用碳酸盐固体废弃物制造一次烧成墙地砖

蔡祖光／译

摘要 由质量含量为60%的高熔点粘土、30%的珍珠岩或伟晶花岗岩以及10%的糖果厂碳酸盐固体废弃物制造的一次烧成墙地砖，采用半干压成形，烧成温度为1000℃，并且在550℃和800℃进行了一定时间的保温及一次烧成工艺，其烧结样品的抗弯强度为19.54～21.95MPa、烧结收缩率为1.17～1.56%、吸水率为13.00～13.25%。同时，该坯体也适用于两次烧成。总之，利用精细分散的碳酸盐固体废弃物制造墙地砖的优势是：不但降低了原材料的生产成本，而且还减少了排污税。

关键词 碳酸盐固体废弃物，一次烧成墙地砖，生产成本

1引 言

由质量含量为39～68%的粘土、0.2～0.8%的砖坯熟料和31.5～60.2%的斜长石岩固体废弃物制造的一次烧成墙地砖，具有25.4～28.0MPa的抗弯强度和8.5～10.3%的吸水率。为了降低其吸水率和烧成温度，可由质量含量为30～37%的高熔点粘土、10～15%的玻璃细屑、20～40%的含磷石膏、5～20%的珍珠岩和10～15%的石英砂制成，在950℃烧成后，仅有2.9～3.2%的吸水率和1.2～1.9%的烧结收缩率。

一种典型的白坯墙地砖由质量含量为45～60%的白坯粘土、0～10%的高岭土、0～5%的石英砂和10～20%的碳酸钙制成。适合快速烧成的墙地砖由质量含量为55～75%且仅含少量有机物的可塑性粘土、6～15%的方解石和25～33%的砖坯熟料制成，但可用长石或硅灰石替代其中的砖坯熟料；另一适合快速烧成的墙地砖由质量含量为35%的粘土、26～28%的石英砂、0～20%的白垩泥和0～20%的粘土熟料制成。这些坯体的烧成温度都为1000～1100℃，升温速率都为20℃/min，最高烧成温度的保温时间都为10 min。欲进一步降低其吸水率和烧成温度，其质量含量应由30～40%的粘土、10～15%的珍珠岩、17～20%的玻璃细屑和30.5～38%的锑矿浮选固体废弃物制成，其烧成温度仅为960～970℃，烧成周期为60min，便能获得吸水率为5.15～5.7%、烧结收缩率为3.5～4%和冻融循环次数大于40次的墙地砖。

快速烧成釉面砖的质量含量可由30～37%的粘土、5～10%的助熔剂、15～30%的火山灰岩和10～30%的安山岩制成，烧结后具有4.1～5.8%的吸水率和38.1～46.1MPa的抗弯强度。

本文研究了由高熔点粘土、珍珠岩或伟晶花岗岩以及糖果厂碳酸盐固体废弃物制造一次烧成墙地砖的工艺过程。

2试验

试验所用原料的化学组成如表1所示，坯料的配方如表2所示，原料的X-射线衍射图谱如图1所示。首先将原料破碎成1～3mm的颗粒，同时精细分散的碳酸盐固体废弃物在100～120℃的温度下干燥4h，然后再与原料一同进入湿法球磨机（料：球：水(wt%)＝1：1：1.5）研磨破碎后，料浆过10000孔筛/cm²，控制其筛余为1～2%，紧接着将符合粒度要求的料浆脱水干燥、经微破碎后造粒成含水量仅7%的陶瓷粉料；然后将陶瓷粉料陈腐24h后，用手动加压式压砖机在40MPa的压力下压制成形，坯体经100～120℃的实验室干燥器干燥2h后，再经烧成周期为30min，烧成温度为1000℃的一次烧成或经烧成周期都为30min、素烧温度为1050℃以及釉烧温度为950℃的两次烧成，以上的升温速率都为15℃/min，且都有两次保温过程，即550℃（高岭土结构水的排除温度）和850℃（方解石等碳酸盐成分的分解温度）。最后采用由质量含量为94%的釉料和6%的高岭土制成的锆质乳浊釉浆施釉于两块试样上，其釉料的化学组成（wt%）为：67.1% SiO₂、0.7% ZrO₂、6.6% Al₂O₃、0.2% Fe₂O₃、9.4% B₂O₃、0.9% MgO、2.9% CaO、0.9% BaO、5.54% PbO、0.6% ZnO、4% Na₂O和2% K₂O。

