周錫榮 劉一軍 潘利敏 謝志軍 張松竹

（廣東蒙娜麗莎陶瓷有限公司 廣東 佛山 528211）

陶瓷拋光廢渣在多孔陶瓷中的應(yīng)用研究＊

周錫榮 劉一軍 潘利敏 謝志軍 張松竹

（廣東蒙娜麗莎陶瓷有限公司 廣東 佛山 528211）

以陶瓷拋光廢渣為主要原料制備多孔陶瓷，研究了拋光廢渣在多孔陶瓷中的影響因素，探討了多孔陶瓷孔隙率、容重、斷裂模數(shù)之間的關(guān)系。

拋光廢渣 多孔陶瓷 孔隙率 容重 斷裂模數(shù)

Abstract：The porous ceramics is prepared by using ceramic polished waste as the main material in this paper.The factors of the polished waste in the porous ceramics are researched，and the relationship of the porosity，the bulk density and the rupture module in the porous ceramics is discussed.

Key words：Polished waste；Porous ceramic；Porosity；Bulk density；Rupture module

前言

目前，在我國的陶瓷墻地磚市場(chǎng)中，拋光磚產(chǎn)品占了很大的比例，隨著陶瓷產(chǎn)量的不斷增加，生產(chǎn)拋光磚時(shí)所帶來的副產(chǎn)品拋光廢渣的數(shù)量越來越大，制造1m2的拋光磚大致形成2.1kg左右的拋光磚廢渣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅佛山陶瓷產(chǎn)區(qū)，拋光廢渣的量每年已超過300萬t，而全國拋光廢渣的量估計(jì)在500萬～600萬t［1］。每年這么多的廢渣對(duì)社會(huì)環(huán)境造成巨大壓力，如此大量的廢棄物已經(jīng)無法用簡(jiǎn)單的填埋方法來處理。陶瓷廢料及各類工業(yè)固體廢棄物的堆積占用了大量的土地，影響當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量，污染了地下水質(zhì)，而且陶瓷廢料的填埋耗費(fèi)人力物力，如何變廢為寶，化廢料為資源，已經(jīng)成為科技和環(huán)保部門的當(dāng)務(wù)之急。

多孔陶瓷是一種新型陶瓷材料，它的應(yīng)用越來越廣泛，受到的關(guān)注也越來越多，并有多種制備方法［2］。筆者以陶瓷拋光廢渣為主要原料，并代替普通多孔陶瓷制備過程中添加的成孔劑，對(duì)其在多孔陶瓷中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并對(duì)影響因素進(jìn)行了探討。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

實(shí)驗(yàn)采用的主要原料為本廠陶瓷拋光廢渣、粘土、砂石料，為了保證漿料具有良好的流動(dòng)性能，還使用了少量解膠劑。

1.2 工藝流程

原料均混→原料稱量→球磨→除鐵過篩→造?！尚巍稍铩鸁?。

1.3 分析及性能測(cè)試

采用6400A型火焰光度計(jì)和TN－II化學(xué)成分快速分析儀分析了原料的化學(xué)成分；采用XY9－DXR型多孔陶瓷顯氣孔率容重測(cè)試儀測(cè)試了多孔陶瓷的容重；采用SKZ型數(shù)顯式抗折儀測(cè)試了多孔陶瓷的斷裂模數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 陶瓷拋光廢渣的組成

利用陶瓷拋光廢渣制備多孔陶瓷，它起到兩方面的作用，一是作為一種主要原材料，二是作為多孔陶瓷的成孔劑。因此它必然是多孔陶瓷生產(chǎn)過程中的最為關(guān)鍵原料。一方面它組成成分要滿足原料配方的要求，發(fā)泡性能能滿足制備多孔陶瓷的要求，另一方面它的發(fā)泡特性要相對(duì)穩(wěn)定。關(guān)鍵原料穩(wěn)定與否，決定了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。表1是本廠一年多來不同時(shí)期拋光廢渣的化學(xué)成分分析結(jié)果。

