陶瓷抛光废渣在多孔陶瓷中的应用研究＊

2011-09-28周锡荣刘一军潘利敏谢志军张松竹

陶瓷 2011年2期

关键词：陶瓷材料废渣模数

周锡荣刘一军潘利敏谢志军张松竹

（广东蒙娜丽莎陶瓷有限公司广东佛山 528211）

陶瓷抛光废渣在多孔陶瓷中的应用研究＊

周锡荣刘一军潘利敏谢志军张松竹

（广东蒙娜丽莎陶瓷有限公司广东佛山 528211）

以陶瓷抛光废渣为主要原料制备多孔陶瓷，研究了抛光废渣在多孔陶瓷中的影响因素，探讨了多孔陶瓷孔隙率、容重、断裂模数之间的关系。

抛光废渣多孔陶瓷孔隙率容重断裂模数

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，在我国的陶瓷墙地砖市场中，抛光砖产品占了很大的比例，随着陶瓷产量的不断增加，生产抛光砖时所带来的副产品抛光废渣的数量越来越大，制造1m2的抛光砖大致形成2.1kg左右的抛光砖废渣。据统计，仅佛山陶瓷产区，抛光废渣的量每年已超过300万t，而全国抛光废渣的量估计在500万～600万t［1］。每年这么多的废渣对社会环境造成巨大压力，如此大量的废弃物已经无法用简单的填埋方法来处理。陶瓷废料及各类工业固体废弃物的堆积占用了大量的土地，影响当地的空气质量，污染了地下水质，而且陶瓷废料的填埋耗费人力物力，如何变废为宝，化废料为资源，已经成为科技和环保部门的当务之急。

多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料，它的应用越来越广泛，受到的关注也越来越多，并有多种制备方法［2］。笔者以陶瓷抛光废渣为主要原料，并代替普通多孔陶瓷制备过程中添加的成孔剂，对其在多孔陶瓷中的应用进行了研究，并对影响因素进行了探讨。

1 实验

1.1 原料

实验采用的主要原料为本厂陶瓷抛光废渣、粘土、砂石料，为了保证浆料具有良好的流动性能，还使用了少量解胶剂。

1.2 工艺流程

原料均混→原料称量→球磨→除铁过筛→造粒→成形→干燥→烧成。

1.3 分析及性能测试

采用6400A型火焰光度计和TN－II化学成分快速分析仪分析了原料的化学成分；采用XY9－DXR型多孔陶瓷显气孔率容重测试仪测试了多孔陶瓷的容重；采用SKZ型数显式抗折仪测试了多孔陶瓷的断裂模数。

2 结果与讨论

2.1 陶瓷抛光废渣的组成

利用陶瓷抛光废渣制备多孔陶瓷，它起到两方面的作用，一是作为一种主要原材料，二是作为多孔陶瓷的成孔剂。因此它必然是多孔陶瓷生产过程中的最为关键原料。一方面它组成成分要满足原料配方的要求，发泡性能能满足制备多孔陶瓷的要求，另一方面它的发泡特性要相对稳定。关键原料稳定与否，决定了产品性能的稳定。表1是本厂一年多来不同时期抛光废渣的化学成分分析结果。

表1 不同时期抛光废渣化学成分分析结果（质量%）

从以上不同时期抛光废渣成分分析来看，不同时期的原料非常不稳定，成分波动比较大，其中波动最大的为CaO、MgO。一般而言，抛光废渣中MgO含量的多少可以反映抛光废渣的发泡能力，抛光废渣中MgO的含量越高，它的发泡能力越强，反之亦然。图1反映了不同时期抛光废渣中MgO含量的波动范围。

图1 不同时期抛光废渣中MgO含量

从图1可以看出，不同时期抛光废渣中MgO含量波动比较大，这主要与厂家在不同时期的产品结构的调整有关，因此，用它作为多孔陶瓷的主要原材料，产前一定要做好原材料的均混工作，保持产品性能的稳定。什么样的抛光废渣能用，什么样的不能用，应该有一个标准，并且维持在一个比较稳定的范围。

