【doc】利用珍珠岩废料研制自上釉外墙砖

【doc】利用珍珠岩废料研制自上釉外墙砖 利用珍珠岩废料研制自上釉外墙砖 垒国性建材科技期刊——用瓷》一九九0年第三期总第八十五期I 利用珍珠岩废料研制自上釉墙砖 水光甫林文梅 (武汉工业大学) usingperlitewastetodevelopself—glazingexternalwalltile ShuGuangpuLinWenmei (WuhanindustrialUniversity) 摘要 用25珍珠岩废料和75粘土原料,添加相当于干料重量4蟪殍性活化剂配制的溶 液,所 制得坯料压制成型后用红外线辐射干燥,~El110--1150.0范围内烧l可制成质量合 格的釉面外 埔砖,其性偿优于不用珍珠岩废料的自上釉外墙砖制品,具有省工,省料节能省设 备,降低 生产成本的优点,为珍珠岩废料在陶瓷工业中的应甩开辟了新的逾径. using25perlitewaste?75claT,addiagsolutionmadeofalkaliactivatorequaltot drymaterials.presslng,dryingwltainfra— redra~liation?firingunderthetemperatureof1110. 1150"0,thequalifiedexternaIglazedwalItilecouldbemade.Itspropertiesaresuperiortothe self-glaziagexternalwallHiewithoutperIitewaste.Ithasadvantagesoflabour—saving,at. erial-saving.energysaving.equipment— saving,anddecreasingtheproductioncost.Itdevelopsa newaytoapplyperlitewasteinceramicindus~y-r? 一 ,前言 自上釉法是生产釉面外墙砖的新工艺, 其原理是在陶瓷坯料中加入浓度适当的碱性 活化剂,坯体在干燥过程中自由碱富集在坯 体面,烧成时因其强烈的焙剂化作用而在 制品外表形成釉面.此新工艺最大优点在于 省去传统釉面外墙砖生产中制釉,施釉两大 工序,从而使工艺简化,原材料及能源消耗 降低,生产周期缩短,生产设备减少,因而 显着提高了生产经济效益.笔者曾用湖北大 冶赵家湾粘土单一原料试制自上釉外墙砖, 所制得成品的性能不亚于传统施釉方法生产 的产品. 珍珠岩是一种主要由酸性火山玻璃质组 成的矿物,我国河南信阳,河北张家口等地 有丰富的珍珠岩矿资源,它主要用于保温材 料,在生产加工过程中,仅利用原矿的70啊 左右,其余30师以上<60目筛的微粉因不能 晦胀作为废料而遗弃,-在矿山或工厂堆积如 山,不仅浪费资源,又造成三废污染环 2垒国性建材科拄觏——商瓷一九九0年第三期总第八十五期 境,因此国内外陶瓷界以变废为宝为宗旨, 开展了珍珠岩废料在建筑卫生陶瓷和艺术陶 瓷中的应用研究,苏联已将珍珠岩,凝灰岩 等酸性火山玻璃质矿物的废料用于自上釉外 墙砖的生产,我国威阳陶瓷研究设计院与信 硐瓷厂合作,利用珍珠岩废料研制低温卫生 瓷也已取得成功,我们利用河南信阳珍珠岩 废料研制白上釉外墙砖,业已得到较为满意 的结果. 二,原料 从KO—A1:O.一SiO三元系统相图可 知,含有K:0,A1.0.,SiO三组分的配 料,加热刊985?20?