拋釉廢渣在低吸水率釉面磚中的應用研究*

黃玲艷 周錫榮

(1 蒙娜麗莎集團股份有限公司 廣東 佛山 528211)

(2 廣東省大尺寸陶瓷薄板企業(yè)重點實驗室 廣東 佛山 528211)

近年來陶瓷墻地磚發(fā)展很快,之前市場上主要是拋光磚,而現(xiàn)在的市場上是拋釉磚占據(jù)了主導地位。無論是拋光磚還是拋釉磚,磚坯在磨邊、拋光過程中都有一部分表層被切削了成為了陶瓷廢渣,以前的廢渣大多是填埋處理,造成資源浪費嚴重。但隨著企業(yè)環(huán)保意識不斷加強,廢渣基本上只能內部消化。這樣不僅保護了環(huán)境,也有利于促進陶瓷產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

對于陶瓷廢渣的循環(huán)利用,研究人員做了不少的相關工作,筆者本人曾利用拋光廢渣研究了拋光廢渣在多孔陶瓷中的應用,研制了大規(guī)格輕質陶瓷板[1～2]。有研究人員利用廢渣制備了自保溫墻體材料[3],也用利用廢渣特性制備微晶玻璃[4]及新型建材[5],也有研究者依據(jù)不同工序產(chǎn)生的廢渣性質以及不同分類收集使用[6]。

筆者從拋釉廢渣循環(huán)利用角度出發(fā),利用其與拋光廢渣差異特性,結合其理化性能,進行了它在低吸水率瓷磚中的應用研究,消化陶瓷廠產(chǎn)生的廢渣,減少其對社會資源的占用和危害。

1 實驗

1.1 實驗原料

實驗采用的主要原料為拋釉廢渣,該廢渣是拋釉磚經(jīng)磨邊、拋光后的碎屑經(jīng)沉淀、壓濾處理過的廢料,其它原料還有部分粘土、砂石料。各原料化學成分分析結果見表1。

1.2 工藝流程及參數(shù)

1.2.1 工藝流程

工藝流程為:原料均混→原料稱量→球磨→除鐵過篩→造?！尚巍稍铩鸁伞ミ?/p>

1.2.2 工藝參數(shù)

漿料細度:1.0%～1.2% (250目篩余);

漿料流速:40～70 s;

漿料密度:1.69～1.71 g/cm3;

面料顆粒級配:30目上:≤15%;

30～60目:70%～80%;

60～80目:8%～12%;

粉料水分:7.0%～7.6%;

成形厚度:(10.7±0.3)mm;

成形壓力:33 000 k N;

底釉:100～120 g(600 mm×600 mm);

面釉:140～160 g(600 mm×600 mm);

燒成溫度:1 080～1 095℃;

燒成周期:50～60 min。

1.3 性能測試及表征

采用XRF熒光X 射線分析儀分析了原料及配方的化學成分;采用SKZ型數(shù)顯式抗折儀測試了多孔陶瓷的斷裂模數(shù);采用Dino-Lite顯微鏡觀察了產(chǎn)品截面形貌、氣孔大小及分布情況。

2 結果與討論

2.1 拋釉廢渣性能研究

拋釉廢渣主要來源于拋釉磚的釉面層和彈性磨塊的碎屑以及聚合鋁添加劑等。拋光污水經(jīng)收集、沉淀、壓濾、破碎、均混過程,就可作為原材料使用的拋釉廢渣。對于產(chǎn)品結構復雜、多變的企業(yè)來說,廢渣成分波動較大,由于廢渣在配方中使用量大,產(chǎn)品是否穩(wěn)定的關鍵之一在于廢渣的成分能否穩(wěn)定,因此,在應用前一定要混合均勻。

拋釉廢渣含有彈性磨塊碎屑,彈性磨塊主要由樹脂和金剛石磨料組成。金剛石在高溫下就會氧化,釋放出的氣體如果不能完全排出,會導致坯體膨脹。因此,在坯體里使用拋釉廢渣時,關鍵是要注意盡量避免坯體發(fā)泡。

圖1是拋釉廢渣在不同溫度下的吸水率。

圖1 拋釉廢渣在不同溫度下的吸水率

從圖1中可以看出,當窯爐溫度超過1 095℃時,坯體吸水率逐漸變大,說明這時坯體開始膨脹。

圖2 是拋釉廢渣在不同溫度下的收縮率。在1 095℃時,坯體的收縮達到最大,然后隨著溫度的升高,收縮率逐漸減小。

圖2 拋釉廢渣在不同溫度下的收縮率

圖1和圖2的結果說明,在1 095℃時,坯體的收縮與膨脹達到了平衡,隨著溫度繼續(xù)升高,坯體的膨脹占據(jù)了優(yōu)勢。這是因為在高溫下,坯體里的金剛石開始氧化,釋放出的氣體在坯體里被液相包裹,溫度升高,氧化加劇,氣體膨脹,液相量增加使得氣體無法排出,坯體出現(xiàn)膨脹。

