以鋰云母尾砂、粉煤灰為主要原料試制外墻磚

劉屬興 趙俊杰 李成平 張小鋒 余嬈 于國強

（1.景德鎮陶瓷學院材料科學與工程學院，景德鎮：333001；2.東鵬陶瓷股份有限公司，佛山：528031，3.景德鎮一中分校，景德鎮：333001）

1 前言

鋰云母尾砂是開采稀有金屬鈮鉭產生的尾礦（尾砂），因其主要礦物成分之一為鋰云母，因此常稱為鋰云母尾砂。如江西宜春鈮鉭礦，開采40多年來，已累積鋰云母尾砂達數千萬噸，這些所謂的鋰云母尾砂堵塞河流、污染環境、破壞生態平衡，每年需耗費一定經費處理尾砂，給企業的發展帶來巨大的壓力。近年來，各級政府和企業對各種工業、礦業固體廢物加大投入進行綜合治理，因此，綜合利用工業、礦業固體廢物成為當前環境保護的一個重大課題。基于此，作者開展了鋰云母尾砂在低溫快速燒成外墻磚坯釉配方中的應用研究，并成功地研制出一次低溫快速燒成的陶質外墻磚制品。

2 試驗

2.1 鋰云母尾砂的研究

2.1.1 鋰云母尾砂的化學組成

通過化學分析，鋰云母尾砂的化學組成見表1。

2.1.2 鋰云母尾砂的粒度分析

鋰云母尾砂的粒度分析見表2。

2.1.3 鋰云母尾砂的礦物組成

表1 鋰云母尾砂的化學組成（w t%）Tab.1 Chemical composition of stags of Lepidolite slag(wt%)

表2 鋰云母尾砂的粒度分析（%）Tab.2 Particulate size analysis of slags of lepidolite Lepidolite slag(wt%)

表3 鋰云母尾砂的礦物組成Tab.3 Mineral composition of slags of Lepidolite slag(wt%)

表4 粉煤灰的化學組成（%）Tab.4 Chemical composition of flyash phyuite

表5 坯料中其它原料的化學組成（%）Tab.5 Chemical Composition of other Raw Materials in Bodies

通過透射電鏡，光學體視（雙目）顯微鏡分析，鋰云母尾砂礦物定量分析見表3。

2.2 粉煤灰的研究

粉煤灰是來自于景德鎮發電廠燃煤排出的固體廢物。其顆粒細度在1～300μm之間，多數在100μm以下，主要是由玻璃相（約占70～80%）和晶相（占20～30%）組成。玻璃相主要是以圓形玻璃微珠、多孔鋁玻璃體，部分未燃盡的多孔碳粒組成，晶相主要由石英、莫來石、硅灰石、鈣長石、磁鐵礦、赤鐵礦組成，部分晶相被玻璃相包裹，有些顆粒表面粘附著細小的晶體，單獨存在的晶體較少。其化學組成見表4。

2.3 坯料研制

2.3.1 坯體配方

在坯體配方中，除了使用鈮鉭礦的尾砂外，外加粉煤灰、紅粘土、長石、珍珠巖、硅灰石、石英。其化學成分見表5。以鋰云母尾砂5%和8%的用量為基準，采用正交試驗法調整長石、石英、紅粘土、硅灰石在配方中的用量，經試驗得到較為理想的配方，其組成見坯式。

坯式：

2.3.2 工藝流程

配方稱量→球磨→過篩→干燥→造粒→陳腐（悶料）→成型壓坯→干燥→施釉→燒成→制品

2.4 釉料研制

2.4.1 釉料設計

釉用原料化學成分見表6，化妝土配方組成見表7，釉料配方組成見表8。

釉式:

表6 釉用原料化學組成（%）Tab.6 Chemical Composition of Raw Materials in Glaze

表7 化妝土配方組成Tab.7 Fomula of Decorative Clay

表8 釉料配方組成Tab.8 Fomula of Glaze

2.4.2 工藝流程圖

鋯英砂細磨→配料→球磨→過篩→除鐵→陳腐備用

3 結果與討論

3.1 研制結果

產品在70米長輥道窯中燒成，燒成氣氛為氧化焰，燒成溫度1100～1110℃，燒成周期為55～60分鐘，燒成曲線見圖1。燒成產品規格為：200Χ60Χ6mm，產品主要性能見表9。

圖1 輥道窯燒成曲線Fig.1 Firing Curve of Roller Bearth Klin

3.2 討論

（1）鋰云母尾砂中的SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O是主體成分，SiO2的含量為70.20%，說明含有游離石英，可作硅質原料引入到外墻磚坯料和釉料配方中，這對提高制品的機械強度，化學穩定性及熱穩定性有利。Al2O3的含量為16.20%，主要是以高嶺石礦物形式存在，引入到外墻磚的坯料配方中，可降低配方中的塑性原料（主要是粘土）的用量。K2O的含量為2.10%，Na2O的含量為4.60%。主要是以鉀長石、鈉長石礦物形式存在，可起著良好的助熔作用。Li2O的含量為1.35%，主要以鋰云母礦物形式存在。

表9 產品性能Tab.9 Properties of Products

（2）Li+的活動性比K+、Na+強，分子量比K+、Na+小，鋰云母的助熔能力比鉀長石、鈉長石強的多。

（3）鋰云母有優良的熱穩定性，極小的熱膨脹系數，可作為主要原料之一引入到外墻磚產品中。

（4）鋰云母在高溫時熔解石英的能力比鉀長石、鈉長石強的多，使釉中殘留石英顆粒更加細小，并促使莫來石晶體的形成，因此更能促使坯釉中間層的形成，使坯釉結合性能更好。

（5）鋰云母用于釉料中，增加了釉的高溫流動性、降低了釉的表面張力，有利于坯體中的氣體向釉層擴散，有利于釉中的揮發性氣體排出，可減少釉面針孔，并提高產品的光澤度。

（6）鋰云母尾砂在外墻磚釉中的用量以5～8%為宜，用量過多，一方面使釉的高溫流動性過大，另一方面鈮鉭礦中含有少量氟元素，降低釉的白度，甚至引起釉面的輕微的乳濁現象。

（7）鋰云母尾砂是一種優質的陶瓷原料，開展鋰云母尾砂的綜合利用不僅有良好的環保意義，并且有較好的社會意義和經濟價值。

4 結論

(1)坯料配方中鋰云母尾砂的加入量為5%,釉料配方中鋰云母尾砂的加入量8%,產品燒成溫度1100～1110℃,適應于輥道窯一次低溫快速燒成,其配料簡單,配方穩定,成本低。

(2)鋰云母尾砂的綜合利用對環境保護及提高礦產資源的利用率有較好的實際意義。

(3)鋰云母尾砂是一種優質的陶瓷原料,開展鋰云母尾砂的綜合利用不僅有良好的環保意義,并且有較好的經濟價值。

(4)鋰云母尾砂在建陶工業中有廣泛的應用前景。

1劉屬興等.以瓷石尾砂、千枚巖、紅粘土等劣質原料試制外墻磚.中國陶瓷工業,2005,12

2李家駒,繆松蘭主編.陶瓷工藝學.北京:中國輕工業高教出版社,1999