拋光磚污泥在廣場磚坯體配方中的循環(huán)利用

祁國亮+周燕

摘 要:本文針對目前拋光磚污泥易于發(fā)泡而難回收的現(xiàn)狀，通過實驗探索，成功將其用于廣場磚坯體配方中，并進行試生產(chǎn)實驗，得到產(chǎn)品的抗折強度為41 MPa，莫氏硬度不低于6級，其他性能均能滿足生產(chǎn)要求。該回收工藝不需要更改現(xiàn)有的廣場磚生產(chǎn)工藝，有利于循環(huán)利用，實現(xiàn)廢料零排放。

關(guān)鍵詞：拋光磚污泥；發(fā)泡；循環(huán)利用

1 引言

拋光磚污泥是指在拋光磚廠回收處理廢水后殘留的污泥，其產(chǎn)生主要來源于拋光工序，此工序產(chǎn)生的污泥占總量的80%以上。拋光工序產(chǎn)生的污泥以拋光磚廢屑為主，其余為部分拋光磨頭磨損產(chǎn)生的碎屑。由于拋光所用的拋光磨頭是以氯氧鎂水泥為黏合劑、碳化硅為磨料制成的，直接回用于瓷磚坯體會導(dǎo)致1150 ℃以上燒制時，產(chǎn)生明顯的發(fā)泡、膨脹、變形缺陷。因而，目前拋光磚污泥主要采用堆填的方式處理，但會帶來以下幾方面危害：

（1） 侵占土地。拋光磚污泥的堆填需要侵占大量土地資源。

（2） 污染水體。露天堆填的拋光磚污泥受雨水沖刷，使其中的有害物質(zhì)流入自然水體系中，造成水體污染。

（3） 堵塞下水管網(wǎng)。拋光磚污泥中含有很多絮狀高溫樹脂，沖入排水系統(tǒng)后，容易堆積，阻塞下水管網(wǎng)。

（4） 污染土壤。拋光磚污泥中可能含有一些重金屬離子，這些離子會深入并污染土壤，而對農(nóng)田的污染則會直接危害到人體健康。

（5） 污染空氣。拋光磚污泥干燥后，很容易揚塵，而揚塵中含有大量絮狀高溫樹脂、陶瓷顆粒、氯氧鎂水泥顆粒、碳化硅顆粒，人體吸入后，容易導(dǎo)致矽肺等疾病的產(chǎn)生。

目前，拋光磚污泥主要用來生產(chǎn)多孔輕質(zhì)建材，主要是利用碳化硅等組分在高溫?zé)Y(jié)時會產(chǎn)生氣體進而發(fā)泡的特性。但該工序中需對拋光磚污泥進行二次處理，成型后要采用高溫?zé)Y(jié)，且燒結(jié)后的制品多半膨脹變形嚴(yán)重，需要增加切割拋磨等工序，因此生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，能耗大。

廣場磚是陶瓷地磚的一種。主要用于休閑廣場、市政工程、園林綠化、屋頂美觀、花園陽臺、商場超市、學(xué)校醫(yī)院、汽車4S店等人流量較多的公共場合。其磚體色彩簡單，體積小，多為凹凸面的形式，具有防滑、耐磨、強度高、修補方便等特點。

廣場磚生產(chǎn)中也會添加一些回用廢料，主要是一些瘠性固體廢料，可用作廣場磚坯體的骨料，提高坯體強度。拋光磚污泥因高溫?zé)茣r會發(fā)泡，形成多孔結(jié)構(gòu)，降低制品強度，抗壓能力弱，而且發(fā)泡膨脹后需要進一步的后續(xù)加工，使工藝復(fù)雜化。目前，尚未見有將拋光磚污泥用于生產(chǎn)廣場磚的報道。

2 試驗過程

2.1試驗用原料及化學(xué)組成

試驗所用原料化學(xué)組成如表1所示，不足100%的部分為灼減量。試驗配方組成見表2。

其中長石可以是沂水長石、秦莊長石或兩者的復(fù)合，砂為臨朐砂；塑性粘土由章丘土和黑泥混合而成，其中章丘土與黑泥的質(zhì)量比為0.3~1。熟焦寶石是一種耐火粘土。增強劑為本領(lǐng)域常用的添加劑，其組分一般為纖維素等能提高成型后坯體強度的組分，可使生坯強度達(dá)到1.5 MPa以上，減少后續(xù)的生坯破損。

2.2工藝流程

配料，加水球磨，所得漿料比重為1.68~1.70 g/mL，漿料粘度：涂4杯，流速控制在60~90 s，漿料含水率為33.5%~36%，漿料細(xì)度控制在250目篩余6.0%~8.0%。

