不同摻量拋光廢渣對陶瓷磚性能的影響

王曉嬌

摘 要：本文系統(tǒng)研究并分析了不同摻量的拋光廢渣對陶瓷磚強度、吸水率、體積密度及導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律。研究表明：在兩種燒成溫度（1230 ℃、1175 ℃）下，陶瓷磚的吸水率及開口氣孔率均隨著拋光廢渣摻量的增加而增加，且吸水率及開口氣孔率變化曲線相似；陶瓷磚的體積密度、斷裂模數(shù)及導(dǎo)熱系數(shù)均隨著拋光廢渣摻量的增加逐漸降低；整體上，在1230 ℃溫度下，同等拋光廢渣摻量的陶瓷磚的斷裂模數(shù)、體積密度及導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值均比在1175 ℃溫度下的要小。

關(guān)鍵詞：陶瓷磚；拋光廢渣；導(dǎo)熱系數(shù)；體積密度；吸水率

1 引言

陶瓷拋光廢渣主要來源于后期冷加工過程，包括銑磨、粗磨、細(xì)磨、拋光及磨邊等一系列工序[1]，其成份主要是磨頭中的碳化硅、氧化鎂、氯化鎂及磚屑等雜質(zhì)[2]。由于拋光廢渣大量引入后，會引起陶瓷坯體發(fā)泡、變形，局限了其循環(huán)再利用的范圍。拋光廢渣在陶瓷磚中的應(yīng)用主要集中在兩個方向：一是利用其高溫發(fā)泡性能，制作輕質(zhì)多孔隔熱、隔音等產(chǎn)品；另一方面少量用在釉面磚等其他低溫?zé)Y(jié)的陶瓷產(chǎn)品上[1]。前者產(chǎn)品強度低且應(yīng)用面窄，后者廢渣的消納量少，最終導(dǎo)致整體循環(huán)再利用率較低。目前，只有10%以下的拋光廢渣被循環(huán)利用，90%以上的量只得采用填埋方式，不僅浪費資源，而且污染環(huán)境[3，4]。如果能很好地控制拋光廢渣在陶瓷磚應(yīng)用中出現(xiàn)發(fā)泡、變形，以及強度不足等問題，便可以使其在陶瓷磚中被循環(huán)利用。

目前，對拋光廢渣在陶瓷磚中應(yīng)用的系統(tǒng)性研究的報道較少，本文系統(tǒng)研究了不同摻量的拋光廢渣對陶瓷磚導(dǎo)熱系數(shù)、強度、吸水率的影響，對拋光廢渣在陶瓷磚的應(yīng)用將有極大的參考指導(dǎo)價值。

2 實驗內(nèi)容

2.1 實驗原料

本實驗以佛山東鵬某陶瓷廠的普通白料及清遠(yuǎn)某陶瓷廠拋光工序廢渣為主要原料，并添加適量的減水劑、分散劑。

2.2 樣品的制備

（1） 原料的預(yù)處理

拋光廢渣經(jīng)過烘干、破碎、均化后，過60目標(biāo)準(zhǔn)篩，取篩下料作為實驗用拋光廢渣。

（2） 樣品的制備過程

將適量的白料、拋光廢渣，外加0.6%減水劑（偏硅酸鈉）混合球磨，其中，粉料﹕水=1﹕0.5；球磨后進(jìn)行造粒；然后采用咸陽陶瓷研究設(shè)計院機械廠產(chǎn)的SY35B型試驗用壓樣機壓制成型，在20 MPa的壓力制成120 mm×80 mm×6 mm的規(guī)格的試樣；最后將制備好的試樣分別在不同的窯爐溫度下燒結(jié)，最終獲得樣品。

2.3 樣品的表征

根據(jù)阿基米德原理，采用靜力稱重法測定樣品的吸水率（Wa，%）及體積密度（D，g/cm3）；采用佛山市華洋設(shè)備有限公司制型號為HYK-10000A的數(shù)顯式抗折儀測試樣品的抗折強度，測試跨距為100 mm，加載速度為0.5 mm/min。采用上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司產(chǎn)的FD-TC-Ⅱ型導(dǎo)熱系數(shù)測定儀測試樣品導(dǎo)熱系數(shù)。

