對輕質(zhì)磚在燒成過程中鼓泡問題的探討

許林峰，鐘保民

（廣東東鵬陶瓷股份有限公司，佛山528000）

對輕質(zhì)磚在燒成過程中鼓泡問題的探討

許林峰，鐘保民

（廣東東鵬陶瓷股份有限公司，佛山528000）

本文主要探討利用拋光廢渣工業(yè)化生產(chǎn)輕質(zhì)磚時(shí)，產(chǎn)品容易產(chǎn)生鼓泡缺陷的問題。討論了鼓泡產(chǎn)生的原因，并通過試驗(yàn)確定了影響鼓泡的主要因素。結(jié)果表明：水分含量、磚坯厚度、細(xì)粉含量是影響輕質(zhì)磚鼓泡的主要因素。

輕質(zhì)陶瓷磚；拋光廢渣；鼓泡

1 引言

陶瓷拋光廢渣每年的排放量超過700萬噸，通常只能采用簡單的填埋方法來解決，難以資源化利用。大量堆積的陶瓷廢料擠占土地，污染水源、空氣和土壤環(huán)境［1-3］。如果不對這些廢料進(jìn)行資源化回收再利用，不斷產(chǎn)生的陶瓷廢料將嚴(yán)重破壞我們的生態(tài)環(huán)境。如何變廢為寶，將廢料資源化利用，己成為陶瓷生產(chǎn)廠家和環(huán)保部門共同關(guān)注的問題［4-7］。

陶瓷拋光廢渣中的碳化硅在堿性熔體的侵蝕下，在氧氣氣氛中很容易氧化（＜700℃）產(chǎn)生氣體，并在局部聚集，形成氣孔。因此，將拋光廢渣回收，用于生產(chǎn)瓷質(zhì)磚，在生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)難度較大。但是，利用拋光廢渣發(fā)泡的特點(diǎn)，制備輕質(zhì)陶瓷磚，是很有前景的一個(gè)研究方向。不少企業(yè)在這方面做了大量的工作，取得了不錯(cuò)的成果。

生產(chǎn)輕質(zhì)陶瓷磚可以大量消耗陶瓷拋光廢渣，但是在生產(chǎn)過程中也存在不少問題，限制了這類產(chǎn)品的發(fā)展。主要的問題包括產(chǎn)品容易變形、鼓泡、表面不防污、易碎、難以進(jìn)行清晰的表面圖案設(shè)計(jì)等。本文主要探討輕質(zhì)磚在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生鼓泡的原因以及影響因素。

2 樣品的制備

2.1 配方

原料配方為：球土20%，拋光廢渣30%，長石15%，鋁鉀砂15%，鉀砂20%。 減水劑：三聚磷酸鈉0.5%。

2.2 制備工藝

將原料倒入50公斤級的小型球磨機(jī)，加水40%，球磨12 h后放漿。將干燥的泥料過20目篩造粒。采用大型試驗(yàn)壓機(jī)成型，成型壓力為23 MPa，磚坯尺寸為430 mm× 430 mm。手動加壓，先采用緩慢的間歇式點(diǎn)動加壓。經(jīng)歷5次點(diǎn)動加壓后，再直接加壓到最高壓力，保壓10 s。具體的制備流程如圖1所示。

2.3 燒成工藝

圖1 坯體制備的工藝流程圖

對生坯進(jìn)行干燥處理后，將其置于耐火墊板上，在生產(chǎn)輥道窯中燒成。燒成周期為50-60 min，燒成溫度為1200-1220℃。

3 試驗(yàn)結(jié)果

圖2為不同含水率的粉體，在相同條件下燒制出的樣品照片。從圖中可以看出，含水率高的粉體燒制出的樣品有很多大泡，如圖2（a）所示。這些大泡多集中在輕質(zhì)磚的周邊部位，這種現(xiàn)象可能是由磚坯的密度不均勻引起的。干壓成型時(shí)，壓力的遞減效應(yīng)會導(dǎo)致磚坯底部四周的壓力較小，從而導(dǎo)致磚坯底部四周的密度較小，而燒成時(shí)，氣體容易擴(kuò)散到低密度區(qū)域而聚集。對于含水率低的粉體，燒制出的樣品表面非常平整，沒有看到明顯的起泡現(xiàn)象，如圖2（b）所示。這個(gè)結(jié)果說明，粉體的含水量對是否產(chǎn)生大泡具有重要的影響。