將漿料陳腐24 h以上，輸送至噴霧干燥塔造粒，形成的顆粒粉料中通過60目的顆粒占到75%，粉料含水率5%~7%。

將粉料輸送至壓機沖壓成型，模具規(guī)格為220 mm×220 mm×15 mm，對應(yīng)燒成制品的規(guī)格為200 mm×220 mm×13.5 mm，成型壓力為11000±500 kN。

成型后將坯體送入干燥窯干燥，干燥窯溫度為120~180 ℃，周期為45~55 min。

干燥后的坯體入輥道窯氧化氣氛燒成，燒成周期50~60 min，燒成溫度1180~1200 ℃。

出窯后揀選分級得到成品。

2.3坯體配方結(jié)果分析

該工藝制備的廣場磚，抗壓強度大于40 MPa，其中4#配方略有膨脹，但尚在可以接受的范圍內(nèi)。通過實驗分析，拋光磚污泥在高溫氧化氣氛下發(fā)泡是因為其中的碳化硅在高溫氧化氣氛下會發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳，其反應(yīng)方程式為：

SiC (s)+2O2→SiO2+CO2↑（1）

2SiC(s)+3O2→2SiO2+2CO↑（2）

碳化硅在高溫氧化氣氛中首先發(fā)生氧化反應(yīng)，表面生成一層玻璃態(tài)、粘度高的二氧化硅膜，氧氣在二氧化硅膜中的擴散非常慢，所以在較低的溫度下很難繼續(xù)氧化。拋光磚污泥發(fā)泡的根本原因就是由于拋光磚磨頭碎屑里的碳化硅發(fā)生氧化反應(yīng)，排出氣體所致。

拋光磚污泥在1150 ℃就有發(fā)泡現(xiàn)象，而理論上碳化硅發(fā)生強烈的氧化反應(yīng)則需要在更高的溫度（1250 ℃以上）。通過分析發(fā)現(xiàn)，拋光磚磨頭中作為磨料粘接劑的氯氧鎂水泥，在高溫下分解形成的氧化鎂、氯化鎂會促進碳化硅在較低的溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)。在高溫條件下，氧化鎂能溶解在玻璃態(tài)的二氧化硅中，作為二氧化硅玻璃質(zhì)的變體，顯著降低其黏度，導(dǎo)致氧容易通過二氧化硅膜接觸到碳化硅的表面。氧化鎂與碳化硅的氧化產(chǎn)物二氧化硅反應(yīng)，生成低熔點的硅酸鹽，使氧化產(chǎn)物轉(zhuǎn)成液態(tài)，增加了氧在氧化產(chǎn)物中的擴散速度，促進氧化的進行。

氯化鎂在高溫條件下會分解為氧化鎂，反應(yīng)方程式如下：

MgCl2·6H2O→MgO+2HCl+5H2O （3）

反應(yīng)生成的氧化鎂能阻礙二氧化硅形成保護膜，從而促進碳化硅的繼續(xù)氧化，產(chǎn)生發(fā)泡。而反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫會干擾碳化硅保護膜的形成，加劇碳化硅的氧化。因此氯化鎂促進碳化硅氧化的作用比氧化鎂更強烈，因而發(fā)泡更嚴(yán)重。

所以，拋光磚污泥里的碳化硅發(fā)生的氧化反應(yīng)是其發(fā)泡的根本原因，而氯化鎂和氧化鎂會促使濾泥在較低的溫度下發(fā)泡。

為驗證以上分析，制定如下對比實驗。以4#配方為基礎(chǔ)，再額外添加鎂元素含量較高的滑石（3MgO·4SiO2·H2O）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著滑石的不斷引入，坯體發(fā)泡加劇，制品膨脹變形度隨滑石引入量增加而變大。經(jīng)過測算分析，在1#~8#的廣場磚配方體系中，原料中鎂元素含量小于0.3%（wt%）時，才能確保燒后的坯體膨脹變形在可接受范圍內(nèi)。

另外，5#配方廣場磚基本無膨脹，尺寸偏差優(yōu)于4#配方，這是因為熟焦寶石是一種耐火粘土，會引入大量的氧化鋁和氧化硅，從而增加高溫?zé)Y(jié)時的液相黏度，抑制發(fā)泡。同理，選用高溫?zé)Y(jié)時液相黏度高的鉀長石也能起到類似的有益效果。

2.4施釉工藝與結(jié)果分析

選用8#配方作坯體，坯體干燥后在其表面施一層面釉，通過面釉遮蓋磚體表面潛在的色臟斑塊。面釉配方見表3。

面釉的含水率約為35%，比重約為1.55 g/mL，細(xì)度350目篩余約1.6%。

以上面釉配方和工藝參數(shù)在實際生產(chǎn)中可根據(jù)具體情況進行適當(dāng)調(diào)整。為了豐富裝飾效果，可以在面釉配方中添加適量的色料，制成色釉。

