基于二次包裹的低品位礦物原料在建筑陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用*

黃玲艷 鐘辛子 曹麗云 黃劍鋒 劉一軍 歐陽(yáng)海波，

(1 蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司 廣東 佛山 528211)

(2 陜西科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 西安 710021)

前言

建筑陶瓷產(chǎn)品多選用不可再生的礦物資源作為原料[1]。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著長(zhǎng)時(shí)間、規(guī)?；馁Y源開(kāi)采，國(guó)內(nèi)礦物資源開(kāi)采成本逐漸提升，水土流失等關(guān)聯(lián)性環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重[2,3]。為此，如何提高礦物資源的利用率，實(shí)現(xiàn)低品位礦物原料在生產(chǎn)中的應(yīng)用成為領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點(diǎn)[4]。本文采用二次包裹技術(shù)對(duì)特定配方的坯體粉料進(jìn)行表面預(yù)處理，同步優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提升低品位礦物原料的利用價(jià)值，對(duì)其應(yīng)用于建筑陶瓷領(lǐng)域具有較大指導(dǎo)意義。

1 低品位原料及坯料配方的優(yōu)化

1.1 低品位原料

低品位原料指受當(dāng)前技術(shù)限制，因主晶相成分低或雜質(zhì)較多而難以實(shí)現(xiàn)利用的原料。在建筑陶瓷的實(shí)際生產(chǎn)中，采用低品位礦物原料制備出的瓷質(zhì)磚色調(diào)不穩(wěn)定、白度低，無(wú)法直接作為通體瓷磚二次加工[5]。其次，低品位礦物可能含有Fe、Mn等雜質(zhì)元素，致使陶瓷產(chǎn)品出現(xiàn)耐火度降低、燒成區(qū)間窄化等技術(shù)問(wèn)題和黑心、翹曲等質(zhì)量問(wèn)題[6,7]。因此，基于低品位原料的特性，開(kāi)展坯料配方的優(yōu)化尤為關(guān)鍵。

1.2 坯料配方的優(yōu)化

低品位原料來(lái)源于廣東蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司，其化學(xué)成分如表1所示。由表1可知，低品位原料中含有Fe2O3、TiO2等多種雜質(zhì)相。同時(shí)，針對(duì)低品位原料的組分特點(diǎn)，圍繞以下三點(diǎn)開(kāi)展坯料配方的優(yōu)化：

表1 低品位原料化學(xué)成分(wt%)

(1)從工藝的角度，擬采用除鐵、過(guò)篩的工藝方法降低低品位原料雜質(zhì)含量；

(2)從原料的角度，為了維持生產(chǎn)配方的穩(wěn)定，引入適量鋁礬土、黑滑石以彌補(bǔ)低品位原料化學(xué)成分的不足；

(3)從性能的角度，結(jié)合廣東周邊地區(qū)原料的特色，適當(dāng)引入水洗紅土、高鋁粘土、低質(zhì)鉀鈉砂等高鋁含量、低白度且低成本的原料作為復(fù)合相，以提升材料的耐火度和力學(xué)強(qiáng)度。以低品位原料為主相，經(jīng)組分優(yōu)化后的坯料配方化學(xué)成分如表2所示。

表2 經(jīng)優(yōu)化坯料化學(xué)成分(wt%)

2 表面二次包裹技術(shù)及其應(yīng)用研究

2.1 粉料表面二次包裹技術(shù)

粉料表面二次包裹技術(shù)是指借助多種層外包裹方法，在原有坯料粉體的表面生成特殊包裹層，實(shí)現(xiàn)對(duì)坯料粉體結(jié)構(gòu)的改性，進(jìn)而賦予其獨(dú)特的功能[8,9]?；诮?jīng)配方優(yōu)化后的低品位原料配方體系和現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，圍繞以下三點(diǎn)設(shè)計(jì)粉料表面二次包裹技術(shù)：

(1)優(yōu)選水分含量介于0.18%～0.2%，顆粒粒徑介于35 μm～45 μm的無(wú)機(jī)色料或納米級(jí)ZrSiO4作為包裹劑；

(2)球磨過(guò)程中添加適量顆粒增強(qiáng)劑，以防止坯體顆粒因強(qiáng)度過(guò)低發(fā)生破損，影響二次包裹效率；

(3)嚴(yán)格控制粉料的水分含量。粉料水分適宜偏濕，可利于包裹粒子的吸附。

2.2 二次包裹技術(shù)的應(yīng)用研究

2.2.1 二次包裹粉料的傳送與防護(hù)

由于靜電排斥作用，傳統(tǒng)的輸送帶傳輸難以吸附粉塵，易造成原料損耗和環(huán)境粉塵污染。如圖1所示，為優(yōu)化改性粉料的傳送工藝，設(shè)計(jì)了BB1～BB4四個(gè)獨(dú)立的改性粉體喂料倉(cāng)，可將類(lèi)別不同的二次包裹粉體原料儲(chǔ)存其中以備用。其次，動(dòng)力源負(fù)壓泵VP1R1可通過(guò)切換管道電磁閥，將經(jīng)改性的二次包裹粉體通過(guò)真空吸管道傳輸?shù)絎L1R1～WL4R1四個(gè)存料箱中，以防止粉體發(fā)生逸散和環(huán)境污染。

