的吸水率,說明燒成過程中一直存在開放的孔隙來釋放拋光廢渣高溫階段產生的氣體,即高溫料可行,結合燒成狀態和吸水率,除鋁鉀砂外其余四種高溫料高溫均存在孔隙釋放拋光廢渣高溫產氣,且吸水率大于4%,大于目標產品吸水率,可降低高溫料比例添加生產配方料。

表2 可行性試驗

由于設計配方包含高溫料、拋光廢渣和生產配方料三部分,表3為單一高溫料不同比例燒成情況,配制方式為拋光廢渣比例為30%,高溫料比例為表格比例20%、35%、50%,其余部分為配方料。從表3結果可知4種高溫料提燒成高溫度能力為鋁礬土＞硅砂＞球土＞原泥1＞鋁鉀砂,除鋁鉀砂外其余四種高溫料添加比例50%時均未發泡。

表3 單一高溫料不同燒成性能

因此為了確保配方穩定性和實際生產需要包括保證漿料流動性,瘠性原料比例不能過低,本項目配方中高溫料比例確定為50%。

2.2 配方設計

配方包括20%生產配方料+30%拋光廢渣+50%高溫料,配方設計重點為50%高溫料最優組成的確定。

上述可行性試驗選取高溫料為鋁礬土、原泥1、硅砂、球土和鋁鉀砂,基于耐高溫性能,剔除鋁鉀砂,剩余高溫料的耐高溫能力為鋁礬土＞硅砂＞球土＞原泥1。綜合考慮各高溫料的耐高溫能力和實際生產對于漿料的要求設計配方。配方見表4,配方;漿料及燒成樣品的性能見表5。

表4 各配方配料表(%)

表5 配方工藝參數及對應工藝參數

從表5可以看到,由于原泥1和球土為非瘠性原料,鋁礬土和硅砂為瘠性原料,含水率相近的情況下,隨著原泥1和球土比例的降低,漿料的粘度變小,可塑性降低,流速和生坯強度也隨之降低,其中1#配方的流速過高、4#配方的生坯強度過低,不利于生產操作;燒后性能主要與高溫料的耐高溫能力有關,隨著鋁礬土比例的增加,吸水率也隨之增加,2#配方吸水率為3.25%,在設計吸水率范圍內,其次是3#配方吸水率4.62%,1#配方吸水率太小,存在高溫產氣被液相包裹發泡的情況,4#配方吸水率過大。

綜上所述,最終確定配方為2#配方,拋光廢渣30%,配方料20%,鋁礬土10%,原泥1為18%,球土10%,硅砂12%。

2.3 配方延伸

在實際生產過程中存在著原料更換和成分波動,因此需對配方中原料改動是否對漿料工藝參數及產品性能產生影響進行研究,針對原泥1變動是否對性能產生影響進行試驗,以表4中2#配方為基礎,選擇原泥2、原泥3進行替代試驗,結果見表6不同原泥的工藝參數及燒后性能。

表6 不同原泥的工藝參數及對應產品性能

從表6結果可知,原泥的改變對漿體影響不大,主要是燒后性能有波動,但吸水率整體波動未超過設計范圍。在實際生產過程中即使對原料進行改動產品性能也是可控的。

3 結語

利用拋光廢渣制備吸水率2%～4%的陶瓷磚可行,拋光廢渣添加量為30%,具體配方為拋光廢渣30%,配方料20%,鋁礬土10%,原泥1為18%,球土10%,硅砂12%。

在實際生產過程中原材料正常波動的情況下,產品性能仍能控制在目標范圍。