待干燥后的坯體冷卻后，每片表面均勻噴灑3~5 g水潤濕，采用噴或淋的方式施面釉，每片施釉19~21 g。

入窯燒成，燒成工藝同8#配方。制品出窯冷卻后，經(jīng)揀選分級得到成品。

為了進一步豐富裝飾效果，采用噴釉的方式施裝飾釉，裝飾釉在面釉上形成裝飾釉點。施釉后入窯燒成，出窯后揀選分級得到成品。

裝飾釉配方見表4。

裝飾釉的釉漿含水率約為35%，比重約為1.65 g/mL,350目篩余為0.1%~0.3%。通過噴釉的方式在面釉上形成釉點，每片用釉量為0.3~0.4 g，燒成后，在磚面上形成凸起的裝飾釉點，除了豐富裝飾效果外，還使得磚面更防滑。

2.5試生產(chǎn)工藝參數(shù)

按濾泥配方單裝球30 t（干料），噴粉，然后在生產(chǎn)線批量試驗，進行一次燒成，主要生產(chǎn)工序的工藝參數(shù)控制如下：

（1） 原料車間主要生產(chǎn)工藝參數(shù)

泥漿比重：1.68~1.70 g/mL；

泥漿黏度：涂4杯流速60~90 s；

泥漿含水率：33.5%~36%；

泥漿細(xì)度：250目篩余6.0±0.3%；

粉料含水率：6.0%~7.0%；

粉料級配：60目篩上不低于75%。

（2） 燒成車間主要生產(chǎn)工藝參數(shù)

成型壓力：11000±500 kN；

成型規(guī)格：200×200 mm；

成型厚度：13.2±0.2 mm；

干燥溫度：120~180 ℃；

干燥周期：45~55 min；

半成品干燥強度：1.5 MPa；

噴水：4±1 g；

噴面釉：20±1 g；

面釉比重：1.55±0.01 g/mL；

噴點釉：0.3~0.4 g；

最高燒成溫度：1185~1190 ℃；

燒成周期：53~57 min。

（3） 試生產(chǎn)坯體、面釉和點釉配方

試生產(chǎn)坯體、面釉和點釉配方如表5、表6和表7所示。

（下轉(zhuǎn)第35頁）

（4） 產(chǎn)品性能

產(chǎn)品性能如表8所示。

3 結(jié)語

通過實驗研究，制定出滿足廣場磚生產(chǎn)工藝的濾泥配方體系，在廣場磚生產(chǎn)中可實現(xiàn)全部濾泥的循環(huán)再用。并且，不需要更改現(xiàn)有的廣場磚生產(chǎn)工藝，濾泥從污水站出來直接進球，不用分離，從而有利于循環(huán)發(fā)展，實現(xiàn)廢料零排放，降低生態(tài)負(fù)擔(dān)。在廢料的循環(huán)利用處理上，為陶瓷行業(yè)提供了一種新的思路。

摘 要:本文針對目前拋光磚污泥易于發(fā)泡而難回收的現(xiàn)狀，通過實驗探索，成功將其用于廣場磚坯體配方中，并進行試生產(chǎn)實驗，得到產(chǎn)品的抗折強度為41 MPa，莫氏硬度不低于6級，其他性能均能滿足生產(chǎn)要求。該回收工藝不需要更改現(xiàn)有的廣場磚生產(chǎn)工藝，有利于循環(huán)利用，實現(xiàn)廢料零排放。

關(guān)鍵詞：拋光磚污泥；發(fā)泡；循環(huán)利用

1 引言

拋光磚污泥是指在拋光磚廠回收處理廢水后殘留的污泥，其產(chǎn)生主要來源于拋光工序，此工序產(chǎn)生的污泥占總量的80%以上。拋光工序產(chǎn)生的污泥以拋光磚廢屑為主，其余為部分拋光磨頭磨損產(chǎn)生的碎屑。由于拋光所用的拋光磨頭是以氯氧鎂水泥為黏合劑、碳化硅為磨料制成的，直接回用于瓷磚坯體會導(dǎo)致1150 ℃以上燒制時，產(chǎn)生明顯的發(fā)泡、膨脹、變形缺陷。因而，目前拋光磚污泥主要采用堆填的方式處理，但會帶來以下幾方面危害：