圖1 表面二次包裹粉料設(shè)備及生產(chǎn)流程圖

此外，傳統(tǒng)的送料生產(chǎn)通常采用間歇式攪拌斗攪拌的方式，即每次將800 kg～1 000 kg的粉料送至攪拌斗中作業(yè)，待作業(yè)完畢、攪拌斗完全放空后再二次送料。但該種送料方式存在三個(gè)方面的弊端：

(1)開(kāi)機(jī)滿斗時(shí)重量大，瞬時(shí)功率高，高負(fù)載對(duì)設(shè)備損傷較大，損耗電能較多；

(2)攪拌效果較差，若攪拌時(shí)間過(guò)短則難以實(shí)現(xiàn)較好的包裹，若攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則致使原料破碎；

(3)工作效率較低[10]。

基于以上不足，設(shè)計(jì)出連續(xù)式快速攪拌系統(tǒng)。攪拌筒M1R1在空載時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后混合粉料經(jīng)輸送帶B1R1從左邊連續(xù)進(jìn)料、右邊連續(xù)出料，粉料經(jīng)一個(gè)約60°的斜面以滑落方式進(jìn)入攪拌筒，再經(jīng)攪拌筒內(nèi)鑄造的螺旋通道形成粉料流。同時(shí)，螺旋通道內(nèi)還設(shè)計(jì)有多層的葉片，當(dāng)粉料流沿著螺旋通道滾動(dòng)前進(jìn)時(shí)，內(nèi)部的多層葉片結(jié)構(gòu)可以將粉料流充分打散，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率、均勻混合粉料的目的。

2.2.2 二次包裹粉料的分散

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)二次包裹的粉料顆粒在破碎、球磨等工藝流程中易因摩擦而帶上異種電荷，進(jìn)而發(fā)生相互吸引、顆粒團(tuán)聚的現(xiàn)象。

為了防止經(jīng)二次包裹的粉料顆粒發(fā)生團(tuán)聚，可采用靜電分散器對(duì)二次包裹粉料進(jìn)行分散處理。在WL1R1-WL4R1四個(gè)存料箱中裝備有高壓電源，高壓電源可以借助電暈放電電離周?chē)諝?，使之帶同種電荷。因此，當(dāng)細(xì)小的二次包裹粉料經(jīng)過(guò)WL1R1～WL4R1四個(gè)存料箱時(shí)，顆粒之間會(huì)因附有同種電荷而發(fā)生靜電排斥，從而實(shí)現(xiàn)二次包裹粉料的均勻分散。

2.2.3 二次包裹粉料配比的控制

經(jīng)優(yōu)化的生產(chǎn)線由電腦全程自動(dòng)化控制，低品位原料粉體存貯在H1R1粉倉(cāng)內(nèi)，借助壓力傳感器動(dòng)態(tài)監(jiān)控內(nèi)部實(shí)時(shí)的料位高度。

同時(shí)，由懸掛式皮帶電子秤WBH1R1控制基料的流量，四種包裹用高質(zhì)粉料分別由螺旋推進(jìn)式電子秤VS1R1～VS4R1控制流量?；诖?，可根據(jù)坯料配方要求，通過(guò)調(diào)控WBH1R1皮帶和VS1R1～VS4R1螺旋推進(jìn)器的速度，將多種原料在輸送帶B1R1上快速混合，以精確控制二次包裹粉料的配比，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)景對(duì)配方進(jìn)行快速切換，提升生產(chǎn)效率。

此外，采用自動(dòng)化系統(tǒng)和電子秤對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行數(shù)字化控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)、精準(zhǔn)配料，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。經(jīng)優(yōu)化后的數(shù)控化操作模式可在多個(gè)坯體配方中快速切換，單系統(tǒng)可基于2～3個(gè)獨(dú)立配方平行調(diào)配，可同時(shí)滿足四條大型窯爐生產(chǎn)線的配料需求。

3 結(jié)論

(1)基于低品位礦物原料組成，優(yōu)化坯體粉料配方，對(duì)粉料表面進(jìn)行二次包裹改性，可以有效提高低品位礦物原料的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)廢舊資源二次利用，降低生產(chǎn)成本。

(2)粉料表面二次包裹技術(shù)可選用含水率介于0.18%～0.2%、粒徑介于35 μm～45 μm的無(wú)機(jī)色料或納米級(jí)ZrSiO4作為包裹劑，優(yōu)選高強(qiáng)度粉料作為原料。

(3)經(jīng)優(yōu)化的生產(chǎn)線可借助智能化系統(tǒng)指導(dǎo)自動(dòng)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)二次包裹粉料的優(yōu)選和分散，提高生產(chǎn)效率，滿足大型窯爐生產(chǎn)線的配料需求。