利用陶瓷废料研制一次烧成3～6%吸水率仿古砖坯体

2018年第03期（第260期）佛山陶瓷23黄辛辰（广东金意陶陶瓷集团有限公司创新与趋势研究院，528000）. All Rights Reserved.本文研究了陶瓷废料作为原料引入一次烧成3耀6%吸水率仿古砖坯体配方中，替代部分矿物原料，制成符合质量要求的仿古砖坯体并实现生产。本文重点阐述了引入废料的坯体配方研制过程及坯体性能检测分析。陶瓷废料；一次烧成；3~6%吸水率；坯体配方1前言随着建筑装饰材料行业的不断发展，尤其是建筑陶装饰效果好的建瓷行业的迅猛发展，一方面丰富多样、提高了生活水平，另一方面陶产品给民众带来了实惠，也带来了能源高消耗及环境压力大的问题。即使抛开以用于建筑上问题，单从目前的建筑陶瓷行业现状来看，陶瓷生产的原料也日益匮乏，相应的生产成本也在迅速利用回提高。针对这一现状，本项目为了降低生产成本，收的陶瓷废泥、污水处理压榨泥研制一次烧成吸水率3%≤E≤6%坯体配方。试验所用的坯体原料及陶瓷废料均来自本厂及附近原料。2原料及配方设计原则根据3%≤E≤6%吸水率仿古砖的性能及低温一次在坯体配方设计时考虑快烧工艺要求，结合实际情况，以下几个原则：①尽可能多的使用广东某企业原料或其引附近原料，降低材料成本；②选用适当的可塑性原料，干燥及烧成入瘠性原料及陶瓷废料，得到生坯强度高、收缩小、生坯散水性优良、坯体具有较快的烧成速度和热传导性，以避免坯体在快烧过程中产生温度梯度而造成变形开裂；③符合常规低温一次快烧工艺要求；④坯体新配方的膨胀系数应与现有釉料相匹配。24FOSHANCERAMICSVol.28No.03（SerialNo.260）本次试验所用的坯体原料及陶瓷废料化学组成和部分工艺性能分别见表1、表2。3试验、生产工艺过程及主要工艺参数图1小试工艺流程坯体配方分2组10个配方试验，釉料采用广东某成型采用120T压机，企业成熟釉料配方试验，烧成在广生坯强度、东某企业辊道窑中进行。考察成型、干燥性、烧成温度及时间、吸水率等，优选施釉性能、烧成收缩、（见表3）一个坯体配方，小试工艺流程见图1，经扩大性试验后投入生产。工艺流程见图2。生产采用一次快烧工艺，生产工艺参数见表3。（wt%）表1原料的化学组成原料台山中温砂白砂滑石粒新丰砂台山高铝砂台山坭回收坭压榨坭废坯粉废砖渣. All Rights Reserved.飞来峡石粉0.360.17表2原料部分工艺性能原料名称台山中温砂白砂飞来峡石粉滑石粒新丰砂台山高铝砂台山坭回收坭压榨坭废坯粉废砖渣外观淡黄淡红白灰白淡黄淡黄灰黑灰色灰白土灰灰白温度（℃）55511751175烧后色泽浅灰暗黄灰白白浅黄白色白色灰白灰白浅灰灰色烧成收缩（%）7.835.428.421.089.755.583.758.58118.510.1温度表现中温中温中温高温中温高温高温中温低温中温低温2018年第03期（第260期）佛山陶瓷25坯料组成特点如下：该配方烧成后属细炻质，①SiO2（SiO2/Al2O3）含量高，Al2O3含量低。硅铝摩尔比为6.6；②熔剂组成RO=0.2505，R2O=0.2803，RO+R2O=0.5308，RO/R2O=0.8937；③坯料的烧失量小。生产实践表明，该组成适合一次低温快烧。图2生产工艺流程合理的升温、保温、降温制度是保证产品各项物理表3生产工艺参数序号1234567项目坯料球磨时间：10h泥浆细度：250目筛余2.5%±0.4%泥浆水份：32.5～33.5%泥浆比重：1.70±0.05g/cm3粉料水份：6.3～7.0%粉料颗粒及配：20目以上≤1.5％，20～40目30～60％，20～60目72～88％，100目以下≤6％陈腐时间：24～48h性能的基础，也是形成良好釉面的关键因素。470℃以前是预热低温阶段，升温速度对坯体和釉面质量影响不大，可采用较快的升温速度，本项目以60℃/min左右的速度完成此阶段的升温。470～1100℃左右是氧化分解碳酸盐和阶段，此时坯体排出结构水，碳和有机物氧化，一方面需要大量的热，硫酸盐分解，石英发生晶型转变，此阶段升温速度控制在另一方面要适当放慢升温速度，40～45℃/min，尽量加长此阶段的烧成时间。1100～坯体液相量增多，气1170℃为坯体烧结，釉层玻化阶段，升温应均匀平缓，宜用20℃孔被填充，发生急速收缩，/min的升温速度到最高烧成温度。到达1172±5℃后采用保温方式。1170～650℃由于坯体液相还处于液体状态，可进行急冷。650℃以下由于液相开始凝固，石英晶型转化，应缓冷。此产品烧成周期为57min，烧成曲线如图3所示。. All Rights Reserved.8压机压力：240～245bar910111213冲压厚度：10.1～10.4mm生坯干燥温度：240～250℃生坯干燥时间：60min烧成温度：1170±5℃烧成周期：55～60min4试验结果与讨论坯体化学组成见表4。