花崗巖鋸泥制備建材產(chǎn)品研究進(jìn)展

張 媛，李育彪，薛璐韜，吳曉勇，蹇守衛(wèi)，呂 陽(yáng)

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢 430070；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070； 3.硅酸鹽建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070)

0 引 言

花崗巖是由巖漿在地殼中冷卻凝固而成，主要由石英、長(zhǎng)石和少量云母等礦物相組成。我國(guó)花崗巖種類繁多，儲(chǔ)量大且分布廣。花崗巖質(zhì)地致密、耐磨損、表面色澤美觀、耐酸堿和抗氧化能力強(qiáng)，廣泛地應(yīng)用于高檔建筑裝飾、園林設(shè)計(jì)、耐酸襯料和路基修筑等領(lǐng)域。我國(guó)花崗巖板材產(chǎn)量約5億平方米[1]，每年產(chǎn)生超過1 000萬(wàn)噸花崗巖鋸泥[2]，這些廢料的堆存不僅侵占土地，而且會(huì)造成粉塵揚(yáng)起、土壤污染等環(huán)境問題。

花崗巖鋸泥富含硅質(zhì)組分，我國(guó)幾大產(chǎn)區(qū)鋸泥的主要化學(xué)組成如表1所示。其化學(xué)組成因產(chǎn)地不同而有一定差異，但多數(shù)地區(qū)的花崗巖鋸泥化學(xué)組成含量相近，湖北、四川和甘肅等地鋸泥中SiO2含量高達(dá)70%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右，Al2O3含量皆在10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上，還含有一定量的K2O、Na2O、CaO、MgO等。

表1 我國(guó)某些地區(qū)花崗巖鋸泥的主要化學(xué)組成[1-2]Table 1 Main chemical composition of granite saw mud in some areas of China[1-2]

目前國(guó)內(nèi)對(duì)鋸泥的處理方式通常有三種：一是對(duì)花崗巖廢料進(jìn)行填埋處置、露天堆積等，但該處理方式對(duì)周圍環(huán)境影響較大，且浪費(fèi)資源；二是對(duì)其進(jìn)行浮選分離提純，目的在于回收高品質(zhì)石英和長(zhǎng)石[3]，但是該工藝所用到的氫氟酸、濃硫酸等強(qiáng)腐蝕性藥劑容易產(chǎn)生廢水，進(jìn)而引起二次污染；三是將花崗巖鋸泥作為原料應(yīng)用于生產(chǎn)水泥、玻璃、陶瓷和涂料等建材產(chǎn)品，將鋸泥作為基材應(yīng)用于建筑領(lǐng)域是目前應(yīng)用最廣方式。

鋸泥用于建材方面主要有四個(gè)方向：一是用來做建筑陶瓷底料，簡(jiǎn)單磁選除鐵后就可利用，工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，但是附加值低，一般幾十元/噸；二是用于制備人造花崗巖，要求鋸泥粒度細(xì)、均勻且不含泥土等雜質(zhì)，有時(shí)需要二次研磨加工，工藝流程復(fù)雜，但附加值高；三是用于建筑砌塊加工，鋸泥是生產(chǎn)加氣塊的優(yōu)質(zhì)原料，但是近幾年砌塊價(jià)格大幅下滑，利用價(jià)值也較低；四是做裝配式建筑用陶瓷板，具有節(jié)能減排、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，未來具有廣泛的利用前景。例如，來自福建某公司的鋸泥加氣混凝土砌塊和蒸壓磚制品項(xiàng)目每年可生產(chǎn)高達(dá)20萬(wàn)立方米混凝土砌塊和1億塊蒸壓磚，消納30～50萬(wàn)噸花崗巖鋸泥；廣西岑溪市將花崗巖廢料破碎、除雜、提純后，分離其有效成分，用于制造日用瓷器和人造花崗巖板材，很好的解決了當(dāng)?shù)鼗◢弾r廢料堆存問題。

