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        利用陶瓷廢料研制一次燒成3~6%吸水率仿古磚坯體

        2018-05-16 03:17:59黃辛辰
        佛山陶瓷 2018年3期
        關(guān)鍵詞:釉料坯體坯料

        黃辛辰

        (廣東金意陶陶瓷集團有限公司創(chuàng)新與趨勢研究院,528000)

        1 前言

        隨著建筑裝飾材料行業(yè)的不斷發(fā)展,尤其是建筑陶瓷行業(yè)的迅猛發(fā)展,一方面豐富多樣、裝飾效果好的建陶產(chǎn)品給民眾帶來了實惠,提高了生活水平,另一方面也帶來了能源高消耗及環(huán)境壓力大的問題。即使拋開以上問題,單從目前的建筑陶瓷行業(yè)現(xiàn)狀來看,用于建筑陶瓷生產(chǎn)的原料也日益匱乏,相應(yīng)的生產(chǎn)成本也在迅速提高。針對這一現(xiàn)狀,本項目為了降低生產(chǎn)成本,利用回收的陶瓷廢泥、污水處理壓榨泥研制一次燒成吸水率3%≤E≤6%坯體配方。試驗所用的坯體原料及陶瓷廢料均來自本廠及附近原料。

        2 原料及配方設(shè)計原則

        2.1 坯用原料的選擇及配方設(shè)計原則

        根據(jù)3%≤E≤6%吸水率仿古磚的性能及低溫一次快燒工藝要求,結(jié)合實際情況,在坯體配方設(shè)計時考慮以下幾個原則:①盡可能多的使用廣東某企業(yè)原料或其附近原料,降低材料成本;②選用適當?shù)目伤苄栽希腭ば栽霞疤沾蓮U料,得到生坯強度高、干燥及燒成收縮小、生坯散水性優(yōu)良、坯體具有較快的燒成速度和熱傳導(dǎo)性,以避免坯體在快燒過程中產(chǎn)生溫度梯度而造成變形開裂;③符合常規(guī)低溫一次快燒工藝要求;④坯體新配方的膨脹系數(shù)應(yīng)與現(xiàn)有釉料相匹配。

        2.2 原料性能分析試驗

        本次試驗所用的坯體原料及陶瓷廢料化學(xué)組成和部分工藝性能分別見表1、表2。

        3 試驗、生產(chǎn)工藝過程及主要工藝參數(shù)

        3.1 坯體試驗

        坯體配方分2組10個配方試驗,釉料采用廣東某企業(yè)成熟釉料配方試驗,成型采用120T壓機,燒成在廣東某企業(yè)輥道窯中進行??疾斐尚?、生坯強度、干燥性、施釉性能、燒成溫度及時間、燒成收縮、吸水率等,優(yōu)選一個坯體配方(見表3),小試工藝流程見圖1,經(jīng)擴大性試驗后投入生產(chǎn)。

        圖1 小試工藝流程

        3.2 生產(chǎn)工藝過程

        生產(chǎn)采用一次快燒工藝,工藝流程見圖2。

        3.3 主要工藝參數(shù)

        生產(chǎn)工藝參數(shù)見表3。

        表1 原料的化學(xué)組成(wt%)

        表2 原料部分工藝性能

        圖2 生產(chǎn)工藝流程

        表3 生產(chǎn)工藝參數(shù)

        4 試驗結(jié)果與討論

        4.1 坯體化學(xué)組成分析

        坯體化學(xué)組成見表4。

        坯式:

        該配方燒成后屬細炻質(zhì),坯料組成特點如下:①SiO2含量高,Al2O3含量低。硅鋁摩爾比(SiO2/Al2O3)為 6.6;②熔劑組成 RO=0.2505,R2O=0.2803,RO+R2O=0.5308,RO/R2O=0.8937;③坯料的燒失量小。生產(chǎn)實踐表明,該組成適合一次低溫快燒。

        4.2 燒成分析

        合理的升溫、保溫、降溫制度是保證產(chǎn)品各項物理性能的基礎(chǔ),也是形成良好釉面的關(guān)鍵因素。470℃以前是預(yù)熱低溫階段,升溫速度對坯體和釉面質(zhì)量影響不大,可采用較快的升溫速度,本項目以60℃/min左右的速度完成此階段的升溫。470~1100℃左右是氧化分解階段,此時坯體排出結(jié)構(gòu)水,碳和有機物氧化,碳酸鹽和硫酸鹽分解,石英發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變,一方面需要大量的熱,另一方面要適當放慢升溫速度,此階段升溫速度控制在40~45℃/min,盡量加長此階段的燒成時間。1100~1170℃為坯體燒結(jié),釉層?;A段,坯體液相量增多,氣孔被填充,發(fā)生急速收縮,升溫應(yīng)均勻平緩,宜用20℃/min的升溫速度到最高燒成溫度。到達1172±5℃后采用保溫方式。1170~650℃由于坯體液相還處于液體狀態(tài),可進行急冷。650℃以下由于液相開始凝固,石英晶型轉(zhuǎn)化,應(yīng)緩冷。

