不同加工方法对大同砂石可塑性影响的研究

米有军

摘 要：通过对球磨法和振捣法两种细碎方法所得的大同砂石样品可塑性指数的对比试验，以及与朔县土等软质高岭土可塑性指数的检测对比分析，提出了一种改善大同砂石可塑性、接近软质高岭土可塑性指数的加工方法。

关健词：大同砂石；片状结构；振捣法；可塑性指数

1 前言

大同砂石属于工业固废，资源丰富，易开采，其主要成分是SiO2、Al2O3，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O，化学成分及理化性质类似于传统陶瓷原料（如表1），在一定条件下可以作为陶瓷原料使用。而且大同砂石的白度在90以上，较一般陶瓷原料高，如果在陶瓷生产中替代其他原料，既能提高陶瓷的品质，又能使大同砂石变废为宝，是很好的利用途径。另外大同砂石含有一定热值，在制品烧成时，还可以节约能源。目前，大同砂石已在建筑陶瓷、日用陶瓷、陶粒生产、多孔陶瓷等领域被广泛研究利用。

但是，大同砂石属于硬质高岭土，无可塑性，经粉碎、磨细后才具有可塑性。由于其可塑性很低，在陶瓷生产中可作为高级陶瓷原料的优质大同砂石并不多。而朔县土等软质高岭土，可塑性较大同砂石强很多，虽然白度不及大同砂石，但在陶瓷生产上的应用仍特别广泛。本文提出的用振捣法细碎大同砂石的工艺，可以提高其可塑性指数，接近朔县土的可塑性指数。如果将本法在陶瓷生产中推广，将产生很好的环境、资源及社会效益。

2 机理

对于陶瓷原料，可塑性指数是一项综合性能指标，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标。在陶瓷工艺中，固相颗粒的形状是影响陶瓷泥料可塑性的因素。不同形状颗粒的比表面是不同的，对可塑性的影响也有差异。根据计算，板片状、短柱状颗粒的比表面较球状和立方体颗粒的比表面大得多，前两种颗粒容易形成面与面的接触，构成的毛细管半径小，毛细管力大，对称性低，移动时阻力大，促使泥料的可塑性增大；另外，片状结构能够增加其内摩擦作用，阻碍其相对流动，使粘性增强，从而塑性提高。

基于上述理论基础，为了提高大同砂石的可塑性，本文从改变固相颗粒的形状出发，提出用振捣法代替传统的球磨法细碎大同砂石，即通过对大同砂石的挤压、冲击、摩擦等多种运动形式的作用，增加其片状结构的组成比例，并分析了不同加工方法对大同砂石可塑性指数的影响。

3 实验

3.1 原料

大同砂石、朔县土。

3.2 仪器设备

颚式破碎机、球磨机、振捣器、振动筛、GYS-2数显式液塑限测试仪。

3.3 步骤

分别制得6组不同细度的大同砂石、朔县土粉末样品，各组筛分目数和孔径如下表。

（1）用球磨法制备大同砂石、朔县土粉末

由下列步骤组成：

第一步，将大同砂石、朔县土经颚式破碎机后分别置于球磨机中磨细；

第二步，筛分，烘干，研磨，各得到6组不同细度的粉末；

第三步，将不同细度的粉末编号，进行可塑性指数检测，记录数据。

（2）用振捣法制备大同砂石粉末

由下列步骤组成：

第一步，将大同砂石置于振捣机中振捣；

第二步，筛分，得到6组不同细度的粉末；

第三步，将不同细度的粉末编号，进行可塑性指数检测，记录数据。

4 检测分析

从以上18组粉料中各取200 g，加适量水充分调拌均匀，填满GYS-2数显式液塑限测试仪的试样杯，将试样表面抹平，测读圆锥下沉入土深度（圆锥下沉入土深度为3 ～ 5 mm，9 ～ 11 mm，15 ～ 17 mm。若入土深度不符合要求，应加水或加料调匀复测，直至入土深度符合要求）。

分别挖取各锥深锥体附近的试样不少于10 g，用天平测量，烘干再称量，计算含水率。

对于每一种样品，以含水率为横坐标，圆锥下沉入土深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在一条线上。当三点不在一直线上时，通过高含水率的点和其余两点连成两条直线，在下沉为 2 mm处查得相应的两个含水率，当两个含水率的差值小于2%时，应以两点含水率的平均值与高含水率的点连一直线。该直线上下沉入土深度为17 mm所对应的含水率为液限；2 mm所对应的含水率为塑限。当两个含水率的差值大于2%时，重新测量。

塑性指数按下式计算：

Ip=WI-Wp

式中Ip——可塑性指数 ；

WI——液限（%）；

Wp——塑限（%）。

本文通过对球磨和振捣两种大同砂石细碎方法所得样品的可塑性指数对比试验以及与朔县土等软质高岭土可塑性指数的检测对比分析，得到各样品的可塑性指数见表3。

5 分析

由圖可知，对于同一细度的样品而言，软质高岭土（朔县土等）可塑性指数普遍要高于大同砂石（硬质高岭土），而且数值波动较小，较为稳定。

可以看出，与球磨湿法加工制备的大同砂石和朔县土有所不同的是，振捣法的样品其液限和塑限较低，即具有较好可塑性时的含水率较低。

对于同一种样品而言，随着颗粒细度的增加，可塑性有增加的趋势[1]。而振捣法大同砂石样品可塑性指数升高的趋势较球磨法大同砂石样品和朔县土样品更为明显，特别的，在细度达到300目时可塑性指数达到14.0，增加的程度尤为明显，超过了朔县土的可塑性指数13.7。

6 结论

由以上分析可知，本文给出的振捣法不失为一种提高大同砂石粉末样品可塑性的加工方法，细度达到300目时高于软质高岭土（朔县土等）的可塑性指数。如果将振捣法加工的高可塑性大同砂石代替朔县土等软质粘土应用于陶瓷生产中，可以满足陶瓷坯体的成型需要。又由于其白度高，若代替朔县土等高成本的原料，不仅能提高陶瓷制品的白度，还将减少生产成本，为企业创造更大的经济效益[2]。

振捣法加工的大同砂石含水率在15 ～ 30%区间，正好与陶瓷生产可塑性成型要求的泥料含水率相近，这一点对于大同砂石在陶瓷工业中的应用具有重要的指导意义。

参考文献

[1] 石新城， 阎法强. 煤矸石细度对原料塑性影响的研究[J]. 建筑节能， 2002（4）：12-13.

[2] 邓一兵. 煤矸石的综合利用-制砖[J]. 能源与环境， 2009（3）：121-122.