圖3為不同厚度的坯體，含水率均為5.5%，在相同條件下燒制出的樣品照片。從圖中可以看出，當(dāng)坯體厚度為12 mm時(shí)，燒出的樣品出現(xiàn)明顯的鼓泡現(xiàn)象，如圖3（a）所示。大泡同樣出現(xiàn)在輕質(zhì)磚的周邊部位，只是大泡的數(shù)量與前面的情況相比明顯要少很多。而將坯體的厚度減到7.5 mm時(shí)，燒制的樣品表面平整，沒有看到明顯的起泡現(xiàn)象，如圖3（b）所示。由此可見，坯體的厚度也是輕質(zhì)磚是否鼓泡的一個(gè)重要影響因素。

圖2 不同含水率的粉體在相同條件下燒制出的樣品照片

圖3 不同厚度的坯體在相同條件下燒制出的樣品照片

4 討論

4.1 鼓泡產(chǎn)生的原因分析

鼓泡產(chǎn)生的原因，自然是仁者見仁智者見智。有人認(rèn)為是配方中泥的添加量太多，有機(jī)物燒失時(shí)產(chǎn)生的大量氣體導(dǎo)致產(chǎn)生鼓泡；也有人認(rèn)為是高溫時(shí)產(chǎn)生的氣體太多，而磚體尺寸太大，導(dǎo)致氣體排不出去而鼓泡。

前一個(gè)原因很容易排除，因?yàn)橛袡C(jī)物在1000℃以前基本上就燒完了，而陶瓷磚產(chǎn)生低粘度的液相在1150℃以后。因此，即使有少量的有機(jī)物殘留，也不可能引起大的鼓泡現(xiàn)象。另外，碳化硅氧化本來就會產(chǎn)生大量的氣體，所以有機(jī)物的影響基本上可以忽略不計(jì)。

后一個(gè)原因看起來有些道理，因?yàn)闊〕叽绲拇u時(shí)，很少出現(xiàn)鼓泡的問題。而燒大尺寸的磚時(shí)，常?？梢怨氖畮讉€(gè)大泡。其實(shí)，如果細(xì)究，這個(gè)原因也是沒有說服力的，因?yàn)楫a(chǎn)生氣體的碳化硅在磚體中基本上是獨(dú)立、均勻分布的，每顆碳化硅產(chǎn)生的氣體也是極其有限的。因此，在正常情況下，只會在每顆碳化硅附近形成獨(dú)立的小孔，不可能出現(xiàn)氣體大量聚集而產(chǎn)生大氣泡的情況。

那么，產(chǎn)生鼓泡的最主要原因究竟是什么呢？產(chǎn)生鼓泡要滿足兩個(gè)條件：第一，出現(xiàn)大泡需要有大量的氣體產(chǎn)生，這個(gè)條件是很容易滿足的；第二，要有氣體出現(xiàn)局部聚集的因素，使氣體在局部大量聚集形成大泡。對于第二個(gè)條件，容易想到的是，有可能發(fā)泡劑在局部聚集，從而導(dǎo)致氣體在局部聚集。雖然這個(gè)可能性是很小的，因?yàn)樵辖?jīng)過了12個(gè)小時(shí)的球磨均化，但是還是有必要用證據(jù)來排除這種可能性。如果是由于發(fā)泡劑在局部聚集而引起的鼓泡，那么泡的內(nèi)表面應(yīng)該跟小孔一樣，是光滑的，如圖4（b）所示。而實(shí)際的情況并非如此，如圖4（a）所示。從圖中可以看出，大泡的內(nèi)表面很粗糙。因此，基本上可以排除是發(fā)泡劑在局部聚集引起的鼓泡。

