陶瓷廠拋光磚廢料再利用的研究

李炯志

摘 要：本實(shí)驗(yàn)在內(nèi)墻釉面磚以及小地磚坯料配方基礎(chǔ)上，摻入回收拋光磚廢料，通過(guò)綜合分析研究和實(shí)驗(yàn)，使其拋光廢料用量達(dá)到35 ～ 50 wt%。當(dāng)拋光磚廢料加入量50 wt%以上的配方，其吸水率控制在4.5%以下，收縮一般在8.5 ～ 10.5%內(nèi)波動(dòng)；當(dāng)拋光廢料用量占35 wt%時(shí)，利用摻雜回收廢料生產(chǎn)的內(nèi)墻釉面磚吸水率可控制在5 ～ 6%，收縮率在6 ～ 7%之間，完全達(dá)到產(chǎn)品各性能要求。該方案有效解決拋光磚廢料處理問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的自然和諧發(fā)展。

關(guān)健詞：拋光磚廢料；回收利用；內(nèi)墻釉面磚；生態(tài)發(fā)展

1 前言

目前，由于我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的粗放型生產(chǎn)，造成了嚴(yán)重的污染和大量的固體廢物排放。其產(chǎn)品主要有拋光磚、仿古磚（有釉瓷質(zhì)磚和有釉炻質(zhì)磚）、內(nèi)墻磚、外墻磚等，其中，拋光磚產(chǎn)品產(chǎn)量最大，約占50%。研究發(fā)現(xiàn)，即使在較高的生產(chǎn)優(yōu)良率條件下，生產(chǎn)拋光磚的原料利用率約為76 ～ 85%。2013年全國(guó)建筑陶瓷墻拋光磚產(chǎn)量48.45億m2，年產(chǎn)拋光磚產(chǎn)品可達(dá)10000萬(wàn)噸，年產(chǎn)生固體廢料約2400萬(wàn)噸；致使大量廢渣擠占耕地，使水和空氣受到污染。因此，如何重新利用拋光磚廢料已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)和環(huán)保部門(mén)的當(dāng)務(wù)之急。

拋光磚廢料主要在拋光過(guò)程中產(chǎn)生，拋光磚表面與SiC磨頭作用時(shí)會(huì)脫落大量廢料粉屑，但這些廢料粉屑不能直接摻混到拋光磚原料中回收使用。因?yàn)閽伖獯u廢料粉屑中含有磨頭雜質(zhì)，這些雜質(zhì)主要為SiC粉、MgO、MgCl2和有機(jī)樹(shù)脂。由于SiC在1050 ～ 1120℃會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，放出CO2和CO氣體，同時(shí)，混合有磨頭雜質(zhì)的廢料也在此溫度下開(kāi)始發(fā)生共熔軟化。一般拋光磚燒成溫度為1200 ～ 1300℃，遠(yuǎn)高于廢料熔點(diǎn)，摻混有廢料粉屑的拋光磚在出窯后會(huì)出現(xiàn)大量氣孔，產(chǎn)品因此報(bào)廢。

對(duì)于某些燒成溫度較低的產(chǎn)品，例如內(nèi)墻釉面磚和小地磚，可以嘗試在這些產(chǎn)品原料中摻入拋光磚廢料，因?yàn)閮?nèi)墻釉面磚或小地磚的燒成溫度在1100 ～ 1170℃之間，這一溫度下廢料粉屑的發(fā)氣量尚不嚴(yán)重，氣體可以緩慢排出并完成燒結(jié)， 基于這一思路，本實(shí)驗(yàn)針對(duì)拋光磚廢渣作分析研究，嘗試找出一條切實(shí)可行的處理方法。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 原材料

實(shí)驗(yàn)使用拋光磚廢料和內(nèi)墻釉面磚原料，其中內(nèi)墻釉面磚原料為：江口石粉、官山石粉、源潭石粉、仿古泥、膨潤(rùn)土、硅灰石、瓷片2號(hào)砂。這些原料的化學(xué)組成如表1所示。

為了解決材料的粘結(jié)性和球磨漿料流動(dòng)性，使用了甲基CMC作為粘結(jié)劑、三聚、腐殖酸納和五水硅酸鈉、水玻璃等作為解膠電解質(zhì)。

干燥后的素坯還需要施釉，采用PTA6118（地磚一廠面釉）、PSY-822（瓷片廠亞光釉）和氧化鋅等，進(jìn)行釉料和坯料收縮匹配性調(diào)制研究。

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

樣品制備流程如下。

路線1：配料 → 球磨 → 干燥造粒 → 干壓成型300 × 300小磚 → 燒成 → 試樣檢測(cè)

路線2：300 × 300小磚 → 施釉 → 燒成 → 釉料收縮性測(cè)試

實(shí)驗(yàn)中對(duì)坯料和釉料匹配測(cè)試均使用高溫窯燒結(jié)，燒成曲線如圖1所示。坯料和釉料均按同一燒成制度執(zhí)行，燒成最高溫度為1148 ℃，燒成周期為70 min。

3 結(jié)果與討論

3.1 坯料配方研究

本實(shí)驗(yàn)研究的目的，在于盡量多使用拋光磚廢料，因此，初步設(shè)定使用廢料含量為50wt%，本實(shí)驗(yàn)在多種原配料配方基礎(chǔ)上摻入拋光磚廢料，這些配料方案根據(jù)本單位使用的礦物原料情況調(diào)整所得。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