（1） 侵占土地。拋光磚污泥的堆填需要侵占大量土地資源。

（2） 污染水體。露天堆填的拋光磚污泥受雨水沖刷，使其中的有害物質(zhì)流入自然水體系中，造成水體污染。

（3） 堵塞下水管網(wǎng)。拋光磚污泥中含有很多絮狀高溫樹脂，沖入排水系統(tǒng)后，容易堆積，阻塞下水管網(wǎng)。

（4） 污染土壤。拋光磚污泥中可能含有一些重金屬離子，這些離子會深入并污染土壤，而對農(nóng)田的污染則會直接危害到人體健康。

（5） 污染空氣。拋光磚污泥干燥后，很容易揚塵，而揚塵中含有大量絮狀高溫樹脂、陶瓷顆粒、氯氧鎂水泥顆粒、碳化硅顆粒，人體吸入后，容易導(dǎo)致矽肺等疾病的產(chǎn)生。

目前，拋光磚污泥主要用來生產(chǎn)多孔輕質(zhì)建材，主要是利用碳化硅等組分在高溫?zé)Y(jié)時會產(chǎn)生氣體進而發(fā)泡的特性。但該工序中需對拋光磚污泥進行二次處理，成型后要采用高溫?zé)Y(jié)，且燒結(jié)后的制品多半膨脹變形嚴(yán)重，需要增加切割拋磨等工序，因此生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，能耗大。

廣場磚是陶瓷地磚的一種。主要用于休閑廣場、市政工程、園林綠化、屋頂美觀、花園陽臺、商場超市、學(xué)校醫(yī)院、汽車4S店等人流量較多的公共場合。其磚體色彩簡單，體積小，多為凹凸面的形式，具有防滑、耐磨、強度高、修補方便等特點。

廣場磚生產(chǎn)中也會添加一些回用廢料，主要是一些瘠性固體廢料，可用作廣場磚坯體的骨料，提高坯體強度。拋光磚污泥因高溫?zé)茣r會發(fā)泡，形成多孔結(jié)構(gòu)，降低制品強度，抗壓能力弱，而且發(fā)泡膨脹后需要進一步的后續(xù)加工，使工藝復(fù)雜化。目前，尚未見有將拋光磚污泥用于生產(chǎn)廣場磚的報道。

2 試驗過程

2.1試驗用原料及化學(xué)組成

試驗所用原料化學(xué)組成如表1所示，不足100%的部分為灼減量。試驗配方組成見表2。

其中長石可以是沂水長石、秦莊長石或兩者的復(fù)合，砂為臨朐砂；塑性粘土由章丘土和黑泥混合而成，其中章丘土與黑泥的質(zhì)量比為0.3~1。熟焦寶石是一種耐火粘土。增強劑為本領(lǐng)域常用的添加劑，其組分一般為纖維素等能提高成型后坯體強度的組分，可使生坯強度達(dá)到1.5 MPa以上，減少后續(xù)的生坯破損。

2.2工藝流程

配料，加水球磨，所得漿料比重為1.68~1.70 g/mL，漿料粘度：涂4杯，流速控制在60~90 s，漿料含水率為33.5%~36%，漿料細(xì)度控制在250目篩余6.0%~8.0%。

將漿料陳腐24 h以上，輸送至噴霧干燥塔造粒，形成的顆粒粉料中通過60目的顆粒占到75%，粉料含水率5%~7%。

將粉料輸送至壓機沖壓成型，模具規(guī)格為220 mm×220 mm×15 mm，對應(yīng)燒成制品的規(guī)格為200 mm×220 mm×13.5 mm，成型壓力為11000±500 kN。

成型后將坯體送入干燥窯干燥，干燥窯溫度為120~180 ℃，周期為45~55 min。

干燥后的坯體入輥道窯氧化氣氛燒成，燒成周期50~60 min，燒成溫度1180~1200 ℃。

出窯后揀選分級得到成品。

2.3坯體配方結(jié)果分析

該工藝制備的廣場磚，抗壓強度大于40 MPa，其中4#配方略有膨脹，但尚在可以接受的范圍內(nèi)。通過實驗分析，拋光磚污泥在高溫氧化氣氛下發(fā)泡是因為其中的碳化硅在高溫氧化氣氛下會發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳，其反應(yīng)方程式為：

SiC (s)+2O2→SiO2+CO2↑（1）

2SiC(s)+3O2→2SiO2+2CO↑（2）

碳化硅在高溫氧化氣氛中首先發(fā)生氧化反應(yīng)，表面生成一層玻璃態(tài)、粘度高的二氧化硅膜，氧氣在二氧化硅膜中的擴散非常慢，所以在較低的溫度下很難繼續(xù)氧化。拋光磚污泥發(fā)泡的根本原因就是由于拋光磚磨頭碎屑里的碳化硅發(fā)生氧化反應(yīng)，排出氣體所致。