        此產(chǎn)品燒成周期為57 min,燒成曲線如圖3所示。

        圖3 釉燒窯燒成曲線

        為了使配方設(shè)計合理化,分別對坯體進行了熱失重分析、差熱分析測定。

        表4 坯體化學(xué)組成(質(zhì)量%)

        從坯體的熱失重曲線圖(見圖4)可以看出,500℃以前失重量較小,僅為1.5%,是坯體中吸附水的排出。從500℃~640℃,失重為2.9%,產(chǎn)生的原因是結(jié)合水在此溫度階段被快速排除,這非常有利于制品在燒成時消除釉面針孔,同時,在此溫度階段升溫速度應(yīng)該稍慢一些。從640℃~1140℃失重量僅為0.6%,主要是坯體中微量的碳酸鹽分解所致。此坯料加熱到1140℃時,整個反應(yīng)基本完成,總失重量僅為5.0%。

        圖4 坯體TG曲線圖

        從坯體的差熱曲線圖(見圖5)可以看出,室溫到490℃左右曲線下滑,吸附水、結(jié)構(gòu)水吸熱后脫除。490℃~560℃有一個明顯的放熱峰,峰值在530℃達到最大,此溫度階段主要是有機物氧化分解。然后從560℃持續(xù)吸熱至970℃左右。978.4℃吸熱谷顯示坯體中碳酸鹽和硫酸鹽類原料的分解溫度,此吸熱谷較小,說明坯體原料中所含碳酸鹽和硫酸鹽類礦物較少。

        4.3 坯體晶相分析

        將坯體進行XRD測試。從1170℃燒制下保溫6min坯體的XRD圖譜(見圖6)可以看出,莫來石化程度較低,含量僅為19%,主要是細小的莫來石晶體群,石英含量最高,占56%,非晶相含量為25%。

        4.4 坯體主要性能指標

        坯體的主要性能測試結(jié)果如表5。測試結(jié)果表明,坯體的各項性能指標均符合國家標準GB/T4100-2006要求。

        圖5 坯體DTA曲線圖

        表5 燒成后主要性能指標

        4.5 坯釉匹配分析

        本試驗?zāi)繕耸菍υ信黧w配方進行置換,釉料配方不變。通常釉抗壓應(yīng)力的能力大于抗拉應(yīng)力的10倍以上,因此坯體的膨脹系數(shù)應(yīng)略大于釉的膨脹系數(shù),使釉層處于微壓狀態(tài)。坯釉體積膨脹系數(shù)之差控制在(1~4)×10-6/℃之間為宜。

        分別對上述配方設(shè)計的坯料和底、面釉料進行熱膨脹系數(shù)進行比較,結(jié)果表明,坯料和底、面釉料熱膨脹系數(shù)之差基本上在(1~4)×10-6/℃之間,證明本次試驗坯體配方與原有釉料之間是相匹配的。

        坯料、底面釉膨脹系數(shù)與溫度范圍的關(guān)系見表6。

        表6 坯料、底面釉膨脹系數(shù)

        5 結(jié)論

        (1)通過試驗及生產(chǎn)驗證,陶瓷廢料引入仿古磚坯體配方中切實可行,能夠滿足本項目一次燒成性能和質(zhì)量要求。

        (2)陶瓷廢料與坯料的成分相近,水分低而穩(wěn)定,對坯體收縮率影響很小,可作為瘠性料使用,燒成制度也較容易控制。配方中引入陶瓷廢料,需外加適量坯體增強劑以增加坯體的抗脆性與抗折強度。

        (3)仿古磚坯體需通過釉面裝飾進行遮蓋,故可降低坯體對原料的白度要求,從而消化合乎需求的陶瓷廢料。利用陶瓷廢料生產(chǎn)仿古磚坯體,能有效的解決企業(yè)廢棄物的排放所引起的環(huán)境破壞并緩解企業(yè)廢料的堆積問題,降低生產(chǎn)成本,提高資源利用率。

        (4)陶瓷廢料應(yīng)用前應(yīng)進行均化處理,以保持組成的相對穩(wěn)定,對生產(chǎn)質(zhì)量控制有益。

        參考文獻

        [1]黃惠寧.一次低溫快燒高強瓷質(zhì)外墻磚的研制[J].陶瓷,1999(1).

        [2]李家駒主編.陶瓷工藝學(xué)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2001.

        [3]蔡祖光.陶瓷工業(yè)廢料廢渣的處理[J].佛山陶瓷,2002.

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        [6]鄭樹龍.陶瓷磚拋光廢渣回收利用及產(chǎn)品的性能研究[J].佛山陶瓷,2007。

        [7]羅淑芬.陶瓷工業(yè)廢渣在陶瓷磚坯料中的應(yīng)用.佛山陶瓷,2009(4)。

        [8]謝澤林.工業(yè)廢渣在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用[J].陶瓷資源綜合利用學(xué)術(shù)論文集,2010。

        [9]黃惠寧.拋光廢渣在陶瓷磚中的應(yīng)用及現(xiàn)狀 [J].佛山陶瓷,2012(7)。

        [10]熱分析在建筑陶瓷材料的應(yīng)用[J].

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