在方案1的基礎(chǔ)上摻入50wt%的拋光磚廢料，如表2所示。根據(jù)表1測(cè)量的原料化學(xué)成分比，可以計(jì)算得到三個(gè)樣品的化學(xué)成分表如下（如表3所示）。

方案1樣品燒成試樣結(jié)果如表4所示， A1樣品尚未燒熟，孔洞較多，吸水率和收縮率相對(duì)較高，結(jié)合表3計(jì)算數(shù)據(jù)分析，其K、Na熔劑含量較低。A2樣品是根據(jù)A1試樣的結(jié)果而做的調(diào)整，其中適當(dāng)增加率熔劑的含量，吸水率降低了，但樣品收縮率高達(dá)10 %。A3樣品在A2樣品的基礎(chǔ)上減少官山石粉（低溫砂），適當(dāng)加入鋁含量較高、Ka、Na含量較低的的瓷片2號(hào)砂（高溫砂），以嘗試提高材料體系的熔點(diǎn)，其收縮率和吸水率均能得到控制，但收縮率仍不太理想。

基于以上思路，我們繼續(xù)嘗試加入或調(diào)整礦砂的用量和品類(lèi)。廢料含量仍嘗試設(shè)定為50 wt%。方案2在A3坯料化學(xué)成分比例基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，嘗試盡量減小樣品的燒成收縮率。配料比如表5所示。坯料化學(xué)成分表如表3所示。

方案2樣品燒成試樣的物理性能如下。為了減少收縮率，樣品B1中引入了具有高溫膨脹性的膨潤(rùn)土，試圖利用其高溫膨脹特性來(lái)抵消收縮效果，同時(shí)稍微降低了高熔點(diǎn)仿古泥的含量，但收縮率沒(méi)有得到改善。再進(jìn)一步嘗試，樣品B2中引入熔點(diǎn)更高的瓷片2號(hào)砂 （高溫砂），設(shè)計(jì)高溫生成莫來(lái)石相，嘗試提高熔體粘度來(lái)減少收縮率，但收縮率也沒(méi)得到改善，但吸水率相較B1樣品降低。

綜合方案1和方案2比較，盡管?chē)L試使用控制K、Na熔劑量和調(diào)整鋁含量等方法來(lái)控制熔體粘度，但樣品坯料的燒成吸水率和收縮率都不能控制到令人滿(mǎn)意的效果?？赡苁菕伖獯u廢料的雜質(zhì)含量無(wú)法控制，低熔點(diǎn)共熔體對(duì)整個(gè)材料配方體系影響較大的原因所致。因此我們將拋光磚廢料的含量降低至35 wt%，觀察其燒成樣品的性能。設(shè)計(jì)方案3樣品的樣品配料比、化學(xué)成分及燒成試樣的物理性能如表8、表9和表10所示。

在減少拋光磚廢料比例之后，樣品的吸水率和收縮率可以得到良好的控制，無(wú)論是在高熔劑含量（樣品C1）或是高硅含量（樣品C2）設(shè)計(jì)下，吸水率都能控制在5.5 ～ 6.5%之間，樣品收縮率小于6.5%。這說(shuō)明樣品的可燒成配料范圍比較寬。綜合考慮后，初步確定以C1樣品作為小試配方，并以此配方投中試球。放大中試采用窯爐試燒，典型的樣品效果為強(qiáng)度25 MPa，收縮率6.0%，吸水率5.3%，燒失量3.1%。

3.2 釉料與坯料匹配性能研究

由于小地磚表面需上一層面釉，本研究坯料方案燒成后，其收縮率控制在6.0 ～ 7.0%之間，因此還需調(diào)試出一種與坯料表面收縮率基本相同的釉料，避免因收縮率不匹配而引起釉面開(kāi)裂或鼓包、釉層脫落等現(xiàn)象。釉料收縮匹配性研究使用了兩種不同收縮率的釉料進(jìn)行混合配置，結(jié)果如表11所示。在相同的坯料燒成制度下，兩種釉料按不同比例混合，呈現(xiàn)出不同的收縮率，根據(jù)C1配方比例，當(dāng)兩種釉料的混合比例為1：1時(shí)具有最佳的版面效果。

4 結(jié)論

（1）拋光廢料在釉面磚坯料中加入比例為35 ～ 50 wt%，或范圍更大；

（2）內(nèi)墻釉面磚的燒成溫度為：1060 ～ 1150℃（采用降低燒成溫度方法來(lái)抑制氣體高溫發(fā)泡現(xiàn)象）

（3）當(dāng)拋光磚廢料加入量50 wt%以上的配方，收縮率偏大，在控制吸水率4.5%以下的范圍內(nèi)情況下，收縮一般在8.5 ～ 10.5%內(nèi)波動(dòng)；當(dāng)拋光磚廢料加入量在35 wt%左右時(shí)，在5.0 ～ 6.0%的吸水率范圍內(nèi)，收縮可控制在6.0 ～ 7.0%之間；

（4）產(chǎn)品規(guī)格，不限于300 × 300 mm小磚，還可以600 × 600 mm、800 × 800 mm、900 × 1200 mm大規(guī)格等等；

從上面各種實(shí)驗(yàn)得出：將拋光磚拋光廢料制成內(nèi)墻釉面磚或小地磚，是確實(shí)一種可行方案，可回收生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢料，并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化示范；不僅能為行業(yè)帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的自然和諧發(fā)展！如果陶瓷廢料能充分利用起來(lái)，不但可以解決巨大的環(huán)境危機(jī)，而且可實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)化的生態(tài)發(fā)展。

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