國(guó)外對(duì)于鋸泥的資源化利用主要集中在涂料、建筑陶瓷和混凝土等方面。巴西、伊朗、印度等國(guó)家也是石材出口大國(guó)，其花崗巖品種多樣,資源豐富，但同樣也面臨著鋸泥堆存、污染環(huán)境問題。巴西為減少天然骨料在混凝土和砂漿中的使用，減緩自然資源消耗，以花崗巖鋸泥為基材生產(chǎn)砂漿，不僅提高了砂漿穩(wěn)定性和耐磨性，還實(shí)現(xiàn)了鋸泥高效資源化利用[4]。日本某公司用粒徑為0.01～5.00 mm的花崗巖鋸泥研制出適用于房屋外墻和屋頂?shù)姆阑鸶魺嵬苛希山?jīng)受1 200 ℃高溫[5]。在塞爾維亞，花崗巖廢料作為長(zhǎng)石的低成本替代品應(yīng)用于戶外陶瓷地磚的制備，鋸泥中高含量二氧化硅的引入降低了坯體干燥收縮率與變形缺陷，提升了陶瓷地磚穩(wěn)定性和物理性能[6]。在印度，將花崗巖鋸泥加入混凝土原料中可確保水泥骨料基質(zhì)的有效填充，減少自由水空間，使水泥顆粒更加分散，從而產(chǎn)生更好的水化條件，并增加混凝土的黏結(jié)成分，可提高砌塊的強(qiáng)度和耐久性[7]。

葡萄牙的Torres等[8]在不影響產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上將10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))花崗巖鋸泥加入生產(chǎn)屋頂瓦片的原料中，減少了不可再生自然資源的消耗，降低了生產(chǎn)鋸泥時(shí)造成的不利環(huán)境影響。巴西的Acchar等[9]向黏土基陶瓷配方中添加花崗巖鋸泥和咖啡殼灰作為長(zhǎng)石替代物，可緩解長(zhǎng)石消耗壓力。意大利某公司將不同質(zhì)量比的花崗巖鋸泥與黏土混合生產(chǎn)磚瓦，發(fā)現(xiàn)向原料中加入40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))花崗巖鋸泥可生產(chǎn)合格產(chǎn)品。

花崗巖鋸泥生產(chǎn)高附加值建筑材料，可將鋸泥“變廢為寶”，開拓建材產(chǎn)品的原材料范圍。本文主要論述了花崗巖鋸泥在微晶玻璃、發(fā)泡陶瓷、陶瓷釉料和加氣混凝土砌塊四種建材產(chǎn)品中的應(yīng)用與發(fā)展，總結(jié)了利用鋸泥制備這些建材的依據(jù)和方法，為其他尾礦制備建材產(chǎn)品提供了一定的理論研究基礎(chǔ)。

1 微晶玻璃

1.1 制備依據(jù)

微晶玻璃是特定組成的基礎(chǔ)玻璃經(jīng)核化、晶化處理后得到的一種含有大量結(jié)晶相和玻璃相的多相固體材料，其結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度高、耐熱耐腐蝕，被作為裝飾材料廣泛地應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。按照基礎(chǔ)玻璃的化學(xué)組成，微晶玻璃可分為[10]硅酸鹽型、鋁硅酸鹽型、氟硅酸鹽型、磷酸鹽型和硼酸鹽型。常見微晶玻璃體系的化學(xué)組成、主晶相及主要特征見表2。

表2 常見微晶玻璃體系的化學(xué)組成、主晶相及主要特征[11-12]Table 2 Chemical composition, principal crystal phase and main characteristics of common glass-ceramics systems[11-12]

由表2可知，制備微晶玻璃的化學(xué)組成主要有SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO和MgO，其成分及含量變化影響微晶玻璃的制備類型、主晶相與性能。SiO2以硅氧四面體[SiO4]為基本結(jié)構(gòu)形成不規(guī)則的三維網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成玻璃“骨架”。Al2O3是介于網(wǎng)絡(luò)生成體和網(wǎng)絡(luò)外體之間的中間體氧化物，適量Al3+奪取非橋氧形成[AlO4]進(jìn)入硅氧網(wǎng)絡(luò)中，增加玻璃體黏度，使玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨向致密化[13]；Al2O3含量過高會(huì)導(dǎo)致玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空隙增大，減弱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低微晶玻璃性能[14]。CaO和MgO作為網(wǎng)絡(luò)改變體存在于玻璃中，適量CaO和MgO可提供“游離氧”破壞玻璃中的[SiO4]網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而降低其黏度，增加玻璃內(nèi)原子的擴(kuò)散速率，以促進(jìn)微晶玻璃析晶[15]。K2O和Na2O是網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，可作為助熔劑降低玻璃熔化溫度。花崗巖鋸泥中含有較高含量的SiO2和Al2O3，同時(shí)還含有CaO、MgO、K2O和Na2O，符合CaO-Al2O3-SiO2、MgO-Al2O3-SiO2、CaO-MgO-Al2O3-SiO2和Na2O-Al2O3-SiO2等體系所需成分，理論上是制備鋁硅酸鹽型微晶玻璃的適宜原材料。