拋光磚污泥在1150 ℃就有發(fā)泡現(xiàn)象，而理論上碳化硅發(fā)生強烈的氧化反應(yīng)則需要在更高的溫度（1250 ℃以上）。通過分析發(fā)現(xiàn)，拋光磚磨頭中作為磨料粘接劑的氯氧鎂水泥，在高溫下分解形成的氧化鎂、氯化鎂會促進碳化硅在較低的溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)。在高溫條件下，氧化鎂能溶解在玻璃態(tài)的二氧化硅中，作為二氧化硅玻璃質(zhì)的變體，顯著降低其黏度，導(dǎo)致氧容易通過二氧化硅膜接觸到碳化硅的表面。氧化鎂與碳化硅的氧化產(chǎn)物二氧化硅反應(yīng)，生成低熔點的硅酸鹽，使氧化產(chǎn)物轉(zhuǎn)成液態(tài)，增加了氧在氧化產(chǎn)物中的擴散速度，促進氧化的進行。

氯化鎂在高溫條件下會分解為氧化鎂，反應(yīng)方程式如下：

MgCl2·6H2O→MgO+2HCl+5H2O （3）

反應(yīng)生成的氧化鎂能阻礙二氧化硅形成保護膜，從而促進碳化硅的繼續(xù)氧化，產(chǎn)生發(fā)泡。而反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫會干擾碳化硅保護膜的形成，加劇碳化硅的氧化。因此氯化鎂促進碳化硅氧化的作用比氧化鎂更強烈，因而發(fā)泡更嚴(yán)重。

所以，拋光磚污泥里的碳化硅發(fā)生的氧化反應(yīng)是其發(fā)泡的根本原因，而氯化鎂和氧化鎂會促使濾泥在較低的溫度下發(fā)泡。

為驗證以上分析，制定如下對比實驗。以4#配方為基礎(chǔ)，再額外添加鎂元素含量較高的滑石（3MgO·4SiO2·H2O）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著滑石的不斷引入，坯體發(fā)泡加劇，制品膨脹變形度隨滑石引入量增加而變大。經(jīng)過測算分析，在1#~8#的廣場磚配方體系中，原料中鎂元素含量小于0.3%（wt%）時，才能確保燒后的坯體膨脹變形在可接受范圍內(nèi)。

另外，5#配方廣場磚基本無膨脹，尺寸偏差優(yōu)于4#配方，這是因為熟焦寶石是一種耐火粘土，會引入大量的氧化鋁和氧化硅，從而增加高溫?zé)Y(jié)時的液相黏度，抑制發(fā)泡。同理，選用高溫?zé)Y(jié)時液相黏度高的鉀長石也能起到類似的有益效果。

2.4施釉工藝與結(jié)果分析

選用8#配方作坯體，坯體干燥后在其表面施一層面釉，通過面釉遮蓋磚體表面潛在的色臟斑塊。面釉配方見表3。

面釉的含水率約為35%，比重約為1.55 g/mL，細(xì)度350目篩余約1.6%。

以上面釉配方和工藝參數(shù)在實際生產(chǎn)中可根據(jù)具體情況進行適當(dāng)調(diào)整。為了豐富裝飾效果，可以在面釉配方中添加適量的色料，制成色釉。

待干燥后的坯體冷卻后，每片表面均勻噴灑3~5 g水潤濕，采用噴或淋的方式施面釉，每片施釉19~21 g。

入窯燒成，燒成工藝同8#配方。制品出窯冷卻后，經(jīng)揀選分級得到成品。

為了進一步豐富裝飾效果，采用噴釉的方式施裝飾釉，裝飾釉在面釉上形成裝飾釉點。施釉后入窯燒成，出窯后揀選分級得到成品。

裝飾釉配方見表4。

裝飾釉的釉漿含水率約為35%，比重約為1.65 g/mL,350目篩余為0.1%~0.3%。通過噴釉的方式在面釉上形成釉點，每片用釉量為0.3~0.4 g，燒成后，在磚面上形成凸起的裝飾釉點，除了豐富裝飾效果外，還使得磚面更防滑。

2.5試生產(chǎn)工藝參數(shù)

按濾泥配方單裝球30 t（干料），噴粉，然后在生產(chǎn)線批量試驗，進行一次燒成，主要生產(chǎn)工序的工藝參數(shù)控制如下：

（1） 原料車間主要生產(chǎn)工藝參數(shù)

