吳慶文 ，劉艷娟

(1. 景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)，江西 景德鎮(zhèn) 333403；2. 唐山學(xué)院，河北 唐山 063000)

0 引 言

隨著鐵礦的開發(fā)，鐵尾礦越來越多，不僅占用耕地，而且也會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)，為此材料工作者對(duì)其綜合利用進(jìn)行了深入研究[1-3]。目前，鐵尾礦可以用于充填采空區(qū)、制備建筑材料及建筑裝飾材料等[4-8]。本文擬利用鐵尾礦為主要原料，采用可塑成型法制備輕質(zhì)保溫磚[9-10]，開辟鐵尾礦應(yīng)用的新領(lǐng)域。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)所用原料

實(shí)驗(yàn)所用主要原料見表1。

1.2 實(shí)驗(yàn)所用主要設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用主要設(shè)備有：KM-1快速研磨機(jī)，湘潭華豐儀器制造有限公司；SX2箱式電阻爐，湘潭華豐儀器制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

以鐵尾礦及紫木節(jié)粘土為主要原料，加入5wt.%-25wt.%成孔劑及少量外加劑，經(jīng)研磨混合、困料、可塑成型、干燥和燒成，制成鐵尾礦輕質(zhì)保溫磚。其工藝流程如圖1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)所用主要原料Tab.1 Main materials for experiments

圖1 鐵尾礦制備輕質(zhì)保溫磚工藝流程Fig.1 Preparation of light-weight insulating brick with iron tailing

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 成孔劑及加入量對(duì)輕質(zhì)保溫磚氣孔率和抗壓強(qiáng)度的影響

考慮到可塑成型泥料成型的可能性，確定鐵尾礦與粘土比例為4 : 1(質(zhì)量比)。

選取白云石、碳酸鈣、碳酸鎂、煤粉做成孔劑，加入量分別為(質(zhì)量百分比)5wt.%、10wt.%、15wt.%、20wt.%、25wt.%于1100 ℃燒成，保溫20 min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可見，隨著成孔劑加入量的增加，氣孔率逐漸增加。其中白云石成孔率高，煤粉成孔率雖然也高，但因其含有硫等組份，其燃燒對(duì)環(huán)境存在一定的影響。對(duì)白云石而言，其加入量增加到一定程度時(shí)，氣孔率隨白云石加入量逐漸上升的速率降低，故白云石加入量取20wt.%，其氣孔率為65.7 vol.%。

選取白云石做成孔劑，1100 ℃燒成、保溫20 min，試樣抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果見表3。

由表3可知，隨著白云石加入量的增加，抗壓強(qiáng)度逐漸下降。這是由于隨著白云石加入量增加，氣孔率增加，承載壓力截面積變小，故抗壓強(qiáng)度降低。當(dāng)白云石加入量達(dá)25wt.%時(shí)，抗壓強(qiáng)度突然下降，且強(qiáng)度較低。

表2 成孔劑及加入量對(duì)輕質(zhì)保溫磚氣孔率的影響Tab.2 Effect of the pore-forming agent amount on the porosity of light-weight insulating brick

表3 白云石加入量對(duì)輕質(zhì)保溫磚抗壓強(qiáng)度的影響Tab.3 Effect of the dolomite doping amount on the compressive strength of light-weight insulating brick

由以上氣孔率和抗壓強(qiáng)度的綜合分析可知，選取白云石作為成孔劑，在加入量20wt.%時(shí)，其氣孔率達(dá)65.7vol.%、抗壓強(qiáng)度為7.1 MPa。既能保證材料具有較高的氣孔率，同時(shí)具有較高的抗壓強(qiáng)度。

2.2 燒成溫度對(duì)輕質(zhì)保溫磚氣孔率和抗壓強(qiáng)度的影響

以白云石做成孔劑，加入量為20wt.%，分別于1000 ℃、1050 ℃、1100 ℃、1150 ℃、1200 ℃下進(jìn)行燒成，在最高溫度下的保溫時(shí)間均為20 min。

升溫制度設(shè)定為：室溫-300 ℃，升溫速度為5 ℃/min；300-700 ℃，升溫速度為10 ℃/min；700 ℃-最高燒成溫度，升溫速度為15 ℃/min。

