王保寶，李玉文

（中條山集團(tuán)陶瓷科技有限公司，垣曲 043700）

1 前言

銅尾礦是在銅選礦過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣。作為我國(guó)重要的銅生產(chǎn)基地之一、華北地區(qū)最大的銅聯(lián)合企業(yè)，山西中條山集團(tuán)光是銅礦峪礦年產(chǎn)銅尾礦就達(dá)900萬(wàn)噸。因缺乏利用途徑，尾礦只能排放到尾礦庫(kù)，積存已達(dá)一億余噸。中條山集團(tuán)于2013 年開(kāi)始聯(lián)合國(guó)內(nèi)知名科研機(jī)構(gòu)、專業(yè)院校進(jìn)行了銅尾礦制陶項(xiàng)目研究，項(xiàng)目經(jīng)小試、中試，建成了一條日產(chǎn)2.6 萬(wàn)平米全拋釉地磚、一條日產(chǎn)3.5 萬(wàn)平米內(nèi)墻磚生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了銅尾礦綜合利用制備建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)化。

北方建筑陶瓷生產(chǎn)受原料普遍高鋁、高燒失局限，燒成溫度較高，除個(gè)別廠家不惜代價(jià)，使用大量熟料外，一般的產(chǎn)品吸水率要高于南方。而銅尾礦中富含多種微量元素，且鐵含量較高，利于燒成過(guò)程中液相生成，低溫特性明顯。為充分利用銅尾礦特性，提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，中條山陶瓷進(jìn)行了800mm×800mm“雙零低吸”全瓷地磚研究，取得了很好的效果。

2 銅尾礦性質(zhì)

2.1 銅尾礦主要化學(xué)成分

銅尾礦中含有多種微量元素，主要化學(xué)成分如下表：

表1 銅尾礦化學(xué)成分組成

表1 銅尾礦化學(xué)成分組成（續(xù)）

從表1 中可以看出銅尾礦主要成分為SiO2、Al2O3、K2O 等，比較符合建筑陶瓷生產(chǎn)需要，且微量元素眾多，易于燒成。

2.2 銅尾礦的主要礦物組成

表2 銅尾礦的主要礦物組成

2.3 銅尾礦光譜分析結(jié)果

圖1 銅尾礦光譜分析

尾礦樣的XRD 衍射圖譜見(jiàn)圖1。從圖中可以看出，銅尾礦主要由絹云母、綠泥石、石英、長(zhǎng)石、方解石及少量磁鐵礦等礦物組成。根據(jù)礦物衍射分析及成分分析，尾礦礦物成分適合作為陶瓷原料中的長(zhǎng)石類和石英類原料。

2.4 銅尾礦窯爐燒成特性

表3 銅尾礦窯爐燒成特性

根據(jù)銅尾礦燒結(jié)特性，從表3 看出銅尾礦燒結(jié)后吸水率很低，可以利用其低溫特性，通過(guò)在配方中優(yōu)化摻加量，并調(diào)整窯爐燒成曲線，以實(shí)現(xiàn)“雙零低吸”全瓷地磚的生產(chǎn)目標(biāo)。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 配方優(yōu)化

首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試試驗(yàn)確定配方。對(duì)原用配方進(jìn)行調(diào)整，提高尾礦摻量，調(diào)整其它原材料配方比例，在不提高燒成溫度的前提下，降低新配方產(chǎn)品的吸水率。通過(guò)多次優(yōu)化調(diào)整，將銅尾礦摻加比例由22%提高到了26%，小試試驗(yàn)產(chǎn)品吸水率降低至0.1%以下。小試試驗(yàn)新舊配方試燒結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖2。

圖2 配方試驗(yàn)

3.2 中試試驗(yàn)

利用試驗(yàn)間歇球試制了中試漿、粉料，利用現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行了試生產(chǎn)，通過(guò)中試試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證配方、確定燒成溫度，并對(duì)匹配釉料進(jìn)行了調(diào)整，試制出合格的“雙零低吸”產(chǎn)品。

3.2.1 配方驗(yàn)證

從試生產(chǎn)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，生坯強(qiáng)度達(dá)到了2.0～2.5MPa；釉坯強(qiáng)度達(dá)到40MPa 以上；燒成后的出窯磚尺碼在820～825mm 之間，相比生坯的900mm，收縮比例為8.5%左右；燒失量為5.5%，整體數(shù)據(jù)均在北方原料合理范圍，配方在合適生產(chǎn)范圍。出窯磚吸水率在0.05±0.02%，180℃熱穩(wěn)定性測(cè)試10 次后釉面及坯體均沒(méi)有裂紋產(chǎn)生。

3.2.2 燒成溫度曲線調(diào)整

因銅尾礦摻加比例的提高，新配方的燒成溫度明顯低于原配方。雖然需要將瓷磚吸水率由原有的0.5～1%降低到0.1%以下，中試粉料的燒成溫度仍由原先的1158℃降低到了1153℃左右，降低了5℃以上，且液相生成明顯提前，在中溫前段即出現(xiàn)磚體軟化變形現(xiàn)象。我們根據(jù)出窯磚磚型變化情況及時(shí)優(yōu)化了燒成曲線，適當(dāng)降低了中溫段和高溫段溫度，并減少了一個(gè)區(qū)的高溫段，達(dá)到了瓷磚出窯磚型的控制參數(shù)要求。

圖3 調(diào)整后燒成溫度

3.2.3 釉料匹配調(diào)整

因燒成溫度的降低，磚面出現(xiàn)了針孔現(xiàn)象，在調(diào)整溫度曲線的同時(shí)，我們對(duì)匹配的釉料溫度進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，釉料廠家對(duì)配方進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，保證了出窯磚的釉面質(zhì)量效果。

3.2.4 批量連續(xù)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量情況

經(jīng)小試及中試試驗(yàn)后，采用試驗(yàn)確定的配方及燒成溫度進(jìn)行正式連續(xù)批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的產(chǎn)品磚型及自檢數(shù)據(jù)符合控制指標(biāo)要求，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成品率達(dá)到了98%以上，優(yōu)等率達(dá)到了93%以上。抽樣送第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)后，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)異，檢測(cè)結(jié)果均優(yōu)于國(guó)標(biāo)要求。

圖4 檢測(cè)報(bào)告

4 結(jié)論

通過(guò)本次生產(chǎn)實(shí)踐，驗(yàn)證了利用銅尾礦低溫特性生產(chǎn)“雙零低吸”全瓷地磚完全可行，而且通過(guò)配方和燒成曲線優(yōu)化還可以降低燒成溫度，減少瓷磚燒成的能源消耗。此工藝路線不僅可以提高銅尾礦廢渣的綜合利用效率，降低生產(chǎn)成本，還為陶瓷行業(yè)正在面對(duì)的節(jié)能降碳、提高能效提供了參考路徑。需要說(shuō)明的是，各地銅礦資源生成年代和成礦條件不一，銅尾礦的理化性質(zhì)不同，應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況區(qū)別對(duì)待；銅尾礦大量用于建筑陶瓷生產(chǎn)時(shí)，液相生成較早，窯爐燒成曲線需根據(jù)磚型變化情況而定，尤其中溫段和燒成段應(yīng)特別關(guān)注。