时就开始产生液相, 制造外墙砖的坯料主要有SiO,A1Os, K:0,Na:6及其他一些含量较少的氧化物, 该多元系统实际出现液相的温度还要低些. 由于自上釉外墙砖坯料中添加一定量的碱性 活化剂,并在干燥过程中富集于制品表面, 故当煅烧温度达刭Il0o?以后,制品表面区 域已有较多的液相形成,由此而产生玻璃状 的釉质,为保证制品质量,'要求白上釉外墙 砖坯料适应这一烧成温度特点,即希望采用 适宜于低温快速一次烧成的原料生产自上釉 外墙砖,这就要求原料烧成温度低些,换句 话说,原料中要有较多K!O,N轧O等焙剂 性成份,另外,要求原料有机物及碳酸盐, 硫酸盐等挥发性成份含量少,热膨胀系数 小,烧成时发生物理化学反应时体积效应 小. 珍珠岩废粉符合用作上述低温快烧坯料 原料的要求,它的有机物和挥发性成分含量 低,所以烧失量少(见表1),K:0,Na0, CaO含量高,本身就是一种焙剂原料,由于 珍珠岩中K:O含量比Na:0多,故具有较宽 的烧成温度范围,因此有利于烧成操作,而 且熔体高温粘度大,使含有珍珠岩的瓷坯在 高温时不易变形,且在低于1200~(]时存在粘 度和效量为合适的液相,从而促进莫来石晶 相的生成,并有助于瓷坯的致密化,故使制 品质量得以提高. 然而从制陶角度考虑,用单一珍珠岩原 料生产外墙砖是不行的,因其A1O.含量 低,不能满足生成足萤莫来石的需要,而且 它是瘠性原料,结合性差,所以必须和 A1:Oa含量适中,结合性好的可塑性粘土原 料搭配使用,以便相互取长补短,各自的优 点在坯料中兼而有之.我们用信阳珍珠岩废 粉和大冶赵家湾粘土配料,经过多种配方试 验,两者配比为l:3适宜. 原料化掌成份寰1 原料名称产地SiO2Al2O.FelO3TiO2CaOMgOK:ONa2O烧失 珍玮岩废粉河南信阳72.2414.470.790.221.400.104.012.034.85 粘土j蚵北大冶赵家湾65.2221.680.390.54.0.260.470.326.823.51 三,试制 1.坯料制备 以75呖赵家湾土和25呖珍珠岩废粉配料 后,放入瓷罐中千磨8小时,料:球=2l3. 配制NaOH溶液,均匀喷洒于球磨后粉 料中.NaOH溶液以满足下列要求为宜t其 溶质NaOH重量为原料重量4啼,溶剂水的 重量及喷洒后的坯料含水量保持在9,ll嘶. 坯料需陈腐l至2天方可使用. 2.成墨,干燥 在实验室用手动油压机压制52×5, 6ram园形试样,成型压力5T<相当于施于 翩品上压强256kg/cm.),成型水分9.92叻. 全国性建材科技期刊——g掏整一九九0年第三期总第八十五期3 用200w~3:外灯泡辐射干燥试样,干燥 时间70分钟,干燥温度l0o?.干燥后试样 取样,用日本733型电子探针分析坯体沿厚 度方向的钠含量分布. 图1电子探针线扫描图 5.烧戚 把干燥后试样坯体放入硅碳棒电炉作烧 1.5小 成试验,应严格控制烧成制度,在l, 时内升温至10409C,然后在1040~118o? 温度区间内每隔20?为一个取样温度点,每 点取样3块,在各个温度点试样需保15分钟, 接着取出试样置于马弗炉内缓慢冷却至室 温,观察试样外观情况,分别测定各试样的 收缩率吸水率,气孔率(取平均值),结台 釉面质量确定此坯料的烧成温度和烧成温度 范围. 试样烧成后情况裹2 从表2可以看出,1l2o?为烧成温度点, 11lo,l150嚣为烧成温度范围. 按上述温度制度烧成的试样,经检验, 其物理性能能达封要求(见表3),釉面质 量良好. 