不同摻量拋光廢渣對陶瓷磚性能的影響

王曉嬌

摘 要：本文系統研究并分析了不同摻量的拋光廢渣對陶瓷磚強度、吸水率、體積密度及導熱系數的影響規律。研究表明：在兩種燒成溫度（1230 ℃、1175 ℃）下，陶瓷磚的吸水率及開口氣孔率均隨著拋光廢渣摻量的增加而增加，且吸水率及開口氣孔率變化曲線相似；陶瓷磚的體積密度、斷裂模數及導熱系數均隨著拋光廢渣摻量的增加逐漸降低；整體上，在1230 ℃溫度下，同等拋光廢渣摻量的陶瓷磚的斷裂模數、體積密度及導熱系數的數值均比在1175 ℃溫度下的要小。

關鍵詞：陶瓷磚；拋光廢渣；導熱系數；體積密度；吸水率

1 引言

陶瓷拋光廢渣主要來源于后期冷加工過程，包括銑磨、粗磨、細磨、拋光及磨邊等一系列工序[1]，其成份主要是磨頭中的碳化硅、氧化鎂、氯化鎂及磚屑等雜質[2]。由于拋光廢渣大量引入后，會引起陶瓷坯體發泡、變形，局限了其循環再利用的范圍。拋光廢渣在陶瓷磚中的應用主要集中在兩個方向：一是利用其高溫發泡性能，制作輕質多孔隔熱、隔音等產品；另一方面少量用在釉面磚等其他低溫燒結的陶瓷產品上[1]。前者產品強度低且應用面窄，后者廢渣的消納量少，最終導致整體循環再利用率較低。目前，只有10%以下的拋光廢渣被循環利用，90%以上的量只得采用填埋方式，不僅浪費資源，而且污染環境[3，4]。如果能很好地控制拋光廢渣在陶瓷磚應用中出現發泡、變形，以及強度不足等問題，便可以使其在陶瓷磚中被循環利用。

目前，對拋光廢渣在陶瓷磚中應用的系統性研究的報道較少，本文系統研究了不同摻量的拋光廢渣對陶瓷磚導熱系數、強度、吸水率的影響，對拋光廢渣在陶瓷磚的應用將有極大的參考指導價值。

2 實驗內容

2.1 實驗原料

本實驗以佛山東鵬某陶瓷廠的普通白料及清遠某陶瓷廠拋光工序廢渣為主要原料，并添加適量的減水劑、分散劑。

2.2 樣品的制備

（1） 原料的預處理

拋光廢渣經過烘干、破碎、均化后，過60目標準篩，取篩下料作為實驗用拋光廢渣。

（2） 樣品的制備過程

將適量的白料、拋光廢渣，外加0.6%減水劑（偏硅酸鈉）混合球磨，其中，粉料﹕水=1﹕0.5；球磨后進行造粒；然后采用咸陽陶瓷研究設計院機械廠產的SY35B型試驗用壓樣機壓制成型，在20 MPa的壓力制成120 mm×80 mm×6 mm的規格的試樣；最后將制備好的試樣分別在不同的窯爐溫度下燒結，最終獲得樣品。

2.3 樣品的表征

根據阿基米德原理，采用靜力稱重法測定樣品的吸水率（Wa，%）及體積密度（D，g/cm3）；采用佛山市華洋設備有限公司制型號為HYK-10000A的數顯式抗折儀測試樣品的抗折強度，測試跨距為100 mm，加載速度為0.5 mm/min。采用上海復旦天欣科教儀器有限公司產的FD-TC-Ⅱ型導熱系數測定儀測試樣品導熱系數。

3 實驗結果分析與討論

為了更好地掌握拋光廢渣對陶瓷磚性能的影響，本文選擇了兩個溫度點進行燒成實驗，即普通拋光磚燒成溫度為1230 ℃和仿古磚燒成溫度為1175 ℃。

3.1 不同摻量拋光廢渣對陶瓷磚吸水率、斷裂模數及體積密度的影響

圖1和圖2分別為陶瓷磚吸水率及開口氣孔率隨拋光廢渣摻量的變化關系。

由圖1可知，兩種燒成制度下，陶瓷磚的吸水率均隨著拋光廢渣摻量的增加而增加。通過分析，拋光廢渣中的碳化硅是高溫發泡的主要原因，奚修安[5]經過大量的系統實驗，得到了拋光廢渣在陶瓷磚中的發泡機理[6-8]。根據此發泡機理，拋光廢渣摻量越大，引入陶瓷磚體的碳化硅量越多，高溫燒結時，廢渣中的碳化硅與陶瓷內部堿性物質接觸機會增加，被氧化形成的CO、CO2的氣體量隨之增加，這些氣體在燒結時被陶瓷體的液相包圍，即形成的氣孔數量增多，導致陶瓷磚的吸水率及開口氣孔率增加。