利用MOM型射线衍射成像仪及X-射线可变光阑成像仪（采用URD-6型辐射器，发射Cu、K辐射，过滤Ni辐射）检测和研究坯料的DTA曲线，高熔点粘土和碳酸盐固体废弃物的综合热曲线分析图相分别如图2及图3所示。同时，墙地砖试样的主要技术性能指标如表3所示，其X-射线衍射图谱如图4所示。

3研究和探讨

在由质量含量为50～60%的高熔点粘土、30%的珍珠岩或伟晶花岗岩以及10%的糖果厂碳酸盐固体废弃物制成的一次烧成墙地砖的生产过程中，如图1所示可知，碳酸盐固体废弃物含有精细分散的方解石（0.304nm），并具有较大的单位重量表面积（2372m²/kg），其粒度分布范围是：大于60mm的粗颗粒占0.5%、介于10～60 mm的中粗颗粒占95%、小于10mm的细颗粒占4.5%。同时，高岭土（0.715nm）和石英（0.344nm）构成高熔点的粘土，钠长石、钾长石（0.321nm）、石英（0.344nm）、方解石（0.304nm）和玻璃相构成珍珠岩，伟晶花岗岩也由石英和长石构成。

事实上，如图2及图3所示，热力学性能的研究分析也证实粘土是由高岭土所构成，碳酸盐固体废弃物是由方解石构成；并且高岭土在100℃和530℃时表现为吸热状态，而在950℃时则表现为放热状态；同样方解石在840℃时也表现为吸热状态。

根据TG曲线计算出来的原料质量损失（灼减）分别为：粘土12%、珍珠岩4.7%、伟晶花岗岩0.2%、干燥的碳酸盐固体废弃物48%。同时，墙地砖试样的生坯抗弯强度都为0.57～0.95MPa。经过烧成周期为30min、烧成温度为1000℃的一次烧成后，获得的墙地砖试样的吸水率都为13.00～17.37%且抗弯强度为18.66～21.95MPa。而由质量含量为20%的碳酸盐固体废弃物制造的墙地砖试样的主要技术性能指标失真，并具有较大的吸水率和较低的物理机械强度（如表3所示）。但经过两次烧成（烧成周期都为30min、素烧温度为1050℃及釉烧温度为950℃）后的墙地砖试样的吸水率为12.34～16.35%、抗弯强度为19.12～30.00MPa，并且由质量含量为10%的碳酸盐固体废弃物制造的墙地砖试样的主要技术性能指标已不再失真。

总之，所有由石英、长石和硅灰石制成的墙地砖试样的X-射线衍射图谱如图4所示，并且其显微结构是以粗颗粒的片状珍珠岩或粗颗粒的片状伟晶花岗岩基本微结构形式存在的斑条状碎片。

4结 论

由高熔点粘土、珍珠岩或伟晶花岗岩和糖果厂的碳酸盐固体废弃物制造的一次快速烧成墙地砖已研制成功，且采用烧成周期为30min、烧成温度为1000℃的工艺，由质量含量为10%的碳酸盐固体废弃物制造的一次烧成墙地砖，具有13.00～13.25%的吸水率和19.54～21.95MPa的抗弯强度。同时，利用精细分散的碳酸盐固体废弃物制造墙地砖的优势之一就是降低了原料的生产成本。