王振等[16]以花崗巖鋸泥為原料，輔以Fe2O3、Na2CO3、CaF2、Mg2(OH)2CO3等化合物，成功制備了R2O-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系花崗巖廢渣微晶玻璃。孫慧等[17]以花崗巖鋸泥為原料，輔以石英砂、ZrO2、Al(OH)3、Mg2(OH)2CO3，經(jīng)780 ℃核化1 h、1 160 ℃晶化2 h后，制得四點(diǎn)抗彎強(qiáng)度為114.56 MPa的R2O-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃。萬(wàn)里佳等[18]以四川某地的花崗巖廢渣為原料，加入適量的CaF2、CaCO3、Mg2(OH)2CO3，經(jīng)675 ℃核化1 h、1 010 ℃晶化1 h后，成功制備了顯微硬度為5.21 GPa、三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度為125 MPa的R2O-CaO-MgO-Al2O3-SiO2-F系微晶玻璃。羅云龍等[19]以花崗巖尾礦為主原料，輔以其他原料，以適量二氧化鈦和氟硅酸鈉為復(fù)合晶核劑制備了R2O-CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃，發(fā)現(xiàn)CaO/MgO質(zhì)量比在一定范圍內(nèi)增加，微晶玻璃的主晶相逐漸由角閃石和鈣長(zhǎng)石轉(zhuǎn)變?yōu)殁}長(zhǎng)石，因鈣長(zhǎng)石硬度高于角閃石，微晶玻璃硬度增大，但CaO/MgO質(zhì)量比過大，微晶玻璃顯微硬度會(huì)因其內(nèi)部棱柱狀鈣長(zhǎng)石的完整性變差或出現(xiàn)孔洞等缺陷而降低。基于上述研究可知，以花崗巖鋸泥為主體，輔以其他原材料，通過對(duì)配方和熱處理制度進(jìn)行調(diào)整，可以制得性能優(yōu)良的微晶玻璃。

1.2 制備方法

高溫熔融法是微晶玻璃的傳統(tǒng)制備方法，又稱壓延法或整體析晶法，隨后又出現(xiàn)了燒結(jié)法、溶膠-凝膠法等。目前國(guó)內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)微晶玻璃主要采用高溫熔融法和燒結(jié)法，制備工藝成熟。

1.2.1 熔融法

熔融法制備花崗巖基微晶玻璃的工藝過程為[20]：將花崗巖鋸泥、輔料和晶核劑按照配比稱量后充分混合均勻，高溫熔融成玻璃液相，澄清、均化后經(jīng)壓延、輥壓、澆鑄等手段使之成型，在一定溫度下進(jìn)行核化、晶化，退火后可制得微晶玻璃。程金樹等[21]以花崗巖鋸泥為原料，采用高溫熔融法成功制備了具有優(yōu)良性能的鋁硅酸鹽型微晶玻璃。王金龍等[22]以花崗巖廢渣為主原料，二氧化鋯為晶核劑，采用整體析晶法制備R2O-MgO-A2O3-SiO2-F系微晶玻璃，經(jīng)660 ℃核化1 h、1 086 ℃晶化2 h，制得脆性指數(shù)為3.77 μm-1、斷裂韌性為1.85 MPa·m1/2、顯微硬度為3.95 GPa、四點(diǎn)抗彎強(qiáng)度為97.2 MPa的試樣。歐甜等[23]以花崗巖廢渣為主要原料，以Na2CO3、CaHPO4、白云石、輕燒氧化鎂為輔助原料，TiO2和P2O5為晶核劑，采用高溫熔融法在740 ℃核化1 h、950 ℃晶化2 h的條件下，制得抗彎強(qiáng)度為70.19 MPa的微晶玻璃。