自上釉外墙砖试樟性能嗣试裹5 项f鸯热善性f摹磊焉喜 广东省普通藤釉外墙转企业标准<.>】》8.83×】0 100赵家湾粘土自上釉砖样8.63310.5l×10自 25%珍球岩废粉+75赵家湾粘土砖撑l6.33417.02×100 注;上表测试数据皆是在烧成温度取样三块的平均值. 四,讨论 1.自上釉法与传统施釉涛的比较 用自上釉法生产的外墙砖,其成型后素 坯用红外线辐射干燥,干燥时红外线透射到 制品内部,制品内部温度高于表面温度,水 分热扩散方向和湿扩散方向一致,大大加速 制品内部水分的定向迁移.当红外线对坯体 表面单测照射时,随着坯体内水分向表面扩 散,溶解于水中的碱性活化剂随之转移到制 .品表面,并随着坯俸表面水分的蒸发,自由 碱在坯体表面及表面邻近区域富集,当干燥 进行到坯体湿度小于最大吸湿率以后,坯体 内残余水分受热直接在内部汽化并以气态水 形式扩散到坻俸表面排除,此时就有一部分 自由碱留在坯体内,故自由碱含量从坯体表 面向里呈逐渐降低的趋势.用电子探针分析 钠沿坯体厚度方向的分布,所得的线扫描图 谱(见图1)证实了这种情况.分析结果为坯 体表面钠含量29.09师,底面钠含量0.30啊. 29.09啊?0.30嘶=96.97,说明坯体表面钠 离子浓度是底面的97倍,因此烧成时表面产 4垒目性建材科技期刊——《商瓷一九九.年第三期总第八十五期 生的液相多,会造成析釉的效果,而底面和 测面烧成时虽然也有液相产生,但因量少, 不足以形成玻璃状的光滑釉面.据此,自上釉 制品从表面高含量的玻璃相到底面低含量的 玻璃相呈有规律的平稳变化.与此同时,制 品的孔隙率沿制品厚度方向从表面向底面逐 渐增大,因为当干燥进行完以后,由于气态 水排除所留下的毛细管空隙有部分被烧成时 所产生的液相所填充,具有这样平稳变化孔 隙率结构的外墙砖保证了在大气作用下的高 度稳定性,而且由于制品底面的孔隙率较 大,增大了对混凝土的附着力.用传统施釉 法生产的釉面外墙砖在素坯表面施釉,分层 或釉层一陶瓷坯体界面清楚呈现,分层的存 在降低它在建筑物外墙使用时的耐久性,另 外,有生产中如因控制不当容易产生裂釉, 剥釉,缩釉等釉面质量问题. 自上釉法与传统施釉外墙砖生产工艺比 较,前者省工,省料,省设备,节能,有明显的 经济效益,这是因为;?用珍珠岩废粉和软质 粘土(如本试验用赵家湾粘土)为原料,可 直接入球磨千法细碎,不需滤泥,打粉或喷 雾干燥等工序,省去了这部份能耗,同时原 料蕈间占用设备少,维修费用低,@自上釉 法省去了制微和施釉两道工序,省去了釉用 原料及制釉,施釉设备,也省去了这两遭工 序的能耗,?可实现低温快速烧成.结合上 述这些因素,经初步估算,生产自上釉外墙 砖比传统施釉外墙砖降低成本30呖以上. 2.甩珍珠岩废料配制的自上釉外墙砖与 不用珍珠岩废料的自上釉外墙砖的比较 将25哼舂珍珠岩废粉+75舶赵家湾粘土配 制的自上釉外墙砖与用l00嘶赵家湾粘土制 的自上釉外墙砖加以比较,前者比后者烧成 温度降低20oc,烧成范围也相应扩大20oc, 这是由于珍珠岩废料比赵家湾粘土含有较多 的KO,这本身就是一种效果较好的焙剂原 料.从表3看出,掺加珍珠岩废料的制品比 不加珍珠岩废料的制品吸水率降低,热稳定 性提高,抗折强度增加. 目前,我国粘土原料资源特别是优质高 蛉:E来源紧张,而珍珠岩废料资源丰富,用 珍珠岩废料取代一部分粘土原料生产自上釉 外墙砖,为珍珠废料在陶瓷工业中的应用开 辟了新的途径,这不仅扩大了陶瓷工业的原 料来源,而且对综合利用矿产资源,治理废 渣,降低生产成本和节省能耗都具有显着的 经济效益和社会效益.