以锂云母尾砂、粉煤灰为主要原料试制外墙砖

刘属兴 赵俊杰 李成平 张小锋 余娆 于国强

（1.景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院，景德镇：333001；2.东鹏陶瓷股份有限公司，佛山：528031，3.景德镇一中分校，景德镇：333001）

1 前言

锂云母尾砂是开采稀有金属铌钽产生的尾矿（尾砂），因其主要矿物成分之一为锂云母，因此常称为锂云母尾砂。如江西宜春铌钽矿，开采40多年来，已累积锂云母尾砂达数千万吨，这些所谓的锂云母尾砂堵塞河流、污染环境、破坏生态平衡，每年需耗费一定经费处理尾砂，给企业的发展带来巨大的压力。近年来，各级政府和企业对各种工业、矿业固体废物加大投入进行综合治理，因此，综合利用工业、矿业固体废物成为当前环境保护的一个重大课题。基于此，作者开展了锂云母尾砂在低温快速烧成外墙砖坯釉配方中的应用研究，并成功地研制出一次低温快速烧成的陶质外墙砖制品。

2 试验

2.1 锂云母尾砂的研究

2.1.1 锂云母尾砂的化学组成

通过化学分析，锂云母尾砂的化学组成见表1。

2.1.2 锂云母尾砂的粒度分析

锂云母尾砂的粒度分析见表2。

2.1.3 锂云母尾砂的矿物组成

表1 锂云母尾砂的化学组成（w t%）Tab.1 Chemical composition of stags of Lepidolite slag(wt%)

表2 锂云母尾砂的粒度分析（%）Tab.2 Particulate size analysis of slags of lepidolite Lepidolite slag(wt%)

表3 锂云母尾砂的矿物组成Tab.3 Mineral composition of slags of Lepidolite slag(wt%)

表4 粉煤灰的化学组成（%）Tab.4 Chemical composition of flyash phyuite

表5 坯料中其它原料的化学组成（%）Tab.5 Chemical Composition of other Raw Materials in Bodies

通过透射电镜，光学体视（双目）显微镜分析，锂云母尾砂矿物定量分析见表3。

2.2 粉煤灰的研究

粉煤灰是来自于景德镇发电厂燃煤排出的固体废物。其颗粒细度在1～300μm之间，多数在100μm以下，主要是由玻璃相（约占70～80%）和晶相（占20～30%）组成。玻璃相主要是以圆形玻璃微珠、多孔铝玻璃体，部分未燃尽的多孔碳粒组成，晶相主要由石英、莫来石、硅灰石、钙长石、磁铁矿、赤铁矿组成，部分晶相被玻璃相包裹，有些颗粒表面粘附着细小的晶体，单独存在的晶体较少。其化学组成见表4。

2.3 坯料研制

2.3.1 坯体配方

在坯体配方中，除了使用铌钽矿的尾砂外，外加粉煤灰、红粘土、长石、珍珠岩、硅灰石、石英。其化学成分见表5。以锂云母尾砂5%和8%的用量为基准，采用正交试验法调整长石、石英、红粘土、硅灰石在配方中的用量，经试验得到较为理想的配方，其组成见坯式。

坯式：

2.3.2 工艺流程

配方称量→球磨→过筛→干燥→造粒→陈腐（闷料）→成型压坯→干燥→施釉→烧成→制品

2.4 釉料研制

2.4.1 釉料设计

釉用原料化学成分见表6，化妆土配方组成见表7，釉料配方组成见表8。

釉式:

表6 釉用原料化学组成（%）Tab.6 Chemical Composition of Raw Materials in Glaze

表7 化妆土配方组成Tab.7 Fomula of Decorative Clay

表8 釉料配方组成Tab.8 Fomula of Glaze

2.4.2 工艺流程图

锆英砂细磨→配料→球磨→过筛→除铁→陈腐备用

3 结果与讨论

3.1 研制结果

产品在70米长辊道窑中烧成，烧成气氛为氧化焰，烧成温度1100～1110℃，烧成周期为55～60分钟，烧成曲线见图1。烧成产品规格为：200Χ60Χ6mm，产品主要性能见表9。

图1 辊道窑烧成曲线Fig.1 Firing Curve of Roller Bearth Klin

3.2 讨论

（1）锂云母尾砂中的SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O是主体成分，SiO2的含量为70.20%，说明含有游离石英，可作硅质原料引入到外墙砖坯料和釉料配方中，这对提高制品的机械强度，化学稳定性及热稳定性有利。Al2O3的含量为16.20%，主要是以高岭石矿物形式存在，引入到外墙砖的坯料配方中，可降低配方中的塑性原料（主要是粘土）的用量。K2O的含量为2.10%，Na2O的含量为4.60%。主要是以钾长石、钠长石矿物形式存在，可起着良好的助熔作用。Li2O的含量为1.35%，主要以锂云母矿物形式存在。

表9 产品性能Tab.9 Properties of Products

（2）Li+的活动性比K+、Na+强，分子量比K+、Na+小，锂云母的助熔能力比钾长石、钠长石强的多。

（3）锂云母有优良的热稳定性，极小的热膨胀系数，可作为主要原料之一引入到外墙砖产品中。

（4）锂云母在高温时熔解石英的能力比钾长石、钠长石强的多，使釉中残留石英颗粒更加细小，并促使莫来石晶体的形成，因此更能促使坯釉中间层的形成，使坯釉结合性能更好。

（5）锂云母用于釉料中，增加了釉的高温流动性、降低了釉的表面张力，有利于坯体中的气体向釉层扩散，有利于釉中的挥发性气体排出，可减少釉面针孔，并提高产品的光泽度。

（6）锂云母尾砂在外墙砖釉中的用量以5～8%为宜，用量过多，一方面使釉的高温流动性过大，另一方面铌钽矿中含有少量氟元素，降低釉的白度，甚至引起釉面的轻微的乳浊现象。

（7）锂云母尾砂是一种优质的陶瓷原料，开展锂云母尾砂的综合利用不仅有良好的环保意义，并且有较好的社会意义和经济价值。

4 结论

(1)坯料配方中锂云母尾砂的加入量为5%,釉料配方中锂云母尾砂的加入量8%,产品烧成温度1100～1110℃,适应于辊道窑一次低温快速烧成,其配料简单,配方稳定,成本低。

(2)锂云母尾砂的综合利用对环境保护及提高矿产资源的利用率有较好的实际意义。

(3)锂云母尾砂是一种优质的陶瓷原料,开展锂云母尾砂的综合利用不仅有良好的环保意义,并且有较好的经济价值。

(4)锂云母尾砂在建陶工业中有广泛的应用前景。

1刘属兴等.以瓷石尾砂、千枚岩、红粘土等劣质原料试制外墙砖.中国陶瓷工业,2005,12

2李家驹,缪松兰主编.陶瓷工艺学.北京:中国轻工业高教出版社,1999