表1 不同時(shí)期拋光廢渣化學(xué)成分分析結(jié)果（質(zhì)量%）

從以上不同時(shí)期拋光廢渣成分分析來看，不同時(shí)期的原料非常不穩(wěn)定，成分波動(dòng)比較大，其中波動(dòng)最大的為CaO、MgO。一般而言，拋光廢渣中MgO含量的多少可以反映拋光廢渣的發(fā)泡能力，拋光廢渣中MgO的含量越高，它的發(fā)泡能力越強(qiáng)，反之亦然。圖1反映了不同時(shí)期拋光廢渣中MgO含量的波動(dòng)范圍。

圖1 不同時(shí)期拋光廢渣中MgO含量

從圖1可以看出，不同時(shí)期拋光廢渣中MgO含量波動(dòng)比較大，這主要與廠家在不同時(shí)期的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整有關(guān)，因此，用它作為多孔陶瓷的主要原材料，產(chǎn)前一定要做好原材料的均混工作，保持產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。什么樣的拋光廢渣能用，什么樣的不能用，應(yīng)該有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，并且維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的范圍。

2.2 拋光廢渣對(duì)漿料性能的影響

通過對(duì)拋光廢渣進(jìn)行試驗(yàn)得知，漿料的觸變性很差，加上觸變性大的粘土，整個(gè)配方所用原料大部分觸變性都比較嚴(yán)重，這將直接影響球磨工序能否順利進(jìn)行，因此，解決漿料的流變性是一個(gè)很重要的問題。為此，我們對(duì)配方添加劑進(jìn)行了研究。改善漿料球磨性能的添加劑一般有無機(jī)添加劑與有機(jī)添加劑兩種。無機(jī)添加劑主要有水玻璃、碳酸鈉等；有機(jī)添加劑則種類比較多，一般都是各種類型的表面活性劑。對(duì)于普通配方用單純的無機(jī)添加劑就能達(dá)到要求，而對(duì)于觸變性很大的漿料，單純用無機(jī)添加劑效果不好。特別是對(duì)拋光廢渣來說，其所含陽離子比較多，如果采用復(fù)合陰離子型表面活性劑，能與其中的陽離子有效絡(luò)合，比單純使用無機(jī)添加劑的效果好很多。經(jīng)過大量試驗(yàn)，獲得了復(fù)合添加劑的最佳比例，很好地解決了漿料觸變性的問題。

2.3 利用拋光廢渣制備多孔陶瓷的原理

采用拋光廢渣能作為多孔陶瓷的主要原材料，主要是由于拋光廢渣所含SiC在高溫下可產(chǎn)生氧化膨脹，能使產(chǎn)品容重變低所致［3］，其反應(yīng)過程為：

反應(yīng)過程所釋放出的CO2在逸出過程中會(huì)使產(chǎn)品急劇膨脹，高溫下由于液相的形成，使得釋放出的CO2被液相包裹形成封閉氣孔。因此，拋光廢渣是一種很好的制備具有封閉氣孔的多孔陶瓷原材料。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率理論，化學(xué)反應(yīng)的快慢主要取決于反應(yīng)物的活化能、反應(yīng)物的濃度與反應(yīng)溫度。在反應(yīng)物的活化能一定的條件下，反應(yīng)條件就由反應(yīng)物的濃度與反應(yīng)溫度決定。反應(yīng)物的濃度越大，反應(yīng)越容易進(jìn)行，因此配方中所含拋光廢渣的量越多，SiC的含量也越多，反應(yīng)進(jìn)行較快，發(fā)泡程度也越大。反應(yīng)溫度與反應(yīng)速率成幾何關(guān)系，根據(jù)范特霍夫理論，溫度每升高10℃，反應(yīng)速率增加2～4倍［4］。因此，控制高火保溫時(shí)間，適當(dāng)延長(zhǎng)高火保溫時(shí)間，能促進(jìn)坯體發(fā)泡膨脹。氧化越充分，發(fā)泡程度越大。因此，多孔陶瓷發(fā)泡程度主要取決于拋光廢渣中所含SiC的比例、拋光廢渣在產(chǎn)品配方中的比例、燒成制度的設(shè)計(jì)（包括燒成時(shí)間、燒成溫度、高火保溫時(shí)間）等因素。

