石材鋸泥在發(fā)泡陶瓷生產中的技術運用

鐘路生 劉峰 馬鎮(zhèn)耀 張鑫

摘 要：鋸泥雜質多，混有大量的碎石和泥土，成分復雜，鐵和鈣含量平均達到3～4%，傳統(tǒng)的工藝技術很難大摻量利用。本文作者通過系統(tǒng)的化學分析、有機的組合搭配和不同燒成制度的調整完善，歷經一年多的反復取樣交叉論證，鋸泥摻量10%～90%研制發(fā)泡陶瓷隔墻板，達到行業(yè)標準T/CBCSA12-2019《發(fā)泡陶瓷隔墻板》各項性能要求，并成功產業(yè)化。

關鍵詞：石材鋸泥 ;發(fā)泡陶瓷; 技術應用

1 前 言

山東日照五蓮縣是石材資源富集區(qū)，這里有最好的花崗巖礦山資源，五蓮紅、五蓮青等石材源源不斷地出口，在50多個國家和地區(qū)建立了姿態(tài)萬千的建筑群落，裝飾了人們的生活。但是，經過三十多年的礦山石材業(yè)發(fā)展，五蓮縣的鋸泥存量變得十分巨大，給當地的環(huán)保帶來巨大壓力，據不完全統(tǒng)計，目前每年還陸續(xù)產生多達近300萬噸鋸泥[1]，還不包括塊狀邊角料。隨著國家環(huán)保政策的深入貫徹，對礦山開采的控制必將越來越嚴格，對自然環(huán)境的的保護呼聲越來越高。2018年五蓮石材循環(huán)經濟產業(yè)園成立了，著力推廣產業(yè)發(fā)展和綠色轉型之路。但是鋸泥雜質多，混有大量的碎石和泥土，成分復雜，鐵和鈣含量平均達到3%～4%，傳統(tǒng)的工藝技術很難大摻量利用。本文作者通過系統(tǒng)的化學分析、有機的組合搭配和不同燒成制度的調整完善，歷經一年多的反復取樣交叉論證，鋸泥摻量10%～90%研制發(fā)泡陶瓷隔墻板，達到行業(yè)標準T/CBCSA12-2019《發(fā)泡陶瓷隔墻板》各項性能要求，并成功產業(yè)化。

2生產技術運用與分析

2.1原料甄選

2.1.1原料礦物外觀分析

從表1中可以看出，砂石類原料基本都是表面自由水和表面粘結的泥土。膨潤土主要含吸附水，成分中黏土基本占了一半。但1#、2#生焦原礦大塊頭，焦寶石原礦質地結構致密，在水中不易分散，可塑性較低，所以可能導致球磨時間延長。

2.1.2主原料的分析

鋸泥雜質多，常夾摻有雜草、塑料袋、小鐵屑、塊狀邊角料等，包裹在一起不容易清理，所以來料的細度決定了生產中的球磨效率。從取樣檢測數據來看，純鋸泥整體細度較小，100目篩上料總量只占20%左右，且40目以下細粉占比超過60%，有利于縮短球磨時間。

原礦鋸泥，干燥狀態(tài)呈灰白色，直徑50.15mm。在1160℃燒成下，外形基本完整圓邊棱角剛到熔點，剛起小R角，深褐色，表面光滑，直徑43.45mm，收縮13.36%。在1200℃燒成下，外形還保持完整已發(fā)生熔融變形，圓邊棱角已成弧形并呈大R角，到了燒成收縮后期的體積膨脹狀態(tài)，直徑44.45mm，收縮11.37%，但還沒有融化成扁平。在40℃的溫差對比之下，燒成變化不大，說明鋸泥有較寬的燒成范圍。

2.1.3原料成分分析

從成分表中可以看出，鋸泥含鐵量較多，坯體不可能呈白色，又由于鋸泥中的鋁含量略微偏低，需要適當的加入鋁含量以增加坯體的強度和韌性，而生焦是當地較為便宜的含鋁高的原料，但其鐵含量更高，所以鋸泥與生焦的組合，坯體可能是偏黑色，或者青黑色。

