不同加工方法對(duì)大同砂石可塑性影響的研究

米有軍

摘 要：通過(guò)對(duì)球磨法和振搗法兩種細(xì)碎方法所得的大同砂石樣品可塑性指數(shù)的對(duì)比試驗(yàn)，以及與朔縣土等軟質(zhì)高嶺土可塑性指數(shù)的檢測(cè)對(duì)比分析，提出了一種改善大同砂石可塑性、接近軟質(zhì)高嶺土可塑性指數(shù)的加工方法。

關(guān)健詞：大同砂石；片狀結(jié)構(gòu)；振搗法；可塑性指數(shù)

1 前言

大同砂石屬于工業(yè)固廢，資源豐富，易開(kāi)采，其主要成分是SiO2、Al2O3，另外還含有數(shù)量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O，化學(xué)成分及理化性質(zhì)類似于傳統(tǒng)陶瓷原料（如表1），在一定條件下可以作為陶瓷原料使用。而且大同砂石的白度在90以上，較一般陶瓷原料高，如果在陶瓷生產(chǎn)中替代其他原料，既能提高陶瓷的品質(zhì)，又能使大同砂石變廢為寶，是很好的利用途徑。另外大同砂石含有一定熱值，在制品燒成時(shí)，還可以節(jié)約能源。目前，大同砂石已在建筑陶瓷、日用陶瓷、陶粒生產(chǎn)、多孔陶瓷等領(lǐng)域被廣泛研究利用。

但是，大同砂石屬于硬質(zhì)高嶺土，無(wú)可塑性，經(jīng)粉碎、磨細(xì)后才具有可塑性。由于其可塑性很低，在陶瓷生產(chǎn)中可作為高級(jí)陶瓷原料的優(yōu)質(zhì)大同砂石并不多。而朔縣土等軟質(zhì)高嶺土，可塑性較大同砂石強(qiáng)很多，雖然白度不及大同砂石，但在陶瓷生產(chǎn)上的應(yīng)用仍特別廣泛。本文提出的用振搗法細(xì)碎大同砂石的工藝，可以提高其可塑性指數(shù)，接近朔縣土的可塑性指數(shù)。如果將本法在陶瓷生產(chǎn)中推廣，將產(chǎn)生很好的環(huán)境、資源及社會(huì)效益。

2 機(jī)理

對(duì)于陶瓷原料，可塑性指數(shù)是一項(xiàng)綜合性能指標(biāo)，其高低直接反映原料的成型性能，是衡量陶瓷泥料成型性能的重要指標(biāo)。在陶瓷工藝中，固相顆粒的形狀是影響陶瓷泥料可塑性的因素。不同形狀顆粒的比表面是不同的，對(duì)可塑性的影響也有差異。根據(jù)計(jì)算，板片狀、短柱狀顆粒的比表面較球狀和立方體顆粒的比表面大得多，前兩種顆粒容易形成面與面的接觸，構(gòu)成的毛細(xì)管半徑小，毛細(xì)管力大，對(duì)稱性低，移動(dòng)時(shí)阻力大，促使泥料的可塑性增大；另外，片狀結(jié)構(gòu)能夠增加其內(nèi)摩擦作用，阻礙其相對(duì)流動(dòng)，使粘性增強(qiáng)，從而塑性提高。

基于上述理論基礎(chǔ)，為了提高大同砂石的可塑性，本文從改變固相顆粒的形狀出發(fā)，提出用振搗法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的球磨法細(xì)碎大同砂石，即通過(guò)對(duì)大同砂石的擠壓、沖擊、摩擦等多種運(yùn)動(dòng)形式的作用，增加其片狀結(jié)構(gòu)的組成比例，并分析了不同加工方法對(duì)大同砂石可塑性指數(shù)的影響。