圖4 （a）大泡的內(nèi)表面，（b）小孔的內(nèi)表面

根據(jù)大泡內(nèi)表面的形貌，筆者認(rèn)為，鼓泡很有可能與磚坯成型時(shí)出現(xiàn)的分層現(xiàn)象有關(guān)。在升溫過程中，磚坯會產(chǎn)生收縮，從而在分層的地方會出現(xiàn)空腔。對于普通的瓷磚，在液相燒結(jié)的過程中，液相會將空腔填滿，所以很少出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象。但是如果存在較多的硫酸鹽、氧化鐵等雜質(zhì)時(shí)，也有可能引起鼓泡。對于輕質(zhì)磚，碳化硅氧化會產(chǎn)生大量的氣體，并擴(kuò)散到空腔位置聚集。在經(jīng)歷高溫時(shí)，氣體體積急劇膨脹，從而形成大泡。

4.2 影響磚坯分層的因素分析

通常來說，分層主要是由于磚坯在壓制過程中排氣不暢引起的。因此，所有影響坯體排氣的因素都會促進(jìn)輕質(zhì)磚在燒成過程中鼓泡。圖2所示的結(jié)果表明，粉料水分對鼓泡有重要影響。水分含量高的粉料在壓制成型過程中，很容易在磚坯表面形成致密層，阻止氣體排除。如果在加壓早期，磚坯表面就形成了致密層，那么大量的氣體就會被封閉在磚坯里面。隨著壓力的升高，氣體被壓縮，并在壓力小的地方聚集，也就是磚坯的周邊部位，形成空氣層。當(dāng)壓力卸除后，氣體膨脹，形成分層。這也是為什么鼓泡容易出現(xiàn)在磚四周的原因。

圖3所示的結(jié)果表明，坯體厚度也會對輕質(zhì)磚在燒成過程中的鼓泡產(chǎn)生重要的影響。主要是因?yàn)榕黧w厚度同樣會影響氣體的排除。磚坯越厚，壓制過程中產(chǎn)生的壓力梯度就越大。因此，磚坯表面提前致密化，將氣體封閉在里面。同時(shí)由于中部壓力高于四周壓力，所以氣體趨向于在磚坯四周聚集。因此，由于磚坯太厚引起的鼓泡也多分布在磚的周邊部位。

通過試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，粉料中細(xì)粉的含量對鼓泡也有一定的影響。在造粒階段，將干燥泥塊過20目篩后直接壓坯，燒制的磚容易鼓泡。而將泥塊過20目篩后，再用40目篩將細(xì)粉篩除，然后用粗粉壓坯，燒制的磚很少出現(xiàn)鼓泡。可能是由于細(xì)粉容易填充在大顆粒之間的空隙中，阻塞排氣的通道。從而導(dǎo)致坯體內(nèi)部的氣體難以排除，同樣富集在磚坯的四周，引起分層。

5 結(jié)論

磚坯在成型過程中，由于排氣不暢引起的分層是輕質(zhì)磚產(chǎn)生鼓泡缺陷的主要原因。通過降低粉料的水分、減小坯體的厚度、減少粉料中細(xì)粉的含量可以避免鼓泡缺陷的產(chǎn)生。

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Investigation of the Influence Factors of Light Ceramic Tile Bubbling in Firing

XU Lin-feng，ZHONG Bao-min
（Guangdong Dongpeng Limited Liability Company，F(xiàn)oshan，528000）

The causes of bubbles produced in the industrial production of light ceramic tiles by using tile-polished-waste as foaming material were investigated in this work.And the main factors of bubbling were determined through the experiments.The results show that the bubbling was influenced by moisture content，thickness of the green-pressing and fine powder content.

Light ceramic tiles；Tile-polished-waste；Bubbling