2021-4-9 | 冶金工业论文
实验结果与讨论
1.抛光废渣的热分析：图1是抛光废料室温到1250℃的差热、热重分析图。图中显示由室温到600℃左右，出现了明显的失重，这是吸附水和氯化镁结晶水脱除、氯化镁分解以及废渣沉淀剂氧化的综合结果[3]，由600℃到1050℃左右，热重曲线稍有变化，1050℃以后，热重曲线保持不变，可能是废渣中碳化硅含量不高，并且碳化硅氧化中碳的脱除与氧与硅反应形成一定的互补造成的,其化学反应式为：SiC+2O2=SiO2+CO2↑
2.抛光废渣的发泡特性：抛光废渣中碳化硅含量低，所以在热重分析时碳化硅氧化造成的重量变化不明显，但这不等于对烧成后期的影响不大，实际上，1摩尔碳化硅氧化成氧化硅会放出1摩尔的二氧化碳，放出气体的体积接近碳化硅固体体积的2000倍，所以，即使废渣中碳化硅含量很少，如果烧成时产生的二氧化碳封闭在坯体中，则坯体的密度和强度会显著下降。为了更加详细了解抛光废渣在烧成时的表现，我们将抛光废渣制成试样，利用可视化烧成设备测试了该试样在烧成时的膨胀与收缩现象，结果示于图2。传统的抛光磨头的成分主要有氯化镁、氧化镁、碳化硅等，其中碳化硅可以在较高温度下氧化放出二氧化碳气体。而作为胶凝材料的氯化镁在600℃前分解放出大量的气体。近年新型的抛光磨块的结合剂则为铜基、铝基、铁基的金属合金，以粉末冶金方法与碳化硅或者金刚石磨料烧结一起，金属材料高温虽不会产生气体，但作为杂质也会对陶瓷烧成有一定的影响。从抛光废渣的膨胀收缩曲线（图3）可以看出，抛光废渣试样从900℃左右开始收缩，说明含有磨料的抛光砖废渣，其烧结温度大大降低，出现液相的温度提前，在该温度下已有液相生成，试样开始烧结。收缩持续到在1100℃左右，膨胀开始出现，并且随着温度的升高，几乎直线上升，直到1250℃升温结束。根据膨胀收缩曲线，可以认为在1100℃该试样已经有大量液相存在，此时生成的气体主要被液相包围，随着温度进一步升高，气体压力增大，气体膨胀，由于液相黏度大，坯体中的气体无法及时释放，因此气泡变大，坯体体积增大。随着温度升高，碳化硅不断氧化完全，体积越来越大。
3.分段研究抛光废渣烧结性能：由于抛光废渣的发泡性，在陶瓷墙地砖中使用，生产工艺会变得难以控制，无法保证砖的质量，为此我们将各抛光段废渣分别进行了研究。根据实验统计，在所有抛光废渣中，刮平和100目以前粗抛所产生的废渣占到80%以上，中磨段约10%，细磨段不到10%。抛光生产线各段所用的磨头有所不同，磨块用量和磨削量也不相同，废渣的成分、粒度等有诸多差异，因此我们进行分段取样进行烧结性能测试，结果列于表1。由表可看出，1090℃以下抛光废渣以收缩为主，1138℃抛光废渣已经膨胀，这是由于碳化硅氧化产生气体量过大、此温度废渣中液相量增多，氧化产生气体不能及时排除产生所谓发泡现象，造成坯体体积膨胀；1138℃前随着温度的升高吸水率下降，在1138℃达到最低，说明在此温度，开口气孔逐渐变为闭口气孔。1175℃吸水率上升可能是由于随温度升高玻璃相粘度降低，闭气孔中气体膨胀，气泡破裂，重新形成开口气孔造成。各段废渣比较，细磨段废渣1138℃收缩率最大，1175℃膨胀率最大，同样温度吸水率最小，这说明细磨段废渣的烧结性能与粗磨及中磨段有较大的差别，这是由于细磨段粒度小，高温下烧结活性高，而且废渣中磨块成分的含量最高，即熔剂成分Mg离子含量高，造成高温时玻璃相量较大、粘度较高，故细磨段废渣所形成的气孔以封闭气孔为主。由分段试验可以看出，抛光废渣的收缩膨胀吸水率等烧结性能,与抛光废渣中含有的磨料成分及废渣本身粒度有很大的相关性，如果要在生产中应用，工艺上采取均化步骤是必不可少的，本厂的做法是抛光废渣压滤后，以每批1000吨为一个均化单位，集中堆积后采用挖掘机进行粗均化，取样化验后，再作为陶瓷原料使用。为了提高抛光废渣的利用率、使原料的均匀性更好，采取了分段收集处理抛光废渣的方法：将磨料及溶剂含量少的刮平、粗磨和中磨废渣与细磨废渣分开收集，前段废渣可以直接用于陶瓷砖生产，细磨废渣可以供给轻质砖厂做生产轻质砖的发泡原料，也可以作为原料浆按一定配比加到料浆池中作为原料再利用，这样做的目的是避免因细磨段细度小、含较多电解质，出现浆料流动性差现象，影响球磨及放浆。
4.抛光废渣在墙地砖中的应用试验：为了寻找抛光废渣在陶瓷生产中应用的方法，将一定量均化处理的抛光废渣掺加到不同吸水率坯体中，进行烧结试验。设计的实验方案如下：A－广场砖粉料外加25％抛光砖废渣；B－抛光砖粉料外加25％抛光砖废渣；C－釉面砖粉料外加25％抛光砖废渣。混合料压制成试样后，在对应产品的烧成温度附近进行烧结实验，广场砖和抛光砖的烧成温度为1200℃，釉面砖的烧成温度为1130℃。烧结实验结果列于表2。数据表明，加废渣的抛光砖和广场砖烧成后都有不同程度的膨胀发泡现象，在釉面砖素烧温度下，坯体没有膨胀，砖的吸水率也达到了国家标准17%以下的要求。这是由于釉面砖烧成温度较低，并且素烧工艺有利于坯体排放大量气体。我们已成功地利用抛光砖废渣生产出质量优良的釉面砖，相关生产技术将另文论述。
结语
掺抛光废渣陶瓷发泡的原因是抛光废渣中含的磨料成分SiC氧化反应产生气体的温度比较高，SiC放气阶段陶瓷中产生了大量高粘度液相，妨碍气体排出，产生发泡现象。抛光废渣采用堆场均化、分级收集处理方法，可以达到稳定生产的目的。具体措施是：粗抛段使用金属结合抛光磨块减少废渣中的磨料含量，粗、中磨段的废渣与细磨段分别收集，大量堆积均化后使用，粗、中磨段废渣直接参与配料球磨，细磨段废渣无需球磨配入浆料，进入造粒工艺。不同的陶瓷产品由于配方及烧成工艺不同，决定了是否可以使用烧抛光废渣做原料。根据本实验，抛光废渣可作为原料在烧成温度较低的釉面砖使用，掺加量25%，瓷砖无发泡现象，吸水率符合标准要求。
本文作者：余国明 吕明 李少平 彭诚 王勇 吴建青 单位：广东宏陶陶瓷有限公司 华南理工大学材料科学与工程学院