圖3是拋釉廢渣在不同溫度下燒成的內部形貌。

圖3 拋釉廢渣在不同溫度下的內部形貌

從圖3中可以看出,拋釉廢渣在1 060℃以下燒成時,基本看不到氣泡的存在,當溫度升到1 095 ℃時,有少量的小氣泡釋放出來;當溫度升到1140℃時,氧化程度加劇,釋放出大量的氣泡因液相的產(chǎn)生而留在坯體里。因此,要生產(chǎn)品質優(yōu)異的產(chǎn)品,關鍵是燒成溫度范圍的控制。

2.2 拋釉廢渣在低吸水率釉面磚中的應用研究

低吸水率指吸水率在3%以下,包括瓷質磚和炻瓷磚。在進行這兩類產(chǎn)品的研究時,考慮到生產(chǎn)特點,采取了相同的燒成制度,通過調節(jié)配方組成來控制坯體的吸水率。配方體系的設計取決于所選用原材料、坯釉匹配性、工藝制度和坯體的理化性能的要求。

在本研究中,筆者根據(jù)拋釉廢渣的性能以及廢渣回收利用效率,設計廢渣的加入量為40%～50%。

低吸水率釉面磚坯體化學組成范圍如表2所示。

表2 坯體化學組成范圍(質量%)

瓷質磚和炻瓷磚采用了相同的工藝制度,在燒成制度相同的情況下,從配方設計上體現(xiàn)了差別。從拋釉廢渣化學組成來看,廢渣助熔作用明顯,可以大大降低窯爐燒成溫度,實現(xiàn)低溫燒成[7]。根據(jù)廢渣在高溫下發(fā)泡的特性,為了避免坯體發(fā)泡嚴重,窯爐燒成溫度控制在1 095℃以下。

表3是不加廢渣瓷質磚與添加廢渣瓷質磚、炻瓷磚坯體配方的燒成溫度對比。

表3 瓷質磚和炻瓷磚燒成溫度對比

從表3中可以看出,添加廢渣瓷質磚比不添加廢渣瓷質磚燒成溫度低約70℃,降低了窯爐燒成溫度,從而達到節(jié)能的效果。加廢渣炻瓷磚比加廢渣瓷質磚配方燒結點低約15℃,在相同的燒成制度下,坯體沒有完全成瓷,坯體吸水率控制到符合炻瓷磚標準。

600 mm×600 mm 規(guī)格產(chǎn)品具體的性能參數(shù)與技術指標對比見表4(各項參數(shù)符合國家標準)。

表4 瓷質磚和炻瓷磚性能參數(shù)

2.3 工藝制度的影響

拋釉廢渣在1 095℃以上開始發(fā)泡越來越嚴重,因此配方的設計溫度要充分考慮到這一點,燒成制度的設計也要以此為依據(jù)。由于磚形的變化等因素的影響導致窯爐經(jīng)常會升溫,所以在燒成制度的設計時要有一定的彈性,調整的上限不要超過1 095℃,燒成周期為50～60 min。圖4為低吸水率釉面磚燒成曲線。

圖4 低吸水率釉面磚燒成曲線

表5為普通瓷質有釉磚和添加了45%的拋釉廢渣的瓷質有釉磚坯體密度對比結果。其結果顯示,有廢渣的磚密度要略低,這是因為拋釉廢渣在1 090℃附近已經(jīng)有少量發(fā)泡。

表5 體密度對比

表5指出,添加45%拋釉廢渣的配方比不添加拋釉廢渣的配方降低燒成溫度達70℃以上,相比普通瓷質磚而言,實現(xiàn)了低溫燒成。

目前很多廠家在做有釉磚時都省略了施底釉工序,為了應對坯體在高溫下的發(fā)泡,本研究設計了施底釉工藝,既可以增加釉料的遮蓋能力,又可以抑制坯體里氣體的排出,不影響釉面質量。

圖5是含45%廢渣的瓷質有釉磚防污試驗結果。

圖5 含45%廢渣的有釉磚防污試驗結果

從圖5可以看出,只有面釉沒有施底釉的瓷質磚釉面出現(xiàn)了一定程度的滲污,而有施底、面釉的磚坯釉面表面保持較好,基本沒有受到影響,防污性能良好。由于釉層會封閉一部分氣泡,為了避免拋后產(chǎn)生大量的針孔,高摻入量拋釉廢渣配方不合適生產(chǎn)拋釉磚,可以根據(jù)應用場所需要設計各種風格的仿古磚。

表6是幾大磚種燒成平均能耗相關數(shù)據(jù)。

表6 配方的燒成能耗對比

從表6可以看出,添加45%拋釉廢渣的配方平均燒成能耗整體降低25%以上,節(jié)能效果十分顯著。

3 結論

(1)本項目研究了拋釉廢渣循環(huán)利用技術,通過對拋釉廢渣的性能研究,研究開發(fā)了拋釉廢渣在瓷質、炻瓷釉面磚的配方體系和工藝制度。

(2)生產(chǎn)瓷質、炻瓷磚采用了相同的燒成制度,通過適當調整配方控制吸水率的范圍,方便了窯爐車間的操作。

(3)配方中拋釉廢渣添加量達40%以上,實現(xiàn)了低溫燒成,節(jié)能減排效果顯著。