1、1对轻质砖在烧成过程中鼓泡问题的探讨摘 要:本文主要探讨利用抛光废渣工业化生产轻质砖时,产品容易产生鼓泡缺陷的问题。讨论了鼓泡产生的原因,并通过试验确定了影响鼓泡的主要因素。结果表明:水分含量、砖坯厚度、细粉含量是影响轻质砖鼓泡的主要因素。 关键词:轻质陶瓷砖;抛光废渣;鼓泡 1 引言 陶瓷抛光废渣每年的排放量超过 700 万吨,通常只能采用简单的填埋方法来解决,难以资源化利用。大量堆积的陶瓷废料挤占土地,污染水源、空气和土壤环境1-3。如果不对这些废料进行资源化回收再利用,不断产生的陶瓷废料将严重破坏我们的生态环境。如何变废为宝,将废料资源化利用,己成为陶瓷生产厂家和环保部门共同关注的问题4
2、-7。 陶瓷抛光废渣中的碳化硅在碱性熔体的侵蚀下,在氧气气氛中很容易氧化( 700)产生气体,并在局部聚集,形成气孔。因此,将抛光废渣回收,用于生产瓷质砖,在生产上实现难度较大。但是,利用抛光废渣发泡的特点,制备轻质陶瓷砖,是很有前景的一个研究方向。不少企业在这方面做了大量的工作,取得了不错的成果。 生产轻质陶瓷砖可以大量消耗陶瓷抛光废渣,但是在生产过程中也存在不少问题,限制了这类产品的发展。主要的问题包括产品容易变形、鼓泡、表面不防污、易碎、难以进行清晰的表面图案设计等。本文主要2探讨轻质砖在生产过程中产生鼓泡的原因以及影响因素。 2 样品的制备 2.1 配方 原料配方为:球土 20%,抛光
3、废渣 30%,长石 15%,铝钾砂 15%,钾砂 20%。 减水剂:三聚磷酸钠 0.5%。 2.2 制备工艺 将原料倒入 50 公斤级的小型球磨机,加水 40%,球磨 12 h 后放浆。将干燥的泥料过 20 目筛造粒。采用大型试验压机成型,成型压力为 23 MPa,砖坯尺寸为 430 mm430 mm。手动加压,先采用缓慢的间歇式点动加压。经历 5 次点动加压后,再直接加压到最高压力,保压 10 s。具体的制备流程如图 1 所示。 2.3 烧成工艺 对生坯进行干燥处理后,将其置于耐火垫板上,在生产辊道窑中烧成。烧成周期为 50-60 min,烧成温度为 1200-1220。 3 试验结果 图
4、2 为不同含水率的粉体,在相同条件下烧制出的样品照片。从图中可以看出,含水率高的粉体烧制出的样品有很多大泡,如图 2(a)所示。这些大泡多集中在轻质砖的周边部位,这种现象可能是由砖坯的密度不均匀引起的。干压成型时,压力的递减效应会导致砖坯底部四周的压力较小,从而导致砖坯底部四周的密度较小,而烧成时,气体容易扩散到低密度区域而聚集。对于含水率低的粉体,烧制出的样品表面非常平整,没有看到明显的起泡现象,如图 2(b)所示。这个结果说明,粉3体的含水量对是否产生大泡具有重要的影响。 图 3 为不同厚度的坯体,含水率均为 5.5%,在相同条件下烧制出的样品照片。从图中可以看出,当坯体厚度为 12 mm
5、 时,烧出的样品出现明显的鼓泡现象,如图 3(a)所示。大泡同样出现在轻质砖的周边部位,只是大泡的数量与前面的情况相比明显要少很多。而将坯体的厚度减到7.5 mm 时,烧制的样品表面平整,没有看到明显的起泡现象,如图3(b)所示。由此可见,坯体的厚度也是轻质砖是否鼓泡的一个重要影响因素。 4 讨论 4.1 鼓泡产生的原因分析 鼓泡产生的原因,自然是仁者见仁智者见智。有人认为是配方中泥的添加量太多,有机物烧失时产生的大量气体导致产生鼓泡;也有人认为是高温时产生的气体太多,而砖体尺寸太大,导致气体排不出去而鼓泡。 前一个原因很容易排除,因为有机物在 1000以前基本上就烧完了,而陶瓷砖产生低粘度的
6、液相在 1150以后。因此,即使有少量的有机物残留,也不可能引起大的鼓泡现象。另外,碳化硅氧化本来就会产生大量的气体,所以有机物的影响基本上可以忽略不计。 后一个原因看起来有些道理,因为烧小尺寸的砖时,很少出现鼓泡的问题。而烧大尺寸的砖时,常常可以鼓十几个大泡。其实,如果细究,这个原因也是没有说服力的,因为产生气体的碳化硅在砖体中基本上是独立、均匀分布的,每颗碳化硅产生的气体也是极其有限的。因此,在4正常情况下,只会在每颗碳化硅附近形成独立的小孔,不可能出现气体大量聚集而产生大气泡的情况。 那么,产生鼓泡的最主要原因究竟是什么呢?产生鼓泡要满足两个条件:第一,出现大泡需要有大量的气体产生,这个
7、条件是很容易满足的;第二,要有气体出现局部聚集的因素,使气体在局部大量聚集形成大泡。对于第二个条件,容易想到的是,有可能发泡剂在局部聚集,从而导致气体在局部聚集。虽然这个可能性是很小的,因为原料经过了 12个小时的球磨均化,但是还是有必要用证据来排除这种可能性。如果是由于发泡剂在局部聚集而引起的鼓泡,那么泡的内表面应该跟小孔一样,是光滑的,如图 4(b)所示。而实际的情况并非如此,如图 4(a)所示。从图中可以看出,大泡的内表面很粗糙。因此,基本上可以排除是发泡剂在局部聚集引起的鼓泡。 根据大泡内表面的形貌,笔者认为,鼓泡很有可能与砖坯成型时出现的分层现象有关。在升温过程中,砖坯会产生收缩,从
8、而在分层的地方会出现空腔。对于普通的瓷砖,在液相烧结的过程中,液相会将空腔填满,所以很少出现鼓泡现象。但是如果存在较多的硫酸盐、氧化铁等杂质时,也有可能引起鼓泡。对于轻质砖,碳化硅氧化会产生大量的气体,并扩散到空腔位置聚集。在经历高温时,气体体积急剧膨胀,从而形成大泡。 4.2 影响砖坯分层的因素分析 通常来说,分层主要是由于砖坯在压制过程中排气不畅引起的。因此,所有影响坯体排气的因素都会促进轻质砖在烧成过程中鼓泡。图 25所示的结果表明,粉料水分对鼓泡有重要影响。水分含量高的粉料在压制成型过程中,很容易在砖坯表面形成致密层,阻止气体排除。如果在加压早期,砖坯表面就形成了致密层,那么大量的气体就会被封闭在砖坯里面。随着压力的升高,气体被压缩,并在压力小的地方聚集,也就是砖坯的周边部位,形成空气层。当压力卸除后,气体膨胀,形成分层。这也是为什么鼓泡容易出现在砖四周的原因。