以鋰云母尾砂、粉煤灰為主要原料試制外墻磚

劉屬興 趙俊杰 李成平 張小鋒 余嬈 于國強(qiáng)

（1.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，景德鎮(zhèn)：333001；2.東鵬陶瓷股份有限公司，佛山：528031，3.景德鎮(zhèn)一中分校，景德鎮(zhèn)：333001）

1 前言

鋰云母尾砂是開采稀有金屬鈮鉭產(chǎn)生的尾礦（尾砂），因其主要礦物成分之一為鋰云母，因此常稱為鋰云母尾砂。如江西宜春鈮鉭礦，開采40多年來，已累積鋰云母尾砂達(dá)數(shù)千萬噸，這些所謂的鋰云母尾砂堵塞河流、污染環(huán)境、破壞生態(tài)平衡，每年需耗費(fèi)一定經(jīng)費(fèi)處理尾砂，給企業(yè)的發(fā)展帶來巨大的壓力。近年來，各級政府和企業(yè)對各種工業(yè)、礦業(yè)固體廢物加大投入進(jìn)行綜合治理，因此，綜合利用工業(yè)、礦業(yè)固體廢物成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重大課題?；诖耍髡唛_展了鋰云母尾砂在低溫快速燒成外墻磚坯釉配方中的應(yīng)用研究，并成功地研制出一次低溫快速燒成的陶質(zhì)外墻磚制品。

2 試驗(yàn)

2.1 鋰云母尾砂的研究

2.1.1 鋰云母尾砂的化學(xué)組成

通過化學(xué)分析，鋰云母尾砂的化學(xué)組成見表1。

2.1.2 鋰云母尾砂的粒度分析

鋰云母尾砂的粒度分析見表2。

2.1.3 鋰云母尾砂的礦物組成

表1 鋰云母尾砂的化學(xué)組成（w t%）Tab.1 Chemical composition of stags of Lepidolite slag(wt%)

表2 鋰云母尾砂的粒度分析（%）Tab.2 Particulate size analysis of slags of lepidolite Lepidolite slag(wt%)

表3 鋰云母尾砂的礦物組成Tab.3 Mineral composition of slags of Lepidolite slag(wt%)

表4 粉煤灰的化學(xué)組成（%）Tab.4 Chemical composition of flyash phyuite

表5 坯料中其它原料的化學(xué)組成（%）Tab.5 Chemical Composition of other Raw Materials in Bodies

通過透射電鏡，光學(xué)體視（雙目）顯微鏡分析，鋰云母尾砂礦物定量分析見表3。

2.2 粉煤灰的研究

粉煤灰是來自于景德鎮(zhèn)發(fā)電廠燃煤排出的固體廢物。其顆粒細(xì)度在1～300μm之間，多數(shù)在100μm以下，主要是由玻璃相（約占70～80%）和晶相（占20～30%）組成。玻璃相主要是以圓形玻璃微珠、多孔鋁玻璃體，部分未燃盡的多孔碳粒組成，晶相主要由石英、莫來石、硅灰石、鈣長石、磁鐵礦、赤鐵礦組成，部分晶相被玻璃相包裹，有些顆粒表面粘附著細(xì)小的晶體，單獨(dú)存在的晶體較少。其化學(xué)組成見表4。

2.3 坯料研制

2.3.1 坯體配方

在坯體配方中，除了使用鈮鉭礦的尾砂外，外加粉煤灰、紅粘土、長石、珍珠巖、硅灰石、石英。其化學(xué)成分見表5。以鋰云母尾砂5%和8%的用量為基準(zhǔn)，采用正交試驗(yàn)法調(diào)整長石、石英、紅粘土、硅灰石在配方中的用量，經(jīng)試驗(yàn)得到較為理想的配方，其組成見坯式。

坯式：

2.3.2 工藝流程

配方稱量→球磨→過篩→干燥→造?！惛◥灹希尚蛪号鳌稍铩┯浴鸁伞破?/p>

2.4 釉料研制

2.4.1 釉料設(shè)計(jì)