泥漿比重：1.68~1.70 g/mL；

泥漿黏度：涂4杯流速60~90 s；

泥漿含水率：33.5%~36%；

泥漿細(xì)度：250目篩余6.0±0.3%；

粉料含水率：6.0%~7.0%；

粉料級配：60目篩上不低于75%。

（2） 燒成車間主要生產(chǎn)工藝參數(shù)

成型壓力：11000±500 kN；

成型規(guī)格：200×200 mm；

成型厚度：13.2±0.2 mm；

干燥溫度：120~180 ℃；

干燥周期：45~55 min；

半成品干燥強度：1.5 MPa；

噴水：4±1 g；

噴面釉：20±1 g；

面釉比重：1.55±0.01 g/mL；

噴點釉：0.3~0.4 g；

最高燒成溫度：1185~1190 ℃；

燒成周期：53~57 min。

（3） 試生產(chǎn)坯體、面釉和點釉配方

試生產(chǎn)坯體、面釉和點釉配方如表5、表6和表7所示。

（下轉(zhuǎn)第35頁）

（4） 產(chǎn)品性能

產(chǎn)品性能如表8所示。

3 結(jié)語

通過實驗研究，制定出滿足廣場磚生產(chǎn)工藝的濾泥配方體系，在廣場磚生產(chǎn)中可實現(xiàn)全部濾泥的循環(huán)再用。并且，不需要更改現(xiàn)有的廣場磚生產(chǎn)工藝，濾泥從污水站出來直接進球，不用分離，從而有利于循環(huán)發(fā)展，實現(xiàn)廢料零排放，降低生態(tài)負(fù)擔(dān)。在廢料的循環(huán)利用處理上，為陶瓷行業(yè)提供了一種新的思路。

摘 要:本文針對目前拋光磚污泥易于發(fā)泡而難回收的現(xiàn)狀，通過實驗探索，成功將其用于廣場磚坯體配方中，并進行試生產(chǎn)實驗，得到產(chǎn)品的抗折強度為41 MPa，莫氏硬度不低于6級，其他性能均能滿足生產(chǎn)要求。該回收工藝不需要更改現(xiàn)有的廣場磚生產(chǎn)工藝，有利于循環(huán)利用，實現(xiàn)廢料零排放。

關(guān)鍵詞：拋光磚污泥；發(fā)泡；循環(huán)利用

1 引言

拋光磚污泥是指在拋光磚廠回收處理廢水后殘留的污泥，其產(chǎn)生主要來源于拋光工序，此工序產(chǎn)生的污泥占總量的80%以上。拋光工序產(chǎn)生的污泥以拋光磚廢屑為主，其余為部分拋光磨頭磨損產(chǎn)生的碎屑。由于拋光所用的拋光磨頭是以氯氧鎂水泥為黏合劑、碳化硅為磨料制成的，直接回用于瓷磚坯體會導(dǎo)致1150 ℃以上燒制時，產(chǎn)生明顯的發(fā)泡、膨脹、變形缺陷。因而，目前拋光磚污泥主要采用堆填的方式處理，但會帶來以下幾方面危害：

（1） 侵占土地。拋光磚污泥的堆填需要侵占大量土地資源。

（2） 污染水體。露天堆填的拋光磚污泥受雨水沖刷，使其中的有害物質(zhì)流入自然水體系中，造成水體污染。

（3） 堵塞下水管網(wǎng)。拋光磚污泥中含有很多絮狀高溫樹脂，沖入排水系統(tǒng)后，容易堆積，阻塞下水管網(wǎng)。

（4） 污染土壤。拋光磚污泥中可能含有一些重金屬離子，這些離子會深入并污染土壤，而對農(nóng)田的污染則會直接危害到人體健康。

（5） 污染空氣。拋光磚污泥干燥后，很容易揚塵，而揚塵中含有大量絮狀高溫樹脂、陶瓷顆粒、氯氧鎂水泥顆粒、碳化硅顆粒，人體吸入后，容易導(dǎo)致矽肺等疾病的產(chǎn)生。

目前，拋光磚污泥主要用來生產(chǎn)多孔輕質(zhì)建材，主要是利用碳化硅等組分在高溫?zé)Y(jié)時會產(chǎn)生氣體進而發(fā)泡的特性。但該工序中需對拋光磚污泥進行二次處理，成型后要采用高溫?zé)Y(jié)，且燒結(jié)后的制品多半膨脹變形嚴(yán)重，需要增加切割拋磨等工序，因此生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，能耗大。

廣場磚是陶瓷地磚的一種。主要用于休閑廣場、市政工程、園林綠化、屋頂美觀、花園陽臺、商場超市、學(xué)校醫(yī)院、汽車4S店等人流量較多的公共場合。其磚體色彩簡單，體積小，多為凹凸面的形式，具有防滑、耐磨、強度高、修補方便等特點。