信阳瓷厂在卫生瓷坯 料中加入25,35呖的珍珠岩废料,坯料成本 可下降l8%,同样在自上釉外墙砖坯料中采 用珍珠岩废料后,坯料成本比单独用粘土原 料也将有不同程度的下降,从而使自上釉外 墙砖的生产经济效益有进一步的提高. 五,结论 1.珍珠岩废料是生产自上釉外墙砖的良 好原料.把珍珠岩废料和可塑性粘土以合适 配比混合,加入适量的碱性活化剂溶液制成 坯料,在合理的工艺制度下可以制得性能合 格的自上釉外墙砖,与不用珍珠岩废料的自 上釉外墙砖相比,成品质量有所提高,生产 成本有所下降,有较大的经济效益和社会效 益o 2.以25呖信阳珍珠岩废粉+75嘶赵家湾 土配料,活化剂NaOH加入量4呖,成型粉 料水分l0呖左右,成型压力每cfri256kg,采 用红外辐射干燥,干燥温度100?5?,干燥 时间70分钟,烧成温度1110,115O?之间, 烧成周期l,1.5小时,保温时间15分钟,就 能制得质量合格的成品. 3.要使制品表面烧后产生平滑而细腻的 釉面,而底面和侧面不析釉,关键在于正确 掌握坯体干燥方法和干燥制度,使干燥后坯 体自由碱含量沿厚度方向从表面高浓度到底 面低浓度呈梯度分布.玻璃相含量和孔隙率 从制品表面至底面的平稳变化是自上釉外墙 砖性能优于施釉外墙砖的主要原因. (下转第1I页) 宝国性建材科技期刊,冉聋一九九.年第三期总第八十五期11 度还不及金山瓷土. 6.泥浆的粘度随颗粒度的减少而增加. 开始增加较慢.随后迅速增长(见图l4, l5),即泥浆的流动度随着颗粒度的减少, 迅速变小. 三,结论与建议 由以上实测数据和分析可得出以下几点 结论: I.金山和前山两种瓷土均可直接球磨. 球磨7小时后,绝大部分能过万孔筛,能达 到一般烧结的要求,其中金山土颗粒更细 些. 2.瓷土类原料经长时间球磨,微细部分 增加很少. 3.天然沉积的紫木节土颗粒比瓷土要细 得多,微细颗粒含量高,经球磨后微细颗粒 还明显增加.这类粘土球磨前微细颗粒有胶 结聚团现象,球磨后裂解,可见粘土的微细 颗粒主要靠自然界长期风化而来,要由球磨 得到是困难的. 4.瓷土类原料可部分代替石英和长石来 制作陶瓷,也可部分代替可塑粘土,但单独 使用瓷土痒泥浆很困难,因缺乏微细颗粒, 泥浆悬浮性差,吃浆太快,易开裂o 5.配制注浆泥料最好使用一定量的紫木 节,由于它含有大量的微细颗粒,泥浆悬浮 性好,吃浆速度适中,坯体强度高.另外紫 木节含有较多碳化了的有机质,降低粘土的 亲水性,使泥浆流动性好,触变性小,干燥 容易.这也是为什么配制浇注大件卫生陶瓷 的泥浆时,不可缺少紫木节粘土的原因所 在. 6.从泥浆的颗粒和流动度的关系可见, 颗粒度太细,泥浆流动度变得很差,故在工 艺上应适当掌握球磨时间,太长也不利.另 外,我国陶瓷工厂目前对泥料颗粒度的控 制,只囊触万孔筛余量,对泥料的颗粒分布 不柞控材这是不合理的.因为混料的可塑 性和泥浆的流动度与泥料的颗粒分布状况密 切相关,尤其是微细颗粒含量的多少.故建 议我国陶瓷工厂除控制万孔筛余量外,还应 控制泥料的颗粒分布.' (上接第4页)珠岩废料研毒l低温卫生瓷肇毒会资料箱》, .E .. , 1嘣' .参考文献[8)水光甫,顾建-"自上轴外搽的试毒l研究, n:,…Ccexa卿nx.嚣.9…,1988舡Ea,N212P彦上?19,1087…干孽……'一… (2]信栩瓷厂,成冉瓷研究设计院,手?用珍工版社,舶