陶瓷厂抛光砖废料再利用的研究

2018-11-07 11:38:38 佛山陶瓷2018年8期

李炯志

摘 要:本实验在内墙釉面砖以及小地砖坯料配方基础上,掺入回收抛光砖废料,通过综合分析研究和实验,使其抛光废料用量达到35 ~ 50 wt%。当抛光砖废料加入量50 wt%以上的配方,其吸水率控制在4.5%以下,收缩一般在8.5 ~ 10.5%内波动;当抛光废料用量占35 wt%时,利用掺杂回收废料生产的内墙釉面砖吸水率可控制在5 ~ 6%,收缩率在6 ~ 7%之间,完全达到产品各性能要求。该方案有效解决抛光砖废料处理问题,实现经济和环保的自然和谐发展。

关健词:抛光砖废料;回收利用;内墙釉面砖;生态发展

1 前言

目前,由于我国建筑卫生陶瓷行业的粗放型生产,造成了严重的污染和大量的固体废物排放。其产品主要有抛光砖、仿古砖(有釉瓷质砖和有釉炻质砖)、内墙砖、外墙砖等,其中,抛光砖产品产量最大,约占50%。研究发现,即使在较高的生产优良率条件下,生产抛光砖的原料利用率约为76 ~ 85%。2013年全国建筑陶瓷墙抛光砖产量48.45亿m2,年产抛光砖产品可达10000万吨,年产生固体废料约2400万吨;致使大量废渣挤占耕地,使水和空气受到污染。因此,如何重新利用抛光砖废料已经成为业内和环保部门的当务之急。

抛光砖废料主要在抛光过程中产生,抛光砖表面与SiC磨头作用时会脱落大量废料粉屑,但这些废料粉屑不能直接掺混到抛光砖原料中回收使用。因为抛光砖废料粉屑中含有磨头杂质,这些杂质主要为SiC粉、MgO、MgCl2和有机树脂。由于SiC在1050 ~ 1120℃会发生氧化反应,放出CO2和CO气体,同时,混合有磨头杂质的废料也在此温度下开始发生共熔软化。一般抛光砖烧成温度为1200 ~ 1300℃,远高于废料熔点,掺混有废料粉屑的抛光砖在出窑后会出现大量气孔,产品因此报废。

对于某些烧成温度较低的产品,例如内墙釉面砖和小地砖,可以尝试在这些产品原料中掺入抛光砖废料,因为内墙釉面砖或小地砖的烧成温度在1100 ~ 1170℃之间,这一温度下废料粉屑的发气量尚不严重,气体可以缓慢排出并完成烧结, 基于这一思路,本实验针对抛光砖废渣作分析研究,尝试找出一条切实可行的处理方法。

2 实验

2.1 原材料

实验使用抛光砖废料和内墙釉面砖原料,其中内墙釉面砖原料为:江口石粉、官山石粉、源潭石粉、仿古泥、膨润土、硅灰石、瓷片2号砂。这些原料的化学组成如表1所示。

为了解决材料的粘结性和球磨浆料流动性,使用了甲基CMC作为粘结剂、三聚、腐殖酸纳和五水硅酸钠、水玻璃等作为解胶电解质。

干燥后的素坯还需要施釉,采用PTA6118(地砖一厂面釉)、PSY-822(瓷片厂亚光釉)和氧化锌等,进行釉料和坯料收缩匹配性调制研究。

2.2 实验流程

样品制备流程如下。

路线1:配料 → 球磨 → 干燥造粒 → 干压成型300 × 300小砖 → 烧成 → 试样检测

路线2:300 × 300小砖 → 施釉 → 烧成 → 釉料收缩性测试

实验中对坯料和釉料匹配测试均使用高温窑烧结,烧成曲线如图1所示。坯料和釉料均按同一烧成制度执行,烧成最高温度为1148 ℃,烧成周期为70 min。

3 结果与讨论

3.1 坯料配方研究

本实验研究的目的,在于尽量多使用抛光砖废料,因此,初步设定使用废料含量为50wt%,本实验在多种原配料配方基础上掺入抛光砖废料,这些配料方案根据本单位使用的矿物原料情况调整所得。实验结果如下。