實驗中還發現，拋光廢渣在陶瓷磚內部形成的氣孔均為閉口氣孔。因此，在吸水率均較小的情況下，貢獻于吸水率的主要是表面的開口氣孔和微裂紋，導致圖1和圖2中的曲線變化趨勢十分相似。

圖3、圖4分別為陶瓷磚斷裂模數及體積密度隨拋光廢渣摻量的變化關系。

由圖3、圖4可知，隨著拋光廢渣摻量的增加，兩種燒成制度下，陶瓷磚的體積密度及斷裂模數均逐漸降低。因為拋光廢渣摻量增加，高溫形成的氣孔數量增加，導致陶瓷燒結致密度下降，體積密度隨之降低；由于氣孔是引起應力集中的地方[9]，氣孔數量的增加則導致陶瓷磚斷裂模數降低。

由圖3、圖4顯示，高溫下（1230 ℃），同等拋光廢渣摻量的陶瓷磚的斷裂模數和體積密度的數值均小于低溫（1175 ℃）下的。高溫（1230 ℃）燒結時，相對于1175 ℃溫度下，陶瓷磚內液相較多且液相黏度減小[9]，氣孔膨脹阻力減小[5]，氣孔變大或生成量增多，故導致體積密度及斷裂模數值較小。

3.2 不同摻量拋光廢渣對陶瓷磚導熱系數的影響

圖5為陶瓷磚導熱系數隨拋光廢渣摻量的變化關系。

由圖5可知，兩種燒成制度下，陶瓷磚導熱系數隨拋光廢渣摻量的增加大致呈逐漸減小的趨勢。陶瓷磚燒結體內的氣孔中充滿空氣，而空氣在273 K靜止狀態下的導熱系數僅為0.026 W/m·K。因此，氣孔越多，體積密度越小，陶瓷磚的導熱系數越低。由于影響陶瓷磚導熱系數的因素比較多[10]，導致本組實驗的導熱系數數值存在一些小的波動，但是總體上高溫組（1230 ℃）的導熱系數比低溫組（1175 ℃）的要低。

4 結論

（1） 兩種燒成溫度下，陶瓷磚的吸水率及開口氣孔率均隨著拋光廢渣摻量的增加而增加，且吸水率及開口氣孔率變化曲線相似。

（2） 兩種燒成溫度下，陶瓷磚的體積密度、斷裂模數及導熱系數均隨著拋光廢渣摻量的增加逐漸降低。

（3） 整體上，高溫下（1230 ℃），同等拋光廢渣摻量的陶瓷磚的斷裂模數、體積密度及導熱系數的數值均比低溫（1175 ℃）下的要小。

參考文獻

[1] 黃惠寧，柯善軍，張國濤，等.拋光廢渣在陶瓷磚中的應用及現狀[J].佛山陶瓷，2012，（7）：1-9.

[2] 徐瑜.拋光廢渣的結構與性能分析[J].佛山陶瓷，2015，（1）：25- 28.

[3] 余國明，王貴生，李少平.拋光磚冷加工廢渣在釉面磚生產中的循環應用[J].佛山陶瓷，2010，20（6）：15-23.

[4] 稅安澤，夏海濱，曾令可，等.利用拋光磚廢料制備多孔保溫建筑材料[J].硅酸鹽通報，2008，27（1）：191-195.

[5] 奚修安. 拋光磚廢料的燒成發泡機里及應用研究[D]. 華南理工大學， 2011.

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[7] X. Xi，A. Shui，Y. Li，et al.Effects of Magnesium Oxychloride andSilicon Carbide Additives on the Foaming Property during Firingfor Porcelain Ceramics and Its Microstructure[J].Euro.Ceram.Soc.，2012， 32（5）：3035-3041.

[8] 李小斌，周秋生，劉業翔，等.亞微米 SiC 粉體的氧化過程[J].中 國有色金屬學報，2000，10（4）：560-563.

[9] 李家駒.陶瓷工藝學[M].北京中國輕工業出版社，2007.

[10] 吳青仁，文璧璇.拋光廢渣在陶瓷磚中的應用及現狀[J].華南理工大學學報（自然科學版），1996，24（3）：52-55.