熔融法所制產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，表面致密有光澤感,且無氣泡、變形等缺陷，適合機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)。但該方法制備過程熔制溫度高(通常在1 350 ℃以上)，能耗大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高。

1.2.2 燒結(jié)法

燒結(jié)法制備微晶玻璃的原理是玻璃顆粒界面和表面析晶，無需添加晶核劑。其具體過程是將熔化好的玻璃液水淬形成玻璃顆粒，過篩后裝模或壓制成型，晶化熱處理后制得微晶玻璃[24]。在晶化熱處理前，需用差示掃描量熱儀測(cè)定基礎(chǔ)玻璃的核化溫度和晶化溫度。

鄒傳明等[25]以改性花崗巖粉體為主要原料，采用燒結(jié)法制備了斷裂韌度為3.0 MPa·m1/2、抗彎強(qiáng)度為144 MPa的鈣長(zhǎng)石微晶玻璃。湯李纓等[26]以四川某地花崗巖廢料為主要原料，采用燒結(jié)法制備了鋸泥摻量為40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、析晶溫度為1 080～1 160 ℃、主晶相為β-硅灰石的微晶玻璃。

燒結(jié)法易控制析晶過程，玻璃熔體不需嚴(yán)格均一，所需熔制溫度較熔融法低，熔制時(shí)間縮短，能耗降低。但燒結(jié)法制備的微晶玻璃存在氣孔等缺陷，產(chǎn)品內(nèi)部難致密化，物理化學(xué)性能降低，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

1.2.3 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法制備微晶玻璃是將玻璃原料與有機(jī)化合物經(jīng)水解形成膠體凝膠，再在較低溫度下進(jìn)行燒結(jié)[27]。溶膠-凝膠法是一個(gè)由液相變?yōu)楣滔嗟倪^程，凝膠制備與熱處理所用溫度較低，成核較快，結(jié)晶率更高。此方法對(duì)所需化學(xué)試劑和原料純度要求較高，但鐵尾礦、粉煤灰、煤矸石等尾礦或工業(yè)固體廢棄物制備微晶玻璃時(shí)，所含雜質(zhì)較多，提純處理成本較高，且燒結(jié)過程中凝膠收縮率較高，所制微晶玻璃易變形，影響其性能。

2 發(fā)泡陶瓷

2.1 制備依據(jù)

發(fā)泡陶瓷是硅鋁質(zhì)組分與適量發(fā)泡劑混合均勻后在高溫下燒結(jié)而成的內(nèi)部呈密集閉氣孔的輕質(zhì)高氣孔率保溫材料。黏土、長(zhǎng)石和石英是燒制陶瓷的傳統(tǒng)原料[28]，硅鋁質(zhì)組分是燒制陶瓷不可缺少的成分。表3是文獻(xiàn)中關(guān)于制備發(fā)泡陶瓷原料的適宜化學(xué)組成[29-32]。SiO2是構(gòu)成玻璃相網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要組分，其含量變化影響熔體黏度變化，SiO2含量增加，[SiO4]骨架更加完整，熔體黏度增大[33]；Al2O3會(huì)提高坯體高溫液相生成溫度，增大其表面張力及黏度，防止氣泡貫通、串孔，提高坯體的強(qiáng)度和韌性[34]；K2O和Na2O因K+、Na+能插入[SiO4]四面體中，破壞其復(fù)雜結(jié)構(gòu)，降低熔融溫度和高溫下的液相黏度[35]；CaO、MgO等堿土金屬氧化物的引入可降低始熔溫度，擴(kuò)大熔融溫度范圍，但CaO含量過高會(huì)促使鈣長(zhǎng)石相生成，該物相熔點(diǎn)較高，硬度較大，致使熔體熔點(diǎn)和高溫液相黏度增大。

表3 發(fā)泡陶瓷原料的適宜化學(xué)組成Table 3 Suitable chemical composition of foamed ceramics raw materials