在方案1的基础上掺入50wt%的抛光砖废料,如表2所示。根据表1测量的原料化学成分比,可以计算得到三个样品的化学成分表如下(如表3所示)。

方案1样品烧成试样结果如表4所示, A1样品尚未烧熟,孔洞较多,吸水率和收缩率相对较高,结合表3计算数据分析,其K、Na熔剂含量较低。A2样品是根据A1试样的结果而做的调整,其中适当增加率熔剂的含量,吸水率降低了,但样品收缩率高达10 %。A3样品在A2样品的基础上减少官山石粉(低温砂),适当加入铝含量较高、Ka、Na含量较低的的瓷片2号砂(高温砂),以尝试提高材料体系的熔点,其收缩率和吸水率均能得到控制,但收缩率仍不太理想。

基于以上思路,我们继续尝试加入或调整矿砂的用量和品类。废料含量仍嘗试设定为50 wt%。方案2在A3坯料化学成分比例基础上进行调整,尝试尽量减小样品的烧成收缩率。配料比如表5所示。坯料化学成分表如表3所示。

方案2样品烧成试样的物理性能如下。为了减少收缩率,样品B1中引入了具有高温膨胀性的膨润土,试图利用其高温膨胀特性来抵消收缩效果,同时稍微降低了高熔点仿古泥的含量,但收缩率没有得到改善。再进一步尝试,样品B2中引入熔点更高的瓷片2号砂 (高温砂),设计高温生成莫来石相,尝试提高熔体粘度来减少收缩率,但收缩率也没得到改善,但吸水率相较B1样品降低。

综合方案1和方案2比较,尽管尝试使用控制K、Na熔剂量和调整铝含量等方法来控制熔体粘度,但样品坯料的烧成吸水率和收缩率都不能控制到令人满意的效果。可能是抛光砖废料的杂质含量无法控制,低熔点共熔体对整个材料配方体系影响较大的原因所致。因此我们将抛光砖废料的含量降低至35 wt%,观察其烧成样品的性能。设计方案3样品的样品配料比、化学成分及烧成试样的物理性能如表8、表9和表10所示。

在减少抛光砖废料比例之后,样品的吸水率和收缩率可以得到良好的控制,无论是在高熔剂含量(样品C1)或是高硅含量(样品C2)设计下,吸水率都能控制在5.5 ~ 6.5%之间,样品收缩率小于6.5%。这说明样品的可烧成配料范围比较宽。综合考虑后,初步确定以C1样品作为小试配方,并以此配方投中试球。放大中试采用窑炉试烧,典型的样品效果为强度25 MPa,收缩率6.0%,吸水率5.3%,烧失量3.1%。

3.2 釉料与坯料匹配性能研究

由于小地砖表面需上一层面釉,本研究坯料方案烧成后,其收缩率控制在6.0 ~ 7.0%之间,因此还需调试出一种与坯料表面收缩率基本相同的釉料,避免因收縮率不匹配而引起釉面开裂或鼓包、釉层脱落等现象。釉料收缩匹配性研究使用了两种不同收缩率的釉料进行混合配置,结果如表11所示。在相同的坯料烧成制度下,两种釉料按不同比例混合,呈现出不同的收缩率,根据C1配方比例,当两种釉料的混合比例为1:1时具有最佳的版面效果。

4 结论

(1)抛光废料在釉面砖坯料中加入比例为35 ~ 50 wt%,或范围更大;

(2)内墙釉面砖的烧成温度为:1060 ~ 1150℃(采用降低烧成温度方法来抑制气体高温发泡现象)

(3)当抛光砖废料加入量50 wt%以上的配方,收缩率偏大,在控制吸水率4.5%以下的范围内情况下,收缩一般在8.5 ~ 10.5%内波动;当抛光砖废料加入量在35 wt%左右时,在5.0 ~ 6.0%的吸水率范围内,收缩可控制在6.0 ~ 7.0%之间;

(4)产品规格,不限于300 × 300 mm小砖,还可以600 × 600 mm、800 × 800 mm、900 × 1200 mm大规格等等;

从上面各种实验得出:将抛光砖抛光废料制成内墙釉面砖或小地砖,是确实一种可行方案,可回收生产过程中产生的固体废料,并进行产业化示范;不仅能为行业带来新的经济增长点,实现经济和环保的自然和谐发展!如果陶瓷废料能充分利用起来,不但可以解决巨大的环境危机,而且可实现社会和经济可持续化的生态发展。

参考文献

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