3 實驗結(jié)果分析與討論

為了更好地掌握拋光廢渣對陶瓷磚性能的影響，本文選擇了兩個溫度點進(jìn)行燒成實驗，即普通拋光磚燒成溫度為1230 ℃和仿古磚燒成溫度為1175 ℃。

3.1 不同摻量拋光廢渣對陶瓷磚吸水率、斷裂模數(shù)及體積密度的影響

圖1和圖2分別為陶瓷磚吸水率及開口氣孔率隨拋光廢渣摻量的變化關(guān)系。

由圖1可知，兩種燒成制度下，陶瓷磚的吸水率均隨著拋光廢渣摻量的增加而增加。通過分析，拋光廢渣中的碳化硅是高溫發(fā)泡的主要原因，奚修安[5]經(jīng)過大量的系統(tǒng)實驗，得到了拋光廢渣在陶瓷磚中的發(fā)泡機理[6-8]。根據(jù)此發(fā)泡機理，拋光廢渣摻量越大，引入陶瓷磚體的碳化硅量越多，高溫?zé)Y(jié)時，廢渣中的碳化硅與陶瓷內(nèi)部堿性物質(zhì)接觸機會增加，被氧化形成的CO、CO2的氣體量隨之增加，這些氣體在燒結(jié)時被陶瓷體的液相包圍，即形成的氣孔數(shù)量增多，導(dǎo)致陶瓷磚的吸水率及開口氣孔率增加。

實驗中還發(fā)現(xiàn)，拋光廢渣在陶瓷磚內(nèi)部形成的氣孔均為閉口氣孔。因此，在吸水率均較小的情況下，貢獻(xiàn)于吸水率的主要是表面的開口氣孔和微裂紋，導(dǎo)致圖1和圖2中的曲線變化趨勢十分相似。

圖3、圖4分別為陶瓷磚斷裂模數(shù)及體積密度隨拋光廢渣摻量的變化關(guān)系。

由圖3、圖4可知，隨著拋光廢渣摻量的增加，兩種燒成制度下，陶瓷磚的體積密度及斷裂模數(shù)均逐漸降低。因為拋光廢渣摻量增加，高溫形成的氣孔數(shù)量增加，導(dǎo)致陶瓷燒結(jié)致密度下降，體積密度隨之降低；由于氣孔是引起應(yīng)力集中的地方[9]，氣孔數(shù)量的增加則導(dǎo)致陶瓷磚斷裂模數(shù)降低。

由圖3、圖4顯示，高溫下（1230 ℃），同等拋光廢渣摻量的陶瓷磚的斷裂模數(shù)和體積密度的數(shù)值均小于低溫（1175 ℃）下的。高溫（1230 ℃）燒結(jié)時，相對于1175 ℃溫度下，陶瓷磚內(nèi)液相較多且液相黏度減小[9]，氣孔膨脹阻力減小[5]，氣孔變大或生成量增多，故導(dǎo)致體積密度及斷裂模數(shù)值較小。

3.2 不同摻量拋光廢渣對陶瓷磚導(dǎo)熱系數(shù)的影響

圖5為陶瓷磚導(dǎo)熱系數(shù)隨拋光廢渣摻量的變化關(guān)系。

由圖5可知，兩種燒成制度下，陶瓷磚導(dǎo)熱系數(shù)隨拋光廢渣摻量的增加大致呈逐漸減小的趨勢。陶瓷磚燒結(jié)體內(nèi)的氣孔中充滿空氣，而空氣在273 K靜止?fàn)顟B(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.026 W/m·K。因此，氣孔越多，體積密度越小，陶瓷磚的導(dǎo)熱系數(shù)越低。由于影響陶瓷磚導(dǎo)熱系數(shù)的因素比較多[10]，導(dǎo)致本組實驗的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值存在一些小的波動，但是總體上高溫組（1230 ℃）的導(dǎo)熱系數(shù)比低溫組（1175 ℃）的要低。

4 結(jié)論

（1） 兩種燒成溫度下，陶瓷磚的吸水率及開口氣孔率均隨著拋光廢渣摻量的增加而增加，且吸水率及開口氣孔率變化曲線相似。

（2） 兩種燒成溫度下，陶瓷磚的體積密度、斷裂模數(shù)及導(dǎo)熱系數(shù)均隨著拋光廢渣摻量的增加逐漸降低。

（3） 整體上，高溫下（1230 ℃），同等拋光廢渣摻量的陶瓷磚的斷裂模數(shù)、體積密度及導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值均比低溫（1175 ℃）下的要小。

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