花崗巖鋸泥具有較高含量的SiO2和Al2O3，且CaO、MgO等氧化物的含量基本可以滿足制備發(fā)泡陶瓷的要求，理論上鋸泥非常適合做制備發(fā)泡陶瓷的原料。潘紅等[36]以花崗巖鋸泥為原料，在1 170 ℃下燒制得密度為473 kg/m3、抗壓強(qiáng)度為1.65 MPa的發(fā)泡陶瓷。Pan等[37]以85%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)花崗巖鋸泥、10%長(zhǎng)石和5%黏土為主要原料，以SiC為發(fā)泡劑成功制備了密度為600 kg/m3、吸水率為0.36%、抗壓強(qiáng)度為18.11 MPa的高強(qiáng)度發(fā)泡陶瓷，耐熱溫度可達(dá)800 ℃。

Jiang等[38]利用花崗巖鋸泥、煤矸石和廢玻璃制備輕質(zhì)建筑發(fā)泡陶瓷，探究了不同添加劑用量對(duì)發(fā)泡陶瓷物理性能的影響。當(dāng)CaO或MgO作為添加劑時(shí)，發(fā)泡陶瓷內(nèi)部孔徑和孔隙度均增大，堿土金屬氧化物CaO和MgO引入熔體后，更易導(dǎo)致硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)中的Si—O鍵斷裂，降低其聚合度，從而降低高溫液相黏度，氣孔膨脹阻力降低。當(dāng)添加劑為Na2HPO4時(shí)，其摻量對(duì)發(fā)泡陶瓷體積膨脹度影響不大，且將氣泡孔徑降低至1～2 μm，氣孔分布均勻，孔隙度為88.5%，具有較好的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2.2 制備方法

泡沫陶瓷根據(jù)其內(nèi)部氣孔存在狀態(tài)，可分為開孔和閉孔泡沫陶瓷。前者的制備方法有添加造孔劑法、泡沫前體反應(yīng)法和有機(jī)泡沫堆積法等，主要應(yīng)用于催化、過濾分離等方面。閉孔發(fā)泡陶瓷的制備方法為高溫發(fā)泡法，是指在混合料中添加適量發(fā)泡劑，經(jīng)濕法或干法制料后，在1 200 ℃左右進(jìn)行燒結(jié)，高溫下原料軟化熔融生成液相，包裹發(fā)泡劑生成的氣體，冷卻后得到內(nèi)部呈密集閉氣孔的輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷，主要作為保溫隔熱材料應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。

花崗巖鋸泥多用于制備閉孔發(fā)泡陶瓷，其形成機(jī)理如圖1所示，一般包括[39]：原料堆積、有機(jī)物燃燒分解、液相生成、氣體生成、液相包裹氣體、閉孔形成。在液相包裹氣體階段氣泡先后經(jīng)歷形成、長(zhǎng)大和上浮等過程，氣泡尺寸大小及是否均勻分布取決于氣泡內(nèi)壓與高溫液相的黏度和表面張力之間的匹配程度。

圖1 發(fā)泡陶瓷的形成機(jī)理[40]Fig.1 Formation mechanism of foamed ceramics[40]

發(fā)泡劑通常要求發(fā)泡效率高、孔徑分布均勻、閉氣孔率高、反應(yīng)溫度高于原料熔化溫度等[41]。常用的高溫發(fā)泡劑主要有SiC、Ti3N2、H2O2、炭黑等。吳曉鵬等[42]以花崗巖鋸泥為原料、SiC為發(fā)泡劑制備發(fā)泡陶瓷時(shí)，發(fā)現(xiàn)試樣孔隙率和吸水率與SiC用量成正比,與SiC粒徑成反比;密度和抗壓強(qiáng)度與SiC用量成反比，與SiC粒徑成正比。當(dāng)SiC用量為0.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、粒徑為6.5 μm時(shí)，制得抗壓強(qiáng)度為12.7 MPa、孔隙率為76.92%、密度為590 kg/m3、吸水率為5.42%的試樣。

