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        以鋰云母尾砂、粉煤灰為主要原料試制外墻磚

        2010-02-06 12:44:40劉屬興趙俊杰李成平張小鋒余嬈于國強
        陶瓷學(xué)報 2010年1期

        劉屬興 趙俊杰 李成平 張小鋒 余嬈 于國強

        (1.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,景德鎮(zhèn):333001;2.東鵬陶瓷股份有限公司,佛山:528031,3.景德鎮(zhèn)一中分校,景德鎮(zhèn):333001)

        1 前言

        鋰云母尾砂是開采稀有金屬鈮鉭產(chǎn)生的尾礦(尾砂),因其主要礦物成分之一為鋰云母,因此常稱為鋰云母尾砂。如江西宜春鈮鉭礦,開采40多年來,已累積鋰云母尾砂達(dá)數(shù)千萬噸,這些所謂的鋰云母尾砂堵塞河流、污染環(huán)境、破壞生態(tài)平衡,每年需耗費一定經(jīng)費處理尾砂,給企業(yè)的發(fā)展帶來巨大的壓力。近年來,各級政府和企業(yè)對各種工業(yè)、礦業(yè)固體廢物加大投入進(jìn)行綜合治理,因此,綜合利用工業(yè)、礦業(yè)固體廢物成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個重大課題?;诖?,作者開展了鋰云母尾砂在低溫快速燒成外墻磚坯釉配方中的應(yīng)用研究,并成功地研制出一次低溫快速燒成的陶質(zhì)外墻磚制品。

        2 試驗

        2.1 鋰云母尾砂的研究

        2.1.1 鋰云母尾砂的化學(xué)組成

        通過化學(xué)分析,鋰云母尾砂的化學(xué)組成見表1。

        2.1.2 鋰云母尾砂的粒度分析

        鋰云母尾砂的粒度分析見表2。

        2.1.3 鋰云母尾砂的礦物組成

        表1 鋰云母尾砂的化學(xué)組成(w t%)Tab.1 Chemical composition of stags of Lepidolite slag(wt%)

        表2 鋰云母尾砂的粒度分析(%)Tab.2 Particulate size analysis of slags of lepidolite Lepidolite slag(wt%)

        表3 鋰云母尾砂的礦物組成Tab.3 Mineral composition of slags of Lepidolite slag(wt%)

        表4 粉煤灰的化學(xué)組成(%)Tab.4 Chemical composition of flyash phyuite

        表5 坯料中其它原料的化學(xué)組成(%)Tab.5 Chemical Composition of other Raw Materials in Bodies

        通過透射電鏡,光學(xué)體視(雙目)顯微鏡分析,鋰云母尾砂礦物定量分析見表3。

        2.2 粉煤灰的研究

        粉煤灰是來自于景德鎮(zhèn)發(fā)電廠燃煤排出的固體廢物。其顆粒細(xì)度在1~300μm之間,多數(shù)在100μm以下,主要是由玻璃相(約占70~80%)和晶相(占20~30%)組成。玻璃相主要是以圓形玻璃微珠、多孔鋁玻璃體,部分未燃盡的多孔碳粒組成,晶相主要由石英、莫來石、硅灰石、鈣長石、磁鐵礦、赤鐵礦組成,部分晶相被玻璃相包裹,有些顆粒表面粘附著細(xì)小的晶體,單獨存在的晶體較少。其化學(xué)組成見表4。

        2.3 坯料研制

        2.3.1 坯體配方

        在坯體配方中,除了使用鈮鉭礦的尾砂外,外加粉煤灰、紅粘土、長石、珍珠巖、硅灰石、石英。其化學(xué)成分見表5。以鋰云母尾砂5%和8%的用量為基準(zhǔn),采用正交試驗法調(diào)整長石、石英、紅粘土、硅灰石在配方中的用量,經(jīng)試驗得到較為理想的配方,其組成見坯式。

        坯式:

        2.3.2 工藝流程

        配方稱量→球磨→過篩→干燥→造?!惛◥灹希尚蛪号鳌稍铩┯浴鸁伞破?/p>

        2.4 釉料研制

        2.4.1 釉料設(shè)計

        釉用原料化學(xué)成分見表6,化妝土配方組成見表7,釉料配方組成見表8。

        釉式:

        表6 釉用原料化學(xué)組成(%)Tab.6 Chemical Composition of Raw Materials in Glaze

        表7 化妝土配方組成Tab.7 Fomula of Decorative Clay

        表8 釉料配方組成Tab.8 Fomula of Glaze

        2.4.2 工藝流程圖

        鋯英砂細(xì)磨→配料→球磨→過篩→除鐵→陳腐備用

        3 結(jié)果與討論

        3.1 研制結(jié)果

        產(chǎn)品在70米長輥道窯中燒成,燒成氣氛為氧化焰,燒成溫度1100~1110℃,燒成周期為55~60分鐘,燒成曲線見圖1。燒成產(chǎn)品規(guī)格為:200Χ60Χ6mm,產(chǎn)品主要性能見表9。

        圖1 輥道窯燒成曲線Fig.1 Firing Curve of Roller Bearth Klin

        3.2 討論

        (1)鋰云母尾砂中的SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O是主體成分,SiO2的含量為70.20%,說明含有游離石英,可作硅質(zhì)原料引入到外墻磚坯料和釉料配方中,這對提高制品的機械強度,化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性有利。Al2O3的含量為16.20%,主要是以高嶺石礦物形式存在,引入到外墻磚的坯料配方中,可降低配方中的塑性原料(主要是粘土)的用量。K2O的含量為2.10%,Na2O的含量為4.60%。主要是以鉀長石、鈉長石礦物形式存在,可起著良好的助熔作用。Li2O的含量為1.35%,主要以鋰云母礦物形式存在。

        表9 產(chǎn)品性能Tab.9 Properties of Products

        (2)Li+的活動性比K+、Na+強,分子量比K+、Na+小,鋰云母的助熔能力比鉀長石、鈉長石強的多。

        (3)鋰云母有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性,極小的熱膨脹系數(shù),可作為主要原料之一引入到外墻磚產(chǎn)品中。

        (4)鋰云母在高溫時熔解石英的能力比鉀長石、鈉長石強的多,使釉中殘留石英顆粒更加細(xì)小,并促使莫來石晶體的形成,因此更能促使坯釉中間層的形成,使坯釉結(jié)合性能更好。

        (5)鋰云母用于釉料中,增加了釉的高溫流動性、降低了釉的表面張力,有利于坯體中的氣體向釉層擴散,有利于釉中的揮發(fā)性氣體排出,可減少釉面針孔,并提高產(chǎn)品的光澤度。

        (6)鋰云母尾砂在外墻磚釉中的用量以5~8%為宜,用量過多,一方面使釉的高溫流動性過大,另一方面鈮鉭礦中含有少量氟元素,降低釉的白度,甚至引起釉面的輕微的乳濁現(xiàn)象。

        (7)鋰云母尾砂是一種優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料,開展鋰云母尾砂的綜合利用不僅有良好的環(huán)保意義,并且有較好的社會意義和經(jīng)濟價值。

        4 結(jié)論

        (1)坯料配方中鋰云母尾砂的加入量為5%,釉料配方中鋰云母尾砂的加入量8%,產(chǎn)品燒成溫度1100~1110℃,適應(yīng)于輥道窯一次低溫快速燒成,其配料簡單,配方穩(wěn)定,成本低。

        (2)鋰云母尾砂的綜合利用對環(huán)境保護(hù)及提高礦產(chǎn)資源的利用率有較好的實際意義。

        (3)鋰云母尾砂是一種優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料,開展鋰云母尾砂的綜合利用不僅有良好的環(huán)保意義,并且有較好的經(jīng)濟價值。

        (4)鋰云母尾砂在建陶工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用前景。

        1劉屬興等.以瓷石尾砂、千枚巖、紅粘土等劣質(zhì)原料試制外墻磚.中國陶瓷工業(yè),2005,12

        2李家駒,繆松蘭主編.陶瓷工藝學(xué).北京:中國輕工業(yè)高教出版社,1999

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