燒結(jié)溫度對(duì)硅藻土基陶瓷磚吸濕和放濕性能的影響

高風(fēng)輝， 蘇立明， 林 健， 趙 宇， 金松哲＊

0 引 言

硅藻土是古代硅藻遺體組成的硅質(zhì)沉積巖，其化學(xué)主要成分是SiO2，且含有少量的Fe2O3，CaO，Al2O3，MgO和有機(jī)質(zhì)等。硅藻有很多不同的形狀，如圓盤狀、針狀、筒狀和羽狀等［1］。硅藻土在世界上儲(chǔ)量非常豐富，并且具有很好的物理性質(zhì)，如多孔性（25%～65%）、小尺寸、低導(dǎo)熱性、低密度、大的比表面和高吸附能力［2］。由于硅藻土良好的吸附特性和較大的比表面積，硅藻土及其改性硅藻土在工業(yè)廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。Khraisheh［3］等研究了硅藻土和改性硅藻土在污水中Pb2＋，Cu2＋和Cd2＋的吸附作用。同時(shí)，硅藻土在被海嘯中銫-137污染的海水的凈化中起到良好效果［4］。硅藻土對(duì)水溶液中的鈾離子的吸附也有重要的作用［5］。用水鐵礦改性過(guò)的硅藻土，比表面大大增加，可以用作湖泊河流污水中磷的吸收，進(jìn)而預(yù)防超富營(yíng)養(yǎng)化的出現(xiàn)［6］。硅藻土在土壤改性中起到重要作用，能大大地提高土壤的吸水能力［7］。

室內(nèi)濕度和健康緊緊相連，當(dāng)環(huán)境濕度低于30%時(shí)，皮膚喉嚨會(huì)感到干燥，眼睛受到刺激。當(dāng)環(huán)境濕度較高時(shí)，人們會(huì)感到呼吸困難，甚至過(guò)敏，同時(shí)，建筑材料質(zhì)量也會(huì)受到影響，如霉菌生長(zhǎng)等［8］。國(guó)內(nèi)，以硅藻土為環(huán)保飾材還沒(méi)有得到大量的推廣應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)研究也才剛剛起步。

文中就是以硅藻土為主要原料，加入少量的長(zhǎng)石、粘土、滑石和膨潤(rùn)土等，通過(guò)壓制成型、燒結(jié)，制備出具有吸濕和放濕功能的環(huán)保陶瓷磚，并研究了不同燒結(jié)溫度對(duì)陶瓷磚的密度、抗壓強(qiáng)度及吸濕和放濕性能的影響。

1 試驗(yàn)方法及過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)采用吉林省臨江市硅藻土作為主要原料，加入長(zhǎng)石、粘土、滑石和膨潤(rùn)土。采用濕法混合2h后在105℃下烘干，經(jīng)過(guò)壓片制成60mm×60mm×8mm壓坯，分別在900～1 080℃進(jìn)行燒結(jié)。

燒結(jié)樣品采用阿基米德法測(cè)量密度。用JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡（FESEM）觀察硅藻土陶瓷磚的組織和孔隙狀態(tài)。用三點(diǎn)彎曲法測(cè)試樣品的抗壓強(qiáng)度。恒溫恒濕試驗(yàn)箱（HDHWHS-50）測(cè)陶瓷磚的吸濕和放濕能力，實(shí)驗(yàn)溫度為25℃。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同燒結(jié)溫度下的組織

燒結(jié)溫度對(duì)陶瓷磚組織的影響如圖1所示。

圖1 燒結(jié)溫度對(duì)陶瓷磚組織的影響

由圖1（a）可以看出，在900℃燒結(jié)溫度下樣品顆粒細(xì)小，孔隙數(shù)量較多。隨著燒結(jié)溫度的增加，陶瓷磚中顆粒逐漸變大，孔隙減少（見(jiàn)圖1（b）～（d））。

2.2 燒結(jié)溫度對(duì)陶瓷磚密度的影響

密度隨燒結(jié)溫度的變化曲線如圖2所示。

圖2 密度隨燒結(jié)溫度的變化曲線

由圖2可知，樣品的密度隨著燒結(jié)溫度的提高而顯著增加。這表明，隨著溫度的增高，樣品中的孔隙逐漸減少，燒結(jié)使得陶瓷磚變得更加致密。密度變化趨勢(shì)和SEM形貌觀察結(jié)果一致。

2.3 燒結(jié)溫度對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

不同溫度燒結(jié)的陶瓷試樣抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表1。

表1 不同溫度燒結(jié)的陶瓷試樣抗壓強(qiáng)度

由表1可以看出，隨著溫度的提高，樣品的抗壓強(qiáng)度不斷提高，當(dāng)溫度超過(guò)1 020℃時(shí)，樣品升高的程度減小。表明隨著溫度的升高，樣品的燒結(jié)程度逐漸提高，晶粒變大，密度增加，進(jìn)而提高了樣品的抗壓強(qiáng)度。

2.4 燒結(jié)溫度對(duì)陶瓷磚吸濕和放濕性能的影響

硅藻土陶瓷的吸濕量和放濕量隨燒結(jié)溫度的變化曲線如圖3所示。

由圖3可知，陶瓷磚的吸濕量隨著燒結(jié)溫度的增加而減小。當(dāng)溫度為900℃時(shí)，陶瓷磚的吸濕量為32mg／g；當(dāng)溫度為1 080℃時(shí)，陶瓷磚的吸濕量為5mg／g。同樣，陶瓷磚的放濕量隨著燒結(jié)溫度的增加而減少，在溫度為900℃時(shí)，陶瓷磚的放濕量為30mg／g；當(dāng)溫度為1 080℃時(shí)，陶瓷磚的放濕量為4mg／g。這是因?yàn)殡S著燒結(jié)溫度的提高，樣品的顆粒逐漸變大，燒結(jié)程度增大，孔隙數(shù)量減少。

圖3 吸濕量和放濕量隨燒結(jié)溫度的變化曲線

根據(jù)開(kāi)爾文方程［9］:

式中:p——液體在毛細(xì)管內(nèi)的蒸汽壓力；

r——毛細(xì)管半徑；

p0——液體的飽和蒸汽壓；

δ——表面張力；

vm——?dú)怏w的摩爾體積；

θ——毛細(xì)管內(nèi)液體的潤(rùn)濕接觸角；

R——摩爾氣體常數(shù)；

T——熱力學(xué)溫度。

文中硅藻土陶瓷磚的吸濕和放濕實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合上述規(guī)律。當(dāng)燒結(jié)溫度逐漸升高時(shí)，陶瓷磚內(nèi)的孔隙逐漸變少，毛細(xì)凝集現(xiàn)象更難發(fā)生，相應(yīng)的吸濕和放濕性能逐漸減弱。

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究通過(guò)以硅藻土、鉀長(zhǎng)石、粘土、滑石和膨潤(rùn)土為原料作為助溶劑，通過(guò)濕法混合、烘干、壓制、燒結(jié)，成功制備出了具有吸濕和放濕功能的硅藻土基陶瓷磚。

隨著燒結(jié)溫度的提高，陶瓷磚的密度、抗壓強(qiáng)度不斷提高，吸濕和放濕能力逐漸降低。當(dāng)溫度在900℃時(shí)，陶瓷磚的密度為1.350 7g／cm3，抗壓強(qiáng)度為4.58MPa，最大吸濕量為32mg／g，最大放濕量為30mg／g。

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