熱處理制度是高溫發(fā)泡法制備發(fā)泡陶瓷中的關(guān)鍵一環(huán)，直接影響產(chǎn)品性能。燒結(jié)溫度過高時(shí)，發(fā)泡陶瓷中玻璃相含量增加，高溫液相黏度和表面張力降低，氣泡易相互貫通，形成形狀不規(guī)則的大氣孔，氣孔結(jié)構(gòu)破壞，試樣強(qiáng)度降低。適當(dāng)?shù)臒Y(jié)時(shí)間可促進(jìn)原料間充分反應(yīng)，保證氣孔均勻長(zhǎng)大，使試樣致密化，但燒結(jié)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)引起氣泡異常長(zhǎng)大，坯體變形。升溫速率過快時(shí)，高溫發(fā)泡時(shí)間短，氣體生成量降低，同時(shí)會(huì)迅速降低高溫液相黏度，加快氣孔生長(zhǎng)速率，但升溫速率過快的負(fù)面影響大于其正面影響。

潘孟博等[43]以花崗巖鋸泥、黏土、鉀長(zhǎng)石為主要原料燒制發(fā)泡陶瓷，發(fā)現(xiàn)試樣抗壓強(qiáng)度和密度隨燒結(jié)溫度升高而下降，保溫時(shí)間和升溫速率的影響趨勢(shì)基本與之相同。燒結(jié)溫度為1 180 ℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度最佳，但其表觀密度較高，主要由于該溫度下坯體軟化不完全，SiC氧化產(chǎn)生的氣體較少，不能形成較多氣孔。在升溫速率5 ℃/min下升至1 000 ℃，再以3 ℃/min升至1 200 ℃，保溫30 min的熱處理?xiàng)l件下，制得密度為0.6 g/cm3、導(dǎo)熱系數(shù)為0.2 W/(m·K)和抗壓強(qiáng)度為18.11 MPa的優(yōu)良試樣。

以花崗巖鋸泥為原料制備發(fā)泡陶瓷，其原材料通常較廉價(jià)且易獲得，所以燒結(jié)工藝是決定制造成本的主要因素。迄今為止，通過高溫發(fā)泡法制備發(fā)泡陶瓷的燒結(jié)溫度基本在1 200 ℃左右，長(zhǎng)時(shí)間加熱使成品制作成本增加。關(guān)于發(fā)泡陶瓷的實(shí)驗(yàn)應(yīng)集中在調(diào)整配方，對(duì)原料進(jìn)行改性或向原料中加入助熔組分來降低試樣的燒結(jié)溫度，降低發(fā)泡陶瓷的成本，增加發(fā)泡陶瓷實(shí)際應(yīng)用及工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。

3 陶瓷釉料

3.1 制備依據(jù)

陶瓷釉料一般是以長(zhǎng)石、石英、堿土金屬礦、高嶺土等為原料，經(jīng)研磨加水制漿后于坯體表面涂敷，焙燒熔融后形成陶瓷制品表面的玻璃質(zhì)薄層。在釉料中，硅質(zhì)組分是生成玻璃質(zhì)的主要成分，起骨架作用[44]。花崗巖鋸泥中的硅質(zhì)組分高，其中的石英和長(zhǎng)石等礦物組分有利于在燒結(jié)過程中形成釉面，且其作為工業(yè)廢料是一種較為廉價(jià)的釉料原料。Silva等[45]以花崗巖鋸泥、玻璃廢料和石灰?guī)r廢料為主要原料成功制成了應(yīng)用于商業(yè)墻磚和瓷器瓷磚的釉料。蔣述興等[46]以鉀長(zhǎng)花崗巖鋸泥為主要原料，輔以硅灰石，添加一定量的羧甲基纖維素鈉，采用濕法球磨法將其制成漿料，在1 200～1 300 ℃下燒制得到光澤度為82%～93%、顯微硬度為590.1～604.5 MPa的陶瓷釉。

以鋸泥為原料制備釉料，決定其質(zhì)量的指標(biāo)主要有高溫液相黏度、表面張力以及坯釉的熱膨脹系數(shù)等。除此之外，也與其他輔助原料有關(guān)，釉料制備原材料通常由礦物原料和釉用化工原料組成，一般還會(huì)添加各種特殊的原料，各物料的配比及添加劑的種類和含量皆會(huì)影響釉料的最終質(zhì)量。