制備的試樣氣孔率見表4，抗壓強(qiáng)度見表5。

由表4可見，隨著燒成溫度的提高，氣孔率逐漸增加，但在1050-1150 ℃時(shí)氣孔率變化不太明顯。當(dāng)溫度升高到一定程度，氣孔率反而下降，原因是當(dāng)溫度過高時(shí)產(chǎn)生液相，提高多孔輕質(zhì)保溫磚致密度，導(dǎo)致氣孔率下降。

由表5可知，燒成溫度升高，材料抗壓強(qiáng)度逐漸提高，但1100 ℃以后變化不大，且在1200 ℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降。隨著燒成溫度的提高，燒結(jié)致密性提高，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度提高。溫度過高時(shí)，可能因?yàn)椴ＡЩ瘒?yán)重，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低。

表 4 燒成溫度對(duì)輕質(zhì)保溫磚氣孔率的影響Tab.4 Effect of the fi ring temperature on the porosity of light-weight insulating brick

表5 燒成溫度對(duì)輕質(zhì)保溫磚抗壓強(qiáng)度的影響Tab.5 Effect of the fi ring temperature on the compressive strength of light-weight insulating brick

表6 保溫時(shí)間對(duì)輕質(zhì)保溫磚氣孔率的影響Tab.6 Effect of the holding time on the porosity of light-weight insulating brick

表7 保溫時(shí)間對(duì)輕質(zhì)保溫磚抗壓強(qiáng)度的影響Tab.7 Effect of the holding time on the compressive strength of light-weight insulating brick

綜上所述，較為合理的燒成溫度為1100 ℃。

2.3 保溫時(shí)間對(duì)輕質(zhì)保溫磚氣孔率和抗壓強(qiáng)度的影響

以白云石為成孔劑，加入量為20wt.%、燒成溫度為1100 ℃，改變保溫時(shí)間進(jìn)行燒成，保溫時(shí)間確定為10 min、15 min、20 min、25 min、30 min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6，材料抗壓強(qiáng)度隨保溫時(shí)間的變化見表7。

由表6可見，保溫時(shí)間長，將促進(jìn)分解反應(yīng)的進(jìn)行，有助于氣孔的形成。但達(dá)到一定程度，反應(yīng)一旦結(jié)束，延長保溫時(shí)間，將促進(jìn)燒結(jié)過程的進(jìn)行，導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)填充到氣孔之中，氣孔率下降。

由表7顯示，隨著保溫時(shí)間的增加，燒結(jié)逐漸致密，抗壓強(qiáng)度逐步提高。但到一定程度，燒結(jié)趨于完全，使得抗壓強(qiáng)度變化不明顯且過長的保溫時(shí)間還會(huì)導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度的下降及能源消耗的增加。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合理的保溫時(shí)間確定為20 min。

2.4 合理工藝技術(shù)條件下試樣的體積密度測試

以鐵尾礦和紫木節(jié)粘土為主要原料，白云石為成孔劑，輔以少量外加劑，在白云石加入量20wt.%、燒成溫度1100 ℃、保溫時(shí)間20 min的條件下制備輕質(zhì)保溫磚，并對(duì)其進(jìn)行體積密度測試。測試結(jié)果表明：該輕質(zhì)保溫磚試樣體積密度為1.10 g/cm3,符合輕質(zhì)保溫磚的密度要求(0.75-1.20 g/cm3)。

3 結(jié) 論

以鐵尾礦和紫木節(jié)粘土為主要原料、輔以少量外加劑，加入成孔劑，可制備鐵尾礦輕質(zhì)保溫磚。所選四種成孔劑，白云石較好，在白云石加入量20wt.%、燒成溫度1100 ℃、保溫時(shí)間20 min條件下，可制備出較好的輕質(zhì)保溫磚，其氣孔率達(dá)65.7 vol.%，符合MJ5.0標(biāo)準(zhǔn)(強(qiáng)度 ≥ 5.0 MPa)要求；體積密度為1.10 g/cm3,符合輕質(zhì)保溫磚的密度要求(0.75-1.20 g/cm3)?？勺鳛槊裼玫冉ㄖ锉夭牧稀?/p>