坯式：0.1018K2O0.1785Na2O0.9692Al2O36.3935SiO20.0788CaO0.0308Fe2O30.0251TiO20.1717MgO伤设设设设设设设商设设设设设设设赏瑟图3釉烧窑烧成曲线为了使配方设计合理化，分别对坯体进行了热失重分析、差热分析测定。（质量%）表4坯体化学组成名称坯体化学组成SiO268.85Al2O317.70Fe2O30.88TiO20.36CaO0.79MgO1.24K2O1.72Na2O1.98I.L.5.026FOSHANCERAMICSVol.28No.03（SerialNo.260）（见图4）从坯体的热失重曲线图可以看出，500℃以仅为1.5%，前失重量较小，是坯体中吸附水的排出。从500℃～640℃，失重为2.9%，产生的原因是结合水在此温度阶段被快速排除，这非常有利于制品在烧成时消除釉面针孔，同时，在此温度阶段升温速度应该稍慢一些。从640℃～1140℃失重量仅为0.6%，主要是坯体中微量整个反应的碳酸盐分解所致。此坯料加热到1140℃时，基本完成，总失重量仅为5.0%。从坯体的差热曲线图（见图5）可以看出，室温到结构水吸热后脱除。490℃490℃左右曲线下滑，吸附水、～560℃有一个明显的放热峰，峰值在530℃达到最大，此温度阶段主要是有机物氧化分解。然后从560℃持续吸热至970℃左右。978.4℃吸热谷显示坯体中碳酸盐和说明坯体原硫酸盐类原料的分解温度，此吸热谷较小，料中所含碳酸盐和硫酸盐类矿物较少。将坯体进行XRD测试。从1170℃烧制下保温6min坯体的XRD图谱（见图6）可以看出，莫来石化程度较含量仅为19%，石英含低，主要是细小的莫来石晶体群，占56%，量最高，非晶相含量为25%。坯体的主要性能测试结果如表5。测试结果表明，坯体的各项性能指标均符合国家标准GB/T4100-2006图4坯体TG曲线图要求。. All Rights Reserved.图5坯体DTA曲线图图61170℃烧制下保温6min坯体的XRD图谱表5烧成后主要性能指标破坏强度（N）1577断裂模数（MPa）33.5吸水率（%）4.97抗弯曲强度（MPa）56.38耐急冷急热性180～20℃循环三次不裂，合格抗冻性-20～20℃，20次循环不裂，合格耐酸性、耐碱性A级收缩率（%）6.8本试验目标是对原有坯体配方进行置换，釉料配方不变。通常釉抗压应力的能力大于抗拉应力的10倍以上，因此坯体的膨胀系数应略大于釉的膨胀系数，使釉层处于微压状态。坯釉体积膨胀系数之差控制在（1～4）×10-6/℃之间为宜。分别对上述配方设计的坯料和底、面釉料进行热膨胀系数进行比较，结果表明，坯料和底、面釉料热膨胀系数之差基本上在（1～4）×10-6/℃之间，证明本次试验坯体配方与原有釉料之间是相匹配的。坯料、底面釉膨胀系数与温度范围的关系见表6。表6坯料、底面釉膨胀系数膨胀系数坯料底釉面釉温度范围（×10-6/℃）（×10-6/℃）（×10-6/℃）25～100℃5.565.594.9025～200℃6.096.185.2925～300℃6.466.515.5525～400℃6.786.805.6925～500℃7.177.135.8125～600℃8.017.805.9325～700℃7.677.506.2525～800℃7.427.357.7025～900℃7.557.708.0025～1000℃7.447.287.602018年第03期（第260期）佛山陶瓷275结论（1）通过试验及生产验证，陶瓷废料引入仿古砖坯体配方中切实可行，能够满足本项目一次烧成性能和质量要求。（2）陶瓷废料与坯料的成分相近，水分低而稳定，对坯体收缩率影响很小，可作为瘠性料使用，烧成制度也较容易控制。配方中引入陶瓷废料，需外加适量坯体增强剂以增加坯体的抗脆性与抗折强度。（3）仿古砖坯体需通过釉面装饰进行遮盖，故可降低坯体对原料的白度要求，从而消化合乎需求的陶瓷废料。利用陶瓷废料生产仿古砖坯体，能有效的解决企业废弃物的排放所引起的环境破坏并缓解企业废料的堆积问题，降低生产成本，提高资源利用率。（4）陶瓷废料应用前应进行均化处理，以保持组成的相对稳定，对生产质量控制有益。[1]黄惠宁.一次低温快烧高强瓷质外墙砖的研制[J].陶瓷，1999（1）.[2]李家驹主编.陶瓷工艺学[M].北京:中国轻工业出版社，2001.[3]蔡祖光.陶瓷工业废料废渣的处理[J].佛山陶瓷，2002.[4]俞康泰.陶瓷废料的再循环与环境材料学[J].佛山陶瓷，2003（9）.[5]徐研.一次烧成釉面砖坯釉配方设计及坯釉性能的研究[J].陶瓷学报，2005（3）。[6]郑树龙.陶瓷砖抛光废渣回收利用及产品的性能研究[J].佛山陶瓷，2007。[7]罗淑芬.陶瓷工业废渣在陶瓷砖坯料中的应用.佛山陶瓷，2009（4）。[8]谢泽林.工业废渣在陶瓷行业中的应用[J].陶瓷资源综合利用学术论文集，2010。[9]黄惠宁.抛光废渣在陶瓷砖中的应用及现状[J].佛山陶瓷，2012（7）。[10]热分析在建筑陶瓷材料的应用[J].. All Rights Reserved.