3.2 制備方法

釉料的制備方法有生料釉法和熔塊釉法。生料釉法是按釉料原料配比稱量，經(jīng)粉碎、研磨后加水調(diào)制成漿；熔塊釉法是將水溶性原料、毒性原料等先熔融水淬成玻璃狀物質(zhì)，再與其他物料混合細(xì)磨，用水或其他液體調(diào)制成漿。生料釉法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低；熔塊釉法需對(duì)原料進(jìn)行高溫熔融處理，耗時(shí)長(zhǎng)，能耗高。但與生料釉相比[47]，熔塊釉燒成后的釉面粗糙度低、表面平整且有光澤感，其原因在于生料釉中存在部分難熔顆粒和產(chǎn)氣組分，高溫熔融后釉面殘留有未熔顆粒，且產(chǎn)氣組分在熔融過程中產(chǎn)生氣體，使釉面存在針孔等缺陷，而熔塊釉法因其原料已在1 000 ℃以上的高溫下全部熔融，排除了產(chǎn)氣組分，且二次熔融時(shí)釉料熔點(diǎn)降低，易在坯體表面鋪展開來，使表面光滑平整。

4 加氣混凝土砌塊

4.1 制備依據(jù)

加氣混凝土砌塊是在制備過程中通過添加發(fā)氣劑等成分在混凝土砌塊內(nèi)部形成多孔結(jié)構(gòu)，使其具有容重輕、吸音隔音、保溫隔熱等優(yōu)點(diǎn)。粉煤灰是制備加氣混凝土砌塊的傳統(tǒng)原材料，其用量一般在60%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右，但隨著市場(chǎng)需求的不斷增大，出現(xiàn)了粉煤灰供不應(yīng)求的局面。粉煤灰的主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等，與花崗巖鋸泥成分類似，理論上鋸泥可作為優(yōu)質(zhì)摻合料部分替代或全部替代粉煤灰來生產(chǎn)加氣混凝土砌塊。國(guó)外Gupta等[48]、Sadek等[49]和Singh等[50]研究人員已將花崗巖鋸泥作為細(xì)骨料替換物應(yīng)用于常規(guī)混凝土之中，但將鋸泥應(yīng)用于加氣混凝土的研究較少。

魯淵[51]以花崗巖鋸泥為主要原料，以水泥、石灰、石膏和鋁粉為輔助原料成功制備了平均抗壓強(qiáng)度為3.92 MPa、干密度為638 kg/m3的加氣混凝土砌塊。劉家弟[52]以花崗巖鋸泥為主要原料，添加水泥和生石灰作為膠結(jié)材料，石膏為水化激發(fā)劑，鋁粉為發(fā)泡劑，通過在45～65 ℃靜養(yǎng)發(fā)泡120～180 min，在最佳蒸壓養(yǎng)護(hù)制度下生產(chǎn)出10級(jí)以上的試樣。楊東升等[53]發(fā)現(xiàn)當(dāng)加氣混凝土中粉煤灰和花崗巖鋸泥摻量均達(dá)到膠凝材料的10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，砌塊的抗折強(qiáng)度為2.7 MPa,抗壓強(qiáng)度可達(dá)到8.6 MPa，花崗巖鋸泥的摻入可以彌補(bǔ)僅利用陳積粉煤灰所制加氣混凝土砌塊存在的強(qiáng)度不足、砌塊不完整等缺陷。

4.2 制備方法

制備加氣混凝土的原材料眾多，如砂、水泥、石膏、石灰、花崗巖鋸泥、粉煤灰等，其工藝流程圖如圖2所示，主要包括：原材料預(yù)處理，配料、攪拌及澆筑，初養(yǎng)及切割，高溫高壓養(yǎng)護(hù)，成品出釜[54]。

圖2 蒸壓加氣混凝土制備流程圖[55]Fig.2 Flowchart for preparation of autoclave aerated concrete[55]