2.2 抛光废渣对浆料性能的影响

通过对抛光废渣进行试验得知，浆料的触变性很差，加上触变性大的粘土，整个配方所用原料大部分触变性都比较严重，这将直接影响球磨工序能否顺利进行，因此，解决浆料的流变性是一个很重要的问题。为此，我们对配方添加剂进行了研究。改善浆料球磨性能的添加剂一般有无机添加剂与有机添加剂两种。无机添加剂主要有水玻璃、碳酸钠等；有机添加剂则种类比较多，一般都是各种类型的表面活性剂。对于普通配方用单纯的无机添加剂就能达到要求，而对于触变性很大的浆料，单纯用无机添加剂效果不好。特别是对抛光废渣来说，其所含阳离子比较多，如果采用复合阴离子型表面活性剂，能与其中的阳离子有效络合，比单纯使用无机添加剂的效果好很多。经过大量试验，获得了复合添加剂的最佳比例，很好地解决了浆料触变性的问题。

2.3 利用抛光废渣制备多孔陶瓷的原理

采用抛光废渣能作为多孔陶瓷的主要原材料，主要是由于抛光废渣所含SiC在高温下可产生氧化膨胀，能使产品容重变低所致［3］，其反应过程为：

反应过程所释放出的CO2在逸出过程中会使产品急剧膨胀，高温下由于液相的形成，使得释放出的CO2被液相包裹形成封闭气孔。因此，抛光废渣是一种很好的制备具有封闭气孔的多孔陶瓷原材料。根据化学反应速率理论，化学反应的快慢主要取决于反应物的活化能、反应物的浓度与反应温度。在反应物的活化能一定的条件下，反应条件就由反应物的浓度与反应温度决定。反应物的浓度越大，反应越容易进行，因此配方中所含抛光废渣的量越多，SiC的含量也越多，反应进行较快，发泡程度也越大。反应温度与反应速率成几何关系，根据范特霍夫理论，温度每升高10℃，反应速率增加2～4倍［4］。因此，控制高火保温时间，适当延长高火保温时间，能促进坯体发泡膨胀。氧化越充分，发泡程度越大。因此，多孔陶瓷发泡程度主要取决于抛光废渣中所含SiC的比例、抛光废渣在产品配方中的比例、烧成制度的设计（包括烧成时间、烧成温度、高火保温时间）等因素。

2.4 孔隙率和容重的关系

多孔陶瓷一般根据容重来反映其表观密度，容重与孔隙率是密切相关的，对于普通陶瓷材料而言，孔隙率反映了材料烧结程度的高低，但对于多孔陶瓷材料，它反映的是多孔陶瓷的发泡程度。对于使用普通陶瓷原料作为制备多孔陶瓷原料，虽然配方有些不同，但是它们的真密度差别不会太大，这样我们可以简单估算产品不同容重所对应的孔隙率。图2给出了普通多孔陶瓷材料的孔隙率与容重之间的关系，从图中可以看出，它们之间几乎呈线性关系，这对生产时根据容重判断孔隙率的多少提供了依据。

图2 孔隙率与容重的关系

2.5 容重与断裂模数之间的关系

图3 产品容重与断裂模数之间的关系

任何陶瓷产品都不是实心体，都包含一定的气孔［5］，气孔的存在对材料的强度影响非常大，对同一种材料而言，孔隙率越高，容重越小，产品断裂模数也就越低。通过一系列的实验研究，我们基本了解了多孔陶瓷容重与断裂模数之间的对应关系，虽然不同系列产品的配方有所区别，测试结果也会有波动，但还是能够反映出这两者之间的关系。图3给出了某配方多孔陶瓷在不同温度下烧结后其容重与断裂模数之间的关系。

从图3可以看出，产品断裂模数是随着容重的增加而升高，当容重超过1.5g／cm3时，多孔陶瓷产品强度的增长有加速的趋势。