废旧轻质高铝砖再生环保瓷用匣钵的研究分析
发布日期： 2018-08-01 09:55:56 阅读量（840） 作者：针对今天要说的废旧轻质高铝砖再利用，我们先来算一笔账，以潮州地区为例，目前,潮州瓷区有陶瓷企业2000多家,窑炉5000多座,以每座窑炉2年维修一次计算,每年有2000多座窑炉要维修。再以每座窑炉平均更换3t轻质高铝砖计算,每年就有废弃的轻质高铝砖碎块约8000t。所以如果利用这每年的8000t轻质高铝砖废砖再生制作瓷用匣钵即环保又经济。
潮州瓷区使用的轻质高铝砖,绝大部分采用河南产的轻质高铝砖,体积密度1.0g/cm3,Al2O3含量57%~67%,Fe2O3含量<2%,耐火度>1750℃,重烧收缩<0.5%(1400℃,2h),荷重软化温度约为1350℃。由于现在窑炉多用硅酸铝多晶棉做内衬,砖砌体没有直接与火焰接触,所以被更换的砖块多因断裂而被更换,其理化性能变化较小。
1、结合剂的选择
(1)结合剂的质量要求
瓷用匣钵是一种特殊的耐火材料,除了要求具有一般耐火材料的耐火度高、机械强度大的性能之外,还应具有一定的气孔率,且透气性要好,传热快,高温荷重能力强,重烧体积变化较小。
由于瓷用匣钵具备以上诸多的使用性能,所以对生产匣钵的结合剂要求较高,结合粘土应具有良好的分散性和结合性,能胶结熟料,符合成形性能,干燥强度大,高温性能好,含量接近熟料性能。粘土原料的Al2O3含量要高,R2O含量尽可能少,R2O+RO<2%,Fe2O3<3%,少含或不含游离SiO2的最为理想。
(2)选用的结合剂及其理化性能
作为熟料的废轻质高铝砖含Al2O3较高,为使结合剂的化学成分尽量接近熟料,我们选取贵阳生矾土及揭阳黑泥作为结合剂。其化学成分见表1,差热分析曲线见图1。
表1结合剂化学成分(质量%)
图1所选用结合剂的差热分析曲线
从图1中曲线(1)可以看出生矾土的差热曲线在558℃出现一吸热峰,试样烧前为白色,硬水铝石和软水铝石的差热曲线相似。而其容重分别为3.3g/c和3.0g/c,因此可以确定贵阳生矾土为硬水铝石,并含少量高岭石,其煅烧过程的反应如图2所示。
揭阳黑泥的主要成分为含少量有机质的高岭石。
2、结合剂配方的设计
黑泥主要起胶结熟料的作用,而生矾土则保证了结合剂中Al2O3的含量。结合剂的原料都是混合后球磨15h,料∶水∶球=1∶1.2∶2,对结合剂的性能测验共进行了2次,第一次用2种不同的配方,第二次用3种不同的配方。这两批结合剂烧结体的物理性能分别见表2和表3。
图2高铝钒土的煅烧流程图
表2结合剂烧结体第一次测验物理性能配方
表3结合剂烧结体第二次测验物理性能
从表2和表3可以看出,2#配方因Al2O3含量较高,所以烧成温度也较高,在1360℃烧成时,其烧结性能不如1#配方。2次测验结果:吸水率和气孔率均比较大,且从扫描电镜的图像看,2#配方所形成的莫来石晶相不如1#配方多和均匀。把第一批结合剂烧结体与第二批结合剂烧结体比较,可发现在1360℃下延长保温时间1h,使2次莫来石化能进一步进行,所以性能更佳,0#配方烧结后虽然莫来石晶相也不少,但由于Al2O3含量较低,在高温下产生较多的玻璃相,故决定用1#配方,0#配方只作为参照配方。
3、匣钵泥料参数的确定
(1)熟料颗粒级配
轻质高铝砖含铝量较高,有良好的理化性能,利用废弃轻质高铝砖作为熟料加入匣钵坯料中,其作用有:
1) 获得匣钵所要求的多孔组织,用以调整坯体的致密度,改进坯体组织。
2) 减少成形水分,加快干燥速度。
3) 减少干燥及烧成收缩。
4) 增加气孔率,改善透气性,提高热稳定性。
5) 增加烧后匣钵强度。
瓷用匣钵既要求具有一定的致密度和机械强度,又要求具有一定的气孔率和良好的透气性。故应控制熟料的颗粒级配。熟料中大颗粒热性能好,在坯料中起骨架作用,据有关资料介绍,大颗粒还可以阻止裂纹的形成或改变形成的方向,且熟料内部的“点内聚”效应,可以释放局部应力。但大颗粒太粗会使坯体组织粗糙,不均匀;小颗粒可增大表面能,利于坯体烧结,使密度提高,但颗粒太小且太多,会熔入玻璃相中,使玻璃相增加。由于密度大,透气性不好,故热稳定性下降。根据大多数企业生产经验,普遍认为颗粒级配采用两头大、中间小的方法,能使匣钵坯体具有较好的组织结构。根据上面的理论,并参考日本“三好”瓷厂的匣钵熟料颗粒级配的情况,我们确定制作壁厚为8e的8寸平盘匣钵试样,其熟料颗粒级配为:粗颗粒0.84~2.0e为40%;中颗粒0.15~0.84e为20%;细颗粒<0.15e为40%。
(2)生熟料配比
泥料中结合剂含量过多会使坯体干燥及烧成收缩大且易产生微裂纹,由结合剂带入的游离SiO2也会随之增加,使匣钵的热性能下降。所以应在保证工艺性能的情况下,尽可能减少结合剂的用量,根据这个原则,匣钵生熟料配比选用35∶65和40∶60两种。
(3)成形方法与泥料含水率
我们采用旋坯成形,泥料含水率为24%。
采用废旧轻质高铝砖生产的高铝质匣钵，通过试验研究后发现，由于熟料颗粒内部有较多的微气孔,容重小,且具有较高的烧结温度,所以配方中熟料用量较多,则烧结体的玻璃相较少,气孔率和吸水率较高,体积密度较小。
4、废旧轻质高铝砖生产高铝质匣钵的可行性优势：
1) 利用废轻质高铝砖制作匣钵,由于其含Al2O3较高,内部结构中莫来石相比较多且分布较均匀。另外,因为骨料颗粒的多孔性,故显示出良好的热性能,平均使用次数与熔融石英质匣钵接近。
2)废轻质高铝砖属于废物利用,来源丰富,加工粉碎容易,制成匣钵的价格只有高铝质匣钵的一半。
3)熟料的颗粒级配合理,对匣钵性能影响重大。在配方中,化学成分相同,但熟料颗粒级配不同,将直接影响匣钵的内部结构,从而影响其热性能。
4)结合剂的选用和细磨,应尽量选用化学成分与熟料化学成分相近的结合剂。结合剂宜于细磨,因为细颗粒具有较大的表面积,能保证这些组分在匣钵烧成过程能充分均匀地分布在熟料颗粒周围,达到较理想的结合状态。
5)由于游离的SiO2在573℃时的晶型转化伴随有体积变化,因而易引起冷却过程中匣钵开裂,所以结合粘土应在满足成形性能之下尽量少用,以减少游离的SiO2的带入。
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