釉用原料化學(xué)成分見表6，化妝土配方組成見表7，釉料配方組成見表8。

釉式:

表6 釉用原料化學(xué)組成（%）Tab.6 Chemical Composition of Raw Materials in Glaze

表7 化妝土配方組成Tab.7 Fomula of Decorative Clay

表8 釉料配方組成Tab.8 Fomula of Glaze

2.4.2 工藝流程圖

鋯英砂細(xì)磨→配料→球磨→過篩→除鐵→陳腐備用

3 結(jié)果與討論

3.1 研制結(jié)果

產(chǎn)品在70米長輥道窯中燒成，燒成氣氛為氧化焰，燒成溫度1100～1110℃，燒成周期為55～60分鐘，燒成曲線見圖1。燒成產(chǎn)品規(guī)格為：200Χ60Χ6mm，產(chǎn)品主要性能見表9。

圖1 輥道窯燒成曲線Fig.1 Firing Curve of Roller Bearth Klin

3.2 討論

（1）鋰云母尾砂中的SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O是主體成分，SiO2的含量為70.20%，說明含有游離石英，可作硅質(zhì)原料引入到外墻磚坯料和釉料配方中，這對提高制品的機(jī)械強(qiáng)度，化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性有利。Al2O3的含量為16.20%，主要是以高嶺石礦物形式存在，引入到外墻磚的坯料配方中，可降低配方中的塑性原料（主要是粘土）的用量。K2O的含量為2.10%，Na2O的含量為4.60%。主要是以鉀長石、鈉長石礦物形式存在，可起著良好的助熔作用。Li2O的含量為1.35%，主要以鋰云母礦物形式存在。

表9 產(chǎn)品性能Tab.9 Properties of Products

（2）Li+的活動(dòng)性比K+、Na+強(qiáng)，分子量比K+、Na+小，鋰云母的助熔能力比鉀長石、鈉長石強(qiáng)的多。

（3）鋰云母有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，極小的熱膨脹系數(shù)，可作為主要原料之一引入到外墻磚產(chǎn)品中。

（4）鋰云母在高溫時(shí)熔解石英的能力比鉀長石、鈉長石強(qiáng)的多，使釉中殘留石英顆粒更加細(xì)小，并促使莫來石晶體的形成，因此更能促使坯釉中間層的形成，使坯釉結(jié)合性能更好。

（5）鋰云母用于釉料中，增加了釉的高溫流動(dòng)性、降低了釉的表面張力，有利于坯體中的氣體向釉層擴(kuò)散，有利于釉中的揮發(fā)性氣體排出，可減少釉面針孔，并提高產(chǎn)品的光澤度。

（6）鋰云母尾砂在外墻磚釉中的用量以5～8%為宜，用量過多，一方面使釉的高溫流動(dòng)性過大，另一方面鈮鉭礦中含有少量氟元素，降低釉的白度，甚至引起釉面的輕微的乳濁現(xiàn)象。

（7）鋰云母尾砂是一種優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料，開展鋰云母尾砂的綜合利用不僅有良好的環(huán)保意義，并且有較好的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4 結(jié)論

(1)坯料配方中鋰云母尾砂的加入量為5%,釉料配方中鋰云母尾砂的加入量8%,產(chǎn)品燒成溫度1100～1110℃,適應(yīng)于輥道窯一次低溫快速燒成,其配料簡單,配方穩(wěn)定,成本低。

(2)鋰云母尾砂的綜合利用對環(huán)境保護(hù)及提高礦產(chǎn)資源的利用率有較好的實(shí)際意義。

(3)鋰云母尾砂是一種優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料,開展鋰云母尾砂的綜合利用不僅有良好的環(huán)保意義,并且有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

(4)鋰云母尾砂在建陶工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用前景。

1劉屬興等.以瓷石尾砂、千枚巖、紅粘土等劣質(zhì)原料試制外墻磚.中國陶瓷工業(yè),2005,12

2李家駒,繆松蘭主編.陶瓷工藝學(xué).北京:中國輕工業(yè)高教出版社,1999