2.2配方試制

2.2.1實驗室小試

鋸泥摻量10%～90%配方試制，在測溫環(huán)1160～1200℃范圍內，通過燒成溫度與時間的不斷修正，來尋找最佳的鋸泥摻入量的配方組合。從表4～表7中可以看出鋸泥摻量10%～75%的配方試制，都可以得到發(fā)泡均勻細膩的發(fā)泡坯體，孔徑小于1.0mm;而鋸泥高摻量80%～90%的配方試制，也都可以得到發(fā)泡均勻細膩的發(fā)泡坯體，孔徑1.0～2.5mm，基本處于市場銷售水平。

測溫環(huán)溫度1200℃，發(fā)泡均勻細膩。

測溫環(huán)溫度1168℃，發(fā)泡均勻細膩。

測溫環(huán)溫度1180℃，發(fā)泡均勻細膩。

測溫環(huán)溫度1200℃，發(fā)泡均勻，但孔徑偏大。降溫后基本達到孔徑要求。

2.2.2中試配方化學分析

以上數據顯示，經過前期實驗室小試配方體系做出的鋸泥摻量全覆蓋試驗，已基本確定所甄選的鋸泥利用的可行性，并選擇性地投料中試后，發(fā)泡均勻都基本與小試一致。再分析配方的化學組成對比原鋸泥化學成分，適當提高鋁含量，降低硅含量，以期增強坯體的任性，減少冷卻裂的風險，綜合考慮燒成周期，首選LG3#投料試生產一周，二次選擇ZG5#試生產一周。

2.2.3粉料顆粒級配

分析：抽查LG3#粉料顆粒級配，其中20～60目超過80%，20～80目超過92%，20目篩上粗顆粒和100目篩下細顆粒度較少，也就是說相對粗的顆粒表面接觸少，粉體之間分子引力、靜電引力作用逐漸減少，顆粒之間不容易粘結，粉料的流動性較好，布料均勻，也有利于氧化分解階段氣體的排出，有利于高溫熔融狀態(tài)下發(fā)泡孔徑更加均勻。

2.3關于燒成

成功的燒制過程必須在合理的燒成制度下進行，燒成制度一般指溫度制度、壓力制度和氣氛制度[2]。本項目為燃料

LNG輥道窯燒成發(fā)泡陶瓷，采用的是常壓狀態(tài)下的氧化氣氛，不是操作的難點，而溫度制度的設置才是關鍵。

分析：以上兩條溫度曲線的設置，趨勢基本一致，在燒成厚度為10～12cm毛坯，切割成厚度切8～10cm的成品，切割量很少且斷面發(fā)泡均勻細膩，孔徑1.0～1.5mm，密度420～450kg/m3，抗壓強度為4.5～6.5MPa。說明該配方的燒成范圍較寬，在最高燒成溫度沒有改變的情況下，前段升溫氧化階段溫度在20℃范圍內的波動對于該配方結構沒有實質的影響。由于配方主原料是石材鋸泥，屬于砂性原料，摻量多達60%～80%，砂多泥少，有效地減少了泥料中有機物的氧化分解時間，所以能夠實現快速升溫，常溫～800℃升溫速率是10℃/min，800～1000℃升溫速率是3.7 ℃/min 。

3結論

本文所述的石材鋸泥是山東日照五蓮縣的花崗巖鋸泥，其主要礦物成分是石英、斜長石、正長石，以及少量的黒云母，化學成分中鉀含量比較高，燒成范圍寬，有利于一般的配方組成。在大摻量使用鋸泥組成配方需要引入少量的鋁元素，以增強坯體的韌性，在優(yōu)化的燒成制度下生產出合格的發(fā)泡陶瓷隔墻板。

科技部社會發(fā)展科技司二級巡視員徐俊2月25日表示，將在“十四五”期間組織實施“循環(huán)經濟關鍵技術與裝備”重點專項。開展資源型固廢源頭減量減害、綠色過程調控、高質量循環(huán)利用重大科技問題研究，促進資源高效綜合利用的循環(huán)經濟科技創(chuàng)新體系建設[3]。本項目的研究“多摻量石材鋸泥在發(fā)泡陶瓷生產中的技術運用”正好符合這一主題，充分循環(huán)利用固廢，節(jié)能減排，科技創(chuàng)建新體系。

參考文獻

[1] 日照廣播電視，總第1433期，2021-1-14.

[2] 馬鐵成.陶瓷工藝學[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2017

[3] 網易新聞，中國硅酸鹽學會固廢分會，2021-3-9.