石材锯泥在发泡陶瓷生产中的技术运用

钟路生 刘峰 马镇耀 张鑫

摘 要：锯泥杂质多，混有大量的碎石和泥土，成分复杂，铁和钙含量平均达到3～4%，传统的工艺技术很难大掺量利用。本文作者通过系统的化学分析、有机的组合搭配和不同烧成制度的调整完善，历经一年多的反复取样交叉论证，锯泥掺量10%～90%研制发泡陶瓷隔墙板，达到行业标准T/CBCSA12-2019《发泡陶瓷隔墙板》各项性能要求，并成功产业化。

关键词：石材锯泥 ;发泡陶瓷; 技术应用

1 前 言

山东日照五莲县是石材资源富集区，这里有最好的花岗岩矿山资源，五莲红、五莲青等石材源源不断地出口，在50多个国家和地区建立了姿态万千的建筑群落，装饰了人们的生活。但是，经过三十多年的矿山石材业发展，五莲县的锯泥存量变得十分巨大，给当地的环保带来巨大压力，据不完全统计，目前每年还陆续产生多达近300万吨锯泥[1]，还不包括块状边角料。随着国家环保政策的深入贯彻，对矿山开采的控制必将越来越严格，对自然环境的的保护呼声越来越高。2018年五莲石材循环经济产业园成立了，着力推广产业发展和绿色转型之路。但是锯泥杂质多，混有大量的碎石和泥土，成分复杂，铁和钙含量平均达到3%～4%，传统的工艺技术很难大掺量利用。本文作者通过系统的化学分析、有机的组合搭配和不同烧成制度的调整完善，历经一年多的反复取样交叉论证，锯泥掺量10%～90%研制发泡陶瓷隔墙板，达到行业标准T/CBCSA12-2019《发泡陶瓷隔墙板》各项性能要求，并成功产业化。

2生产技术运用与分析

2.1原料甄选

2.1.1原料矿物外观分析

从表1中可以看出，砂石类原料基本都是表面自由水和表面粘结的泥土。膨润土主要含吸附水，成分中黏土基本占了一半。但1#、2#生焦原矿大块头，焦宝石原矿质地结构致密，在水中不易分散，可塑性较低，所以可能导致球磨时间延长。

2.1.2主原料的分析

锯泥杂质多，常夹掺有杂草、塑料袋、小铁屑、块状边角料等，包裹在一起不容易清理，所以来料的细度决定了生产中的球磨效率。从取样检测数据来看，纯锯泥整体细度较小，100目筛上料总量只占20%左右，且40目以下细粉占比超过60%，有利于缩短球磨时间。

原矿锯泥，干燥状态呈灰白色，直径50.15mm。在1160℃烧成下，外形基本完整圆边棱角刚到熔点，刚起小R角，深褐色，表面光滑，直径43.45mm，收缩13.36%。在1200℃烧成下，外形还保持完整已发生熔融变形，圆边棱角已成弧形并呈大R角，到了烧成收缩后期的体积膨胀状态，直径44.45mm，收缩11.37%，但还没有融化成扁平。在40℃的温差对比之下，烧成变化不大，说明锯泥有较宽的烧成范围。

2.1.3原料成分分析

从成分表中可以看出，锯泥含铁量较多，坯体不可能呈白色，又由于锯泥中的铝含量略微偏低，需要适当的加入铝含量以增加坯体的强度和韧性，而生焦是当地较为便宜的含铝高的原料，但其铁含量更高，所以锯泥与生焦的组合，坯体可能是偏黑色，或者青黑色。

2.2配方试制

2.2.1实验室小试

锯泥掺量10%～90%配方试制，在测温环1160～1200℃范围内，通过烧成温度与时间的不断修正，来寻找最佳的锯泥掺入量的配方组合。从表4～表7中可以看出锯泥掺量10%～75%的配方试制，都可以得到发泡均匀细腻的发泡坯体，孔径小于1.0mm;而锯泥高掺量80%～90%的配方试制，也都可以得到发泡均匀细腻的发泡坯体，孔径1.0～2.5mm，基本处于市场销售水平。

测温环温度1200℃，发泡均匀细腻。

测温环温度1168℃，发泡均匀细腻。

测温环温度1180℃，发泡均匀细腻。

测温环温度1200℃，发泡均匀，但孔径偏大。降温后基本达到孔径要求。

2.2.2中试配方化学分析

以上数据显示，经过前期实验室小试配方体系做出的锯泥掺量全覆盖试验，已基本确定所甄选的锯泥利用的可行性，并选择性地投料中试后，发泡均匀都基本与小试一致。再分析配方的化学组成对比原锯泥化学成分，适当提高铝含量，降低硅含量，以期增强坯体的任性，减少冷却裂的风险，综合考虑烧成周期，首选LG3#投料试生产一周，二次选择ZG5#试生产一周。

2.2.3粉料颗粒级配

分析：抽查LG3#粉料颗粒级配，其中20～60目超过80%，20～80目超过92%，20目筛上粗颗粒和100目筛下细颗粒度较少，也就是说相对粗的颗粒表面接触少，粉体之间分子引力、静电引力作用逐渐减少，颗粒之间不容易粘结，粉料的流动性较好，布料均匀，也有利于氧化分解阶段气体的排出，有利于高温熔融状态下发泡孔径更加均匀。

2.3关于烧成

成功的烧制过程必须在合理的烧成制度下进行，烧成制度一般指温度制度、压力制度和气氛制度[2]。本项目为燃料

LNG辊道窑烧成发泡陶瓷，采用的是常压状态下的氧化气氛，不是操作的难点，而温度制度的设置才是关键。

分析：以上两条温度曲线的设置，趋势基本一致，在烧成厚度为10～12cm毛坯，切割成厚度切8～10cm的成品，切割量很少且断面发泡均匀细腻，孔径1.0～1.5mm，密度420～450kg/m3，抗压强度为4.5～6.5MPa。说明该配方的烧成范围较宽，在最高烧成温度没有改变的情况下，前段升温氧化阶段温度在20℃范围内的波动对于该配方结构没有实质的影响。由于配方主原料是石材锯泥，属于砂性原料，掺量多达60%～80%，砂多泥少，有效地减少了泥料中有机物的氧化分解时间，所以能够实现快速升温，常温～800℃升温速率是10℃/min，800～1000℃升温速率是3.7 ℃/min 。

3结论

本文所述的石材锯泥是山东日照五莲县的花岗岩锯泥，其主要矿物成分是石英、斜长石、正长石，以及少量的黒云母，化学成分中钾含量比较高，烧成范围宽，有利于一般的配方组成。在大掺量使用锯泥组成配方需要引入少量的铝元素，以增强坯体的韧性，在优化的烧成制度下生产出合格的发泡陶瓷隔墙板。

科技部社会发展科技司二級巡视员徐俊2月25日表示，将在“十四五”期间组织实施“循环经济关键技术与装备”重点专项。开展资源型固废源头减量减害、绿色过程调控、高质量循环利用重大科技问题研究，促进资源高效综合利用的循环经济科技创新体系建设[3]。本项目的研究“多掺量石材锯泥在发泡陶瓷生产中的技术运用”正好符合这一主题，充分循环利用固废，节能减排，科技创建新体系。

参考文献

[1] 日照广播电视，总第1433期，2021-1-14.

[2] 马铁成.陶瓷工艺学[M].北京：中国轻工业出版社，2017

[3] 网易新闻，中国硅酸盐学会固废分会，2021-3-9.