廣場磚生產(chǎn)中也會添加一些回用廢料，主要是一些瘠性固體廢料，可用作廣場磚坯體的骨料，提高坯體強度。拋光磚污泥因高溫?zé)茣r會發(fā)泡，形成多孔結(jié)構(gòu)，降低制品強度，抗壓能力弱，而且發(fā)泡膨脹后需要進一步的后續(xù)加工，使工藝復(fù)雜化。目前，尚未見有將拋光磚污泥用于生產(chǎn)廣場磚的報道。

2 試驗過程

2.1試驗用原料及化學(xué)組成

試驗所用原料化學(xué)組成如表1所示，不足100%的部分為灼減量。試驗配方組成見表2。

其中長石可以是沂水長石、秦莊長石或兩者的復(fù)合，砂為臨朐砂；塑性粘土由章丘土和黑泥混合而成，其中章丘土與黑泥的質(zhì)量比為0.3~1。熟焦寶石是一種耐火粘土。增強劑為本領(lǐng)域常用的添加劑，其組分一般為纖維素等能提高成型后坯體強度的組分，可使生坯強度達(dá)到1.5 MPa以上，減少后續(xù)的生坯破損。

2.2工藝流程

配料，加水球磨，所得漿料比重為1.68~1.70 g/mL，漿料粘度：涂4杯，流速控制在60~90 s，漿料含水率為33.5%~36%，漿料細(xì)度控制在250目篩余6.0%~8.0%。

將漿料陳腐24 h以上，輸送至噴霧干燥塔造粒，形成的顆粒粉料中通過60目的顆粒占到75%，粉料含水率5%~7%。

將粉料輸送至壓機沖壓成型，模具規(guī)格為220 mm×220 mm×15 mm，對應(yīng)燒成制品的規(guī)格為200 mm×220 mm×13.5 mm，成型壓力為11000±500 kN。

成型后將坯體送入干燥窯干燥，干燥窯溫度為120~180 ℃，周期為45~55 min。

干燥后的坯體入輥道窯氧化氣氛燒成，燒成周期50~60 min，燒成溫度1180~1200 ℃。

出窯后揀選分級得到成品。

2.3坯體配方結(jié)果分析

該工藝制備的廣場磚，抗壓強度大于40 MPa，其中4#配方略有膨脹，但尚在可以接受的范圍內(nèi)。通過實驗分析，拋光磚污泥在高溫氧化氣氛下發(fā)泡是因為其中的碳化硅在高溫氧化氣氛下會發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳，其反應(yīng)方程式為：

SiC (s)+2O2→SiO2+CO2↑（1）

2SiC(s)+3O2→2SiO2+2CO↑（2）

碳化硅在高溫氧化氣氛中首先發(fā)生氧化反應(yīng)，表面生成一層玻璃態(tài)、粘度高的二氧化硅膜，氧氣在二氧化硅膜中的擴散非常慢，所以在較低的溫度下很難繼續(xù)氧化。拋光磚污泥發(fā)泡的根本原因就是由于拋光磚磨頭碎屑里的碳化硅發(fā)生氧化反應(yīng)，排出氣體所致。

拋光磚污泥在1150 ℃就有發(fā)泡現(xiàn)象，而理論上碳化硅發(fā)生強烈的氧化反應(yīng)則需要在更高的溫度（1250 ℃以上）。通過分析發(fā)現(xiàn)，拋光磚磨頭中作為磨料粘接劑的氯氧鎂水泥，在高溫下分解形成的氧化鎂、氯化鎂會促進碳化硅在較低的溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)。在高溫條件下，氧化鎂能溶解在玻璃態(tài)的二氧化硅中，作為二氧化硅玻璃質(zhì)的變體，顯著降低其黏度，導(dǎo)致氧容易通過二氧化硅膜接觸到碳化硅的表面。氧化鎂與碳化硅的氧化產(chǎn)物二氧化硅反應(yīng)，生成低熔點的硅酸鹽，使氧化產(chǎn)物轉(zhuǎn)成液態(tài)，增加了氧在氧化產(chǎn)物中的擴散速度，促進氧化的進行。

氯化鎂在高溫條件下會分解為氧化鎂，反應(yīng)方程式如下：

MgCl2·6H2O→MgO+2HCl+5H2O （3）

反應(yīng)生成的氧化鎂能阻礙二氧化硅形成保護膜，從而促進碳化硅的繼續(xù)氧化，產(chǎn)生發(fā)泡。而反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫會干擾碳化硅保護膜的形成，加劇碳化硅的氧化。因此氯化鎂促進碳化硅氧化的作用比氧化鎂更強烈，因而發(fā)泡更嚴(yán)重。