劉敏等[56]以m(鋸泥) ∶m(生石灰) ∶m(水泥) ∶m(石膏)=66 ∶19 ∶10 ∶5的配比，外加鋁粉膏0.13%，在1.2 MPa下恒壓養(yǎng)護(hù)7 h，制得抗壓強(qiáng)度、密度和導(dǎo)熱系數(shù)分別為4.4 MPa、493.8 kg/m3、0.119 W/(m·K)的蒸壓加氣混凝土砌塊。趙更歧等[57]在鋸泥67%～72%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)、石灰15%～20%、水泥8%～12%、石膏3%～5%、鋁粉0.08%～0.10%的配比下，制得干密度等級(jí)為B07、強(qiáng)度等級(jí)為A3.5的混凝土砌塊。蔡振哲[58]以花崗巖鋸泥為原材料制備鋸泥加氣混凝土砌塊，平衡含水率在6%以內(nèi)時(shí)，鋸泥加氣混凝土砌塊晶相以石英、托勃莫來石為主，其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別可達(dá)4.3～4.5 MPa、0.54～0.6 MPa，與相同制備工藝下的粉煤灰加氣、砂加氣混凝土砌塊的強(qiáng)度相差不大。

以鋸泥制備加氣混凝土砌塊存在一個(gè)主要的問題[59]：砌塊經(jīng)水浸淋干燥后，其表面會(huì)出現(xiàn)“泛白”現(xiàn)象，原因是鋸泥中的Na2O含量較高，遇水生成NaOH，進(jìn)而與水泥或石膏中的硫酸鹽反應(yīng)，生成水溶性鹽類Na2SO4，水分蒸發(fā)后會(huì)在砌塊表面析出白色Na2SO4晶體。砌塊表面被白色晶體所覆蓋，影響試樣美觀、砌筑及墻體抹灰質(zhì)量，所以利用花崗巖鋸泥制備加氣混凝土砌塊時(shí)，需控制花崗巖鋸泥中的可溶性鹽以防止砌塊表面泛霜。

5 結(jié) 語(yǔ)

花崗巖鋸泥在建筑材料領(lǐng)域的高值利用是解決鋸泥堆存及危害的重要發(fā)展方向，不僅可以消耗大量鋸泥、減輕環(huán)境危害，而且可顯著降低建材原料成本，擁有巨大的發(fā)展和應(yīng)用空間，可為企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益，具有重大社會(huì)效益。將來要實(shí)現(xiàn)鋸泥的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)可從以下幾方面進(jìn)行深入研究。

1)花崗巖基微晶玻璃生產(chǎn)工藝需不斷改進(jìn)。燒結(jié)法和熔融法皆存在溫度高、耗時(shí)長(zhǎng)或產(chǎn)品質(zhì)量不佳等缺點(diǎn)，在保證產(chǎn)品性能的同時(shí)，應(yīng)降低燒結(jié)溫度，縮短工藝流程,減少能耗，將來可探究微晶玻璃低溫?zé)Y(jié)技術(shù)。

2)發(fā)泡陶瓷主要是基于高溫發(fā)泡劑實(shí)現(xiàn)陶瓷內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)，但目前對(duì)低溫發(fā)泡劑的研究較少，且對(duì)氣泡內(nèi)壓與液相黏度和表面張力之間的變化規(guī)律缺乏系統(tǒng)的理論研究，不能保證批量生產(chǎn)中精準(zhǔn)控制產(chǎn)品內(nèi)部氣孔孔徑及分布的均勻性。將來可進(jìn)一步開發(fā)低溫發(fā)泡劑，降低發(fā)泡能耗，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)發(fā)泡陶瓷的低耗生產(chǎn)。

3)制備陶瓷釉料需將原料研磨制漿，但不同地區(qū)鋸泥粒度波動(dòng)較大，且化學(xué)組成存在一定差異，易造成釉料黏度不均一、釉面開裂、浸釉后釉面平整度差等產(chǎn)品缺陷。將來可針對(duì)花崗巖鋸泥建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括不同地區(qū)鋸泥的儲(chǔ)量、產(chǎn)量、粒度、化學(xué)組成及礦物成分等基本信息，為實(shí)際生產(chǎn)中的原料選擇和工藝控制提供一定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4)鋸泥替代粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土，可緩解粉煤灰的短缺難題，但鋸泥加氣混凝土砌塊因易出現(xiàn)“泛霜”現(xiàn)象，限制了鋸泥的應(yīng)用。對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)配方進(jìn)行調(diào)整，解決砌塊表面泛霜問題，制備高摻量、高強(qiáng)度產(chǎn)品，是未來需要重點(diǎn)研究的方向。