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 原料

大同砂石、朔縣土。

3.2 儀器設(shè)備

顎式破碎機(jī)、球磨機(jī)、振搗器、振動(dòng)篩、GYS-2數(shù)顯式液塑限測(cè)試儀。

3.3 步驟

分別制得6組不同細(xì)度的大同砂石、朔縣土粉末樣品，各組篩分目數(shù)和孔徑如下表。

（1）用球磨法制備大同砂石、朔縣土粉末

由下列步驟組成：

第一步，將大同砂石、朔縣土經(jīng)顎式破碎機(jī)后分別置于球磨機(jī)中磨細(xì)；

第二步，篩分，烘干，研磨，各得到6組不同細(xì)度的粉末；

第三步，將不同細(xì)度的粉末編號(hào)，進(jìn)行可塑性指數(shù)檢測(cè)，記錄數(shù)據(jù)。

（2）用振搗法制備大同砂石粉末

由下列步驟組成：

第一步，將大同砂石置于振搗機(jī)中振搗；

第二步，篩分，得到6組不同細(xì)度的粉末；

第三步，將不同細(xì)度的粉末編號(hào)，進(jìn)行可塑性指數(shù)檢測(cè)，記錄數(shù)據(jù)。

4 檢測(cè)分析

從以上18組粉料中各取200 g，加適量水充分調(diào)拌均勻，填滿GYS-2數(shù)顯式液塑限測(cè)試儀的試樣杯，將試樣表面抹平，測(cè)讀圓錐下沉入土深度（圓錐下沉入土深度為3 ～ 5 mm，9 ～ 11 mm，15 ～ 17 mm。若入土深度不符合要求，應(yīng)加水或加料調(diào)勻復(fù)測(cè)，直至入土深度符合要求）。

分別挖取各錐深錐體附近的試樣不少于10 g，用天平測(cè)量，烘干再稱量，計(jì)算含水率。

對(duì)于每一種樣品，以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐下沉入土深度為縱坐標(biāo)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制關(guān)系曲線，三點(diǎn)應(yīng)在一條線上。當(dāng)三點(diǎn)不在一直線上時(shí)，通過(guò)高含水率的點(diǎn)和其余兩點(diǎn)連成兩條直線，在下沉為 2 mm處查得相應(yīng)的兩個(gè)含水率，當(dāng)兩個(gè)含水率的差值小于2%時(shí)，應(yīng)以兩點(diǎn)含水率的平均值與高含水率的點(diǎn)連一直線。該直線上下沉入土深度為17 mm所對(duì)應(yīng)的含水率為液限；2 mm所對(duì)應(yīng)的含水率為塑限。當(dāng)兩個(gè)含水率的差值大于2%時(shí)，重新測(cè)量。

塑性指數(shù)按下式計(jì)算：

Ip=WI-Wp

式中Ip——可塑性指數(shù) ；

WI——液限（%）；

Wp——塑限（%）。

本文通過(guò)對(duì)球磨和振搗兩種大同砂石細(xì)碎方法所得樣品的可塑性指數(shù)對(duì)比試驗(yàn)以及與朔縣土等軟質(zhì)高嶺土可塑性指數(shù)的檢測(cè)對(duì)比分析，得到各樣品的可塑性指數(shù)見(jiàn)表3。

5 分析

由圖可知，對(duì)于同一細(xì)度的樣品而言，軟質(zhì)高嶺土（朔縣土等）可塑性指數(shù)普遍要高于大同砂石（硬質(zhì)高嶺土），而且數(shù)值波動(dòng)較小，較為穩(wěn)定。

可以看出，與球磨濕法加工制備的大同砂石和朔縣土有所不同的是，振搗法的樣品其液限和塑限較低，即具有較好可塑性時(shí)的含水率較低。

對(duì)于同一種樣品而言，隨著顆粒細(xì)度的增加，可塑性有增加的趨勢(shì)[1]。而振搗法大同砂石樣品可塑性指數(shù)升高的趨勢(shì)較球磨法大同砂石樣品和朔縣土樣品更為明顯，特別的，在細(xì)度達(dá)到300目時(shí)可塑性指數(shù)達(dá)到14.0，增加的程度尤為明顯，超過(guò)了朔縣土的可塑性指數(shù)13.7。

6 結(jié)論

由以上分析可知，本文給出的振搗法不失為一種提高大同砂石粉末樣品可塑性的加工方法，細(xì)度達(dá)到300目時(shí)高于軟質(zhì)高嶺土（朔縣土等）的可塑性指數(shù)。如果將振搗法加工的高可塑性大同砂石代替朔縣土等軟質(zhì)粘土應(yīng)用于陶瓷生產(chǎn)中，可以滿足陶瓷坯體的成型需要。又由于其白度高，若代替朔縣土等高成本的原料，不僅能提高陶瓷制品的白度，還將減少生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

振搗法加工的大同砂石含水率在15 ～ 30%區(qū)間，正好與陶瓷生產(chǎn)可塑性成型要求的泥料含水率相近，這一點(diǎn)對(duì)于大同砂石在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 石新城， 閻法強(qiáng). 煤矸石細(xì)度對(duì)原料塑性影響的研究[J]. 建筑節(jié)能， 2002（4）：12-13.

[2] 鄧一兵. 煤矸石的綜合利用-制磚[J]. 能源與環(huán)境， 2009（3）：121-122.