2.4 孔隙率和容重的關(guān)系

多孔陶瓷一般根據(jù)容重來反映其表觀密度，容重與孔隙率是密切相關(guān)的，對(duì)于普通陶瓷材料而言，孔隙率反映了材料燒結(jié)程度的高低，但對(duì)于多孔陶瓷材料，它反映的是多孔陶瓷的發(fā)泡程度。對(duì)于使用普通陶瓷原料作為制備多孔陶瓷原料，雖然配方有些不同，但是它們的真密度差別不會(huì)太大，這樣我們可以簡(jiǎn)單估算產(chǎn)品不同容重所對(duì)應(yīng)的孔隙率。圖2給出了普通多孔陶瓷材料的孔隙率與容重之間的關(guān)系，從圖中可以看出，它們之間幾乎呈線性關(guān)系，這對(duì)生產(chǎn)時(shí)根據(jù)容重判斷孔隙率的多少提供了依據(jù)。

圖2 孔隙率與容重的關(guān)系

2.5 容重與斷裂模數(shù)之間的關(guān)系

圖3 產(chǎn)品容重與斷裂模數(shù)之間的關(guān)系

任何陶瓷產(chǎn)品都不是實(shí)心體，都包含一定的氣孔［5］，氣孔的存在對(duì)材料的強(qiáng)度影響非常大，對(duì)同一種材料而言，孔隙率越高，容重越小，產(chǎn)品斷裂模數(shù)也就越低。通過一系列的實(shí)驗(yàn)研究，我們基本了解了多孔陶瓷容重與斷裂模數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，雖然不同系列產(chǎn)品的配方有所區(qū)別，測(cè)試結(jié)果也會(huì)有波動(dòng)，但還是能夠反映出這兩者之間的關(guān)系。圖3給出了某配方多孔陶瓷在不同溫度下燒結(jié)后其容重與斷裂模數(shù)之間的關(guān)系。

從圖3可以看出，產(chǎn)品斷裂模數(shù)是隨著容重的增加而升高，當(dāng)容重超過1.5g／cm3時(shí)，多孔陶瓷產(chǎn)品強(qiáng)度的增長(zhǎng)有加速的趨勢(shì)。

3 結(jié)論

1）陶瓷拋光廢渣由于含有成孔成分，既是一種制造多孔陶瓷的原材料，又可代替一般多孔陶瓷制備時(shí)采用的成孔劑，不僅可以降低生產(chǎn)成本，還可以變廢為寶，保護(hù)環(huán)境。

2）陶瓷拋光廢渣的成分波動(dòng)比較大，在使用前要做好均化工作，使產(chǎn)品性能保持穩(wěn)定。

3）根據(jù)多孔陶瓷產(chǎn)品的規(guī)格、容重，使用場(chǎng)所的不同要求，應(yīng)采用不同比例的陶瓷拋光廢渣，既使得其作為一種原材料能夠最大限度地利用，也可以保證產(chǎn)品的各項(xiàng)性能滿足要求。

1 侯來廣，劉艷春，曾令可，等.陶瓷廢料在功能性多孔陶瓷制備中的應(yīng)用.佛山陶瓷，2009，19（8）：1～4

2 曾令可，五慧，羅民華，等.多孔功能陶瓷制備與應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006

3 繆松蘭，馬光華，等.建筑陶瓷拋光廢渣制備輕質(zhì)陶瓷材料的研究.陶瓷學(xué)報(bào)，2005，26（2）：71～79

4 天津大學(xué)無機(jī)教研室.無機(jī)化學(xué).北京：高等教育出版社，1994

5 W D.金格瑞，等.陶瓷導(dǎo)論.清華大學(xué)無機(jī)非金屬材料教研組譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1982

Application Research of Ceramic Polished Waste in Porous Ceramics

Zhou Xirong ，Liu Yijun，Pan Limin，Xie Zhijun，Zhang Songzhu（Guangdong Monalisa Ceramics Co.，Ltd.Guangdong，F(xiàn)oshan，528211）

TQ174.

A

1002－2872（2011）02－0017－03

周錫榮（1975－），碩士，工程師；研究方向?yàn)樘沾蓧Φ卮u新材料。E－mail：zhouxirong581＠sohu.com