不同加工方法對大同砂石可塑性影響的研究

米有軍

摘 要：通過對球磨法和振搗法兩種細碎方法所得的大同砂石樣品可塑性指數的對比試驗，以及與朔縣土等軟質高嶺土可塑性指數的檢測對比分析，提出了一種改善大同砂石可塑性、接近軟質高嶺土可塑性指數的加工方法。

關健詞：大同砂石；片狀結構；振搗法；可塑性指數

1 前言

大同砂石屬于工業固廢，資源豐富，易開采，其主要成分是SiO2、Al2O3，另外還含有數量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O，化學成分及理化性質類似于傳統陶瓷原料（如表1），在一定條件下可以作為陶瓷原料使用。而且大同砂石的白度在90以上，較一般陶瓷原料高，如果在陶瓷生產中替代其他原料，既能提高陶瓷的品質，又能使大同砂石變廢為寶，是很好的利用途徑。另外大同砂石含有一定熱值，在制品燒成時，還可以節約能源。目前，大同砂石已在建筑陶瓷、日用陶瓷、陶粒生產、多孔陶瓷等領域被廣泛研究利用。

但是，大同砂石屬于硬質高嶺土，無可塑性，經粉碎、磨細后才具有可塑性。由于其可塑性很低，在陶瓷生產中可作為高級陶瓷原料的優質大同砂石并不多。而朔縣土等軟質高嶺土，可塑性較大同砂石強很多，雖然白度不及大同砂石，但在陶瓷生產上的應用仍特別廣泛。本文提出的用振搗法細碎大同砂石的工藝，可以提高其可塑性指數，接近朔縣土的可塑性指數。如果將本法在陶瓷生產中推廣，將產生很好的環境、資源及社會效益。

2 機理

對于陶瓷原料，可塑性指數是一項綜合性能指標，其高低直接反映原料的成型性能，是衡量陶瓷泥料成型性能的重要指標。在陶瓷工藝中，固相顆粒的形狀是影響陶瓷泥料可塑性的因素。不同形狀顆粒的比表面是不同的，對可塑性的影響也有差異。根據計算，板片狀、短柱狀顆粒的比表面較球狀和立方體顆粒的比表面大得多，前兩種顆粒容易形成面與面的接觸，構成的毛細管半徑小，毛細管力大，對稱性低，移動時阻力大，促使泥料的可塑性增大；另外，片狀結構能夠增加其內摩擦作用，阻礙其相對流動，使粘性增強，從而塑性提高。

基于上述理論基礎，為了提高大同砂石的可塑性，本文從改變固相顆粒的形狀出發，提出用振搗法代替傳統的球磨法細碎大同砂石，即通過對大同砂石的擠壓、沖擊、摩擦等多種運動形式的作用，增加其片狀結構的組成比例，并分析了不同加工方法對大同砂石可塑性指數的影響。

3 實驗

3.1 原料

大同砂石、朔縣土。

3.2 儀器設備

顎式破碎機、球磨機、振搗器、振動篩、GYS-2數顯式液塑限測試儀。

3.3 步驟

分別制得6組不同細度的大同砂石、朔縣土粉末樣品，各組篩分目數和孔徑如下表。

（1）用球磨法制備大同砂石、朔縣土粉末

由下列步驟組成：

第一步，將大同砂石、朔縣土經顎式破碎機后分別置于球磨機中磨細；

第二步，篩分，烘干，研磨，各得到6組不同細度的粉末；

第三步，將不同細度的粉末編號，進行可塑性指數檢測，記錄數據。

（2）用振搗法制備大同砂石粉末

由下列步驟組成：

第一步，將大同砂石置于振搗機中振搗；

第二步，篩分，得到6組不同細度的粉末；

第三步，將不同細度的粉末編號，進行可塑性指數檢測，記錄數據。

4 檢測分析

從以上18組粉料中各取200 g，加適量水充分調拌均勻，填滿GYS-2數顯式液塑限測試儀的試樣杯，將試樣表面抹平，測讀圓錐下沉入土深度（圓錐下沉入土深度為3 ～ 5 mm，9 ～ 11 mm，15 ～ 17 mm。若入土深度不符合要求，應加水或加料調勻復測，直至入土深度符合要求）。

分別挖取各錐深錐體附近的試樣不少于10 g，用天平測量，烘干再稱量，計算含水率。

對于每一種樣品，以含水率為橫坐標，圓錐下沉入土深度為縱坐標，在雙對數坐標紙上繪制關系曲線，三點應在一條線上。當三點不在一直線上時，通過高含水率的點和其余兩點連成兩條直線，在下沉為 2 mm處查得相應的兩個含水率，當兩個含水率的差值小于2%時，應以兩點含水率的平均值與高含水率的點連一直線。該直線上下沉入土深度為17 mm所對應的含水率為液限；2 mm所對應的含水率為塑限。當兩個含水率的差值大于2%時，重新測量。

塑性指數按下式計算：

Ip=WI-Wp

式中Ip——可塑性指數 ；

WI——液限（%）；

Wp——塑限（%）。

本文通過對球磨和振搗兩種大同砂石細碎方法所得樣品的可塑性指數對比試驗以及與朔縣土等軟質高嶺土可塑性指數的檢測對比分析，得到各樣品的可塑性指數見表3。

5 分析

由圖可知，對于同一細度的樣品而言，軟質高嶺土（朔縣土等）可塑性指數普遍要高于大同砂石（硬質高嶺土），而且數值波動較小，較為穩定。

可以看出，與球磨濕法加工制備的大同砂石和朔縣土有所不同的是，振搗法的樣品其液限和塑限較低，即具有較好可塑性時的含水率較低。

對于同一種樣品而言，隨著顆粒細度的增加，可塑性有增加的趨勢[1]。而振搗法大同砂石樣品可塑性指數升高的趨勢較球磨法大同砂石樣品和朔縣土樣品更為明顯，特別的，在細度達到300目時可塑性指數達到14.0，增加的程度尤為明顯，超過了朔縣土的可塑性指數13.7。

6 結論

由以上分析可知，本文給出的振搗法不失為一種提高大同砂石粉末樣品可塑性的加工方法，細度達到300目時高于軟質高嶺土（朔縣土等）的可塑性指數。如果將振搗法加工的高可塑性大同砂石代替朔縣土等軟質粘土應用于陶瓷生產中，可以滿足陶瓷坯體的成型需要。又由于其白度高，若代替朔縣土等高成本的原料，不僅能提高陶瓷制品的白度，還將減少生產成本，為企業創造更大的經濟效益[2]。

振搗法加工的大同砂石含水率在15 ～ 30%區間，正好與陶瓷生產可塑性成型要求的泥料含水率相近，這一點對于大同砂石在陶瓷工業中的應用具有重要的指導意義。

參考文獻

[1] 石新城， 閻法強. 煤矸石細度對原料塑性影響的研究[J]. 建筑節能， 2002（4）：12-13.

[2] 鄧一兵. 煤矸石的綜合利用-制磚[J]. 能源與環境， 2009（3）：121-122.