所以，拋光磚污泥里的碳化硅發(fā)生的氧化反應(yīng)是其發(fā)泡的根本原因，而氯化鎂和氧化鎂會促使濾泥在較低的溫度下發(fā)泡。

為驗證以上分析，制定如下對比實驗。以4#配方為基礎(chǔ)，再額外添加鎂元素含量較高的滑石（3MgO·4SiO2·H2O）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著滑石的不斷引入，坯體發(fā)泡加劇，制品膨脹變形度隨滑石引入量增加而變大。經(jīng)過測算分析，在1#~8#的廣場磚配方體系中，原料中鎂元素含量小于0.3%（wt%）時，才能確保燒后的坯體膨脹變形在可接受范圍內(nèi)。

另外，5#配方廣場磚基本無膨脹，尺寸偏差優(yōu)于4#配方，這是因為熟焦寶石是一種耐火粘土，會引入大量的氧化鋁和氧化硅，從而增加高溫?zé)Y(jié)時的液相黏度，抑制發(fā)泡。同理，選用高溫?zé)Y(jié)時液相黏度高的鉀長石也能起到類似的有益效果。

2.4施釉工藝與結(jié)果分析

選用8#配方作坯體，坯體干燥后在其表面施一層面釉，通過面釉遮蓋磚體表面潛在的色臟斑塊。面釉配方見表3。

面釉的含水率約為35%，比重約為1.55 g/mL，細(xì)度350目篩余約1.6%。

以上面釉配方和工藝參數(shù)在實際生產(chǎn)中可根據(jù)具體情況進行適當(dāng)調(diào)整。為了豐富裝飾效果，可以在面釉配方中添加適量的色料，制成色釉。

待干燥后的坯體冷卻后，每片表面均勻噴灑3~5 g水潤濕，采用噴或淋的方式施面釉，每片施釉19~21 g。

入窯燒成，燒成工藝同8#配方。制品出窯冷卻后，經(jīng)揀選分級得到成品。

為了進一步豐富裝飾效果，采用噴釉的方式施裝飾釉，裝飾釉在面釉上形成裝飾釉點。施釉后入窯燒成，出窯后揀選分級得到成品。

裝飾釉配方見表4。

裝飾釉的釉漿含水率約為35%，比重約為1.65 g/mL,350目篩余為0.1%~0.3%。通過噴釉的方式在面釉上形成釉點，每片用釉量為0.3~0.4 g，燒成后，在磚面上形成凸起的裝飾釉點，除了豐富裝飾效果外，還使得磚面更防滑。

2.5試生產(chǎn)工藝參數(shù)

按濾泥配方單裝球30 t（干料），噴粉，然后在生產(chǎn)線批量試驗，進行一次燒成，主要生產(chǎn)工序的工藝參數(shù)控制如下：

（1） 原料車間主要生產(chǎn)工藝參數(shù)

泥漿比重：1.68~1.70 g/mL；

泥漿黏度：涂4杯流速60~90 s；

泥漿含水率：33.5%~36%；

泥漿細(xì)度：250目篩余6.0±0.3%；

粉料含水率：6.0%~7.0%；

粉料級配：60目篩上不低于75%。

（2） 燒成車間主要生產(chǎn)工藝參數(shù)

成型壓力：11000±500 kN；

成型規(guī)格：200×200 mm；

成型厚度：13.2±0.2 mm；

干燥溫度：120~180 ℃；

干燥周期：45~55 min；

半成品干燥強度：1.5 MPa；

噴水：4±1 g；

噴面釉：20±1 g；

面釉比重：1.55±0.01 g/mL；

噴點釉：0.3~0.4 g；

最高燒成溫度：1185~1190 ℃；

燒成周期：53~57 min。

（3） 試生產(chǎn)坯體、面釉和點釉配方

試生產(chǎn)坯體、面釉和點釉配方如表5、表6和表7所示。

（下轉(zhuǎn)第35頁）

（4） 產(chǎn)品性能

產(chǎn)品性能如表8所示。

3 結(jié)語

通過實驗研究，制定出滿足廣場磚生產(chǎn)工藝的濾泥配方體系，在廣場磚生產(chǎn)中可實現(xiàn)全部濾泥的循環(huán)再用。并且，不需要更改現(xiàn)有的廣場磚生產(chǎn)工藝，濾泥從污水站出來直接進球，不用分離，從而有利于循環(huán)發(fā)展，實現(xiàn)廢料零排放，降低生態(tài)負(fù)擔(dān)。在廢料的循環(huán)利用處理上，為陶瓷行業(yè)提供了一種新的思路。