黃辛辰

（廣東金意陶陶瓷集團有限公司創(chuàng)新與趨勢研究院，528000）

1 前言

隨著建筑裝飾材料行業(yè)的不斷發(fā)展，尤其是建筑陶瓷行業(yè)的迅猛發(fā)展，一方面豐富多樣、裝飾效果好的建陶產(chǎn)品給民眾帶來了實惠，提高了生活水平，另一方面也帶來了能源高消耗及環(huán)境壓力大的問題。即使拋開以上問題，單從目前的建筑陶瓷行業(yè)現(xiàn)狀來看，用于建筑陶瓷生產(chǎn)的原料也日益匱乏，相應(yīng)的生產(chǎn)成本也在迅速提高。針對這一現(xiàn)狀，本項目為了降低生產(chǎn)成本，利用回收的陶瓷廢泥、污水處理壓榨泥研制一次燒成吸水率3%≤E≤6%坯體配方。試驗所用的坯體原料及陶瓷廢料均來自本廠及附近原料。

2 原料及配方設(shè)計原則

2.1 坯用原料的選擇及配方設(shè)計原則

根據(jù)3%≤E≤6%吸水率仿古磚的性能及低溫一次快燒工藝要求，結(jié)合實際情況，在坯體配方設(shè)計時考慮以下幾個原則：①盡可能多的使用廣東某企業(yè)原料或其附近原料，降低材料成本；②選用適當(dāng)?shù)目伤苄栽?，引入瘠性原料及陶瓷廢料，得到生坯強度高、干燥及燒成收縮小、生坯散水性優(yōu)良、坯體具有較快的燒成速度和熱傳導(dǎo)性，以避免坯體在快燒過程中產(chǎn)生溫度梯度而造成變形開裂；③符合常規(guī)低溫一次快燒工藝要求；④坯體新配方的膨脹系數(shù)應(yīng)與現(xiàn)有釉料相匹配。

2.2 原料性能分析試驗

本次試驗所用的坯體原料及陶瓷廢料化學(xué)組成和部分工藝性能分別見表1、表2。

3 試驗、生產(chǎn)工藝過程及主要工藝參數(shù)

3.1 坯體試驗

坯體配方分2組10個配方試驗，釉料采用廣東某企業(yè)成熟釉料配方試驗，成型采用120T壓機，燒成在廣東某企業(yè)輥道窯中進行?？疾斐尚?、生坯強度、干燥性、施釉性能、燒成溫度及時間、燒成收縮、吸水率等，優(yōu)選一個坯體配方（見表3），小試工藝流程見圖1，經(jīng)擴大性試驗后投入生產(chǎn)。

圖1 小試工藝流程

3.2 生產(chǎn)工藝過程

生產(chǎn)采用一次快燒工藝，工藝流程見圖2。

3.3 主要工藝參數(shù)

生產(chǎn)工藝參數(shù)見表3。

表1 原料的化學(xué)組成（wt%）

表2 原料部分工藝性能

圖2 生產(chǎn)工藝流程

表3 生產(chǎn)工藝參數(shù)

4 試驗結(jié)果與討論

4.1 坯體化學(xué)組成分析

坯體化學(xué)組成見表4。

坯式：

該配方燒成后屬細(xì)炻質(zhì)，坯料組成特點如下：①SiO2含量高，Al2O3含量低。硅鋁摩爾比（SiO2/Al2O3）為 6.6；②熔劑組成 RO=0.2505，R2O=0.2803，RO+R2O=0.5308，RO/R2O=0.8937；③坯料的燒失量小。生產(chǎn)實踐表明，該組成適合一次低溫快燒。

4.2 燒成分析

合理的升溫、保溫、降溫制度是保證產(chǎn)品各項物理性能的基礎(chǔ)，也是形成良好釉面的關(guān)鍵因素。470℃以前是預(yù)熱低溫階段，升溫速度對坯體和釉面質(zhì)量影響不大，可采用較快的升溫速度，本項目以60℃/min左右的速度完成此階段的升溫。470～1100℃左右是氧化分解階段，此時坯體排出結(jié)構(gòu)水，碳和有機物氧化，碳酸鹽和硫酸鹽分解，石英發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，一方面需要大量的熱，另一方面要適當(dāng)放慢升溫速度，此階段升溫速度控制在40～45℃/min，盡量加長此階段的燒成時間。1100～1170℃為坯體燒結(jié)，釉層?；A段，坯體液相量增多，氣孔被填充，發(fā)生急速收縮，升溫應(yīng)均勻平緩，宜用20℃/min的升溫速度到最高燒成溫度。到達1172±5℃后采用保溫方式。1170～650℃由于坯體液相還處于液體狀態(tài)，可進行急冷。650℃以下由于液相開始凝固，石英晶型轉(zhuǎn)化，應(yīng)緩冷。

此產(chǎn)品燒成周期為57 min，燒成曲線如圖3所示。

圖3 釉燒窯燒成曲線

為了使配方設(shè)計合理化，分別對坯體進行了熱失重分析、差熱分析測定。

表4 坯體化學(xué)組成（質(zhì)量%）

從坯體的熱失重曲線圖（見圖4）可以看出，500℃以前失重量較小，僅為1.5%，是坯體中吸附水的排出。從500℃～640℃，失重為2.9%，產(chǎn)生的原因是結(jié)合水在此溫度階段被快速排除，這非常有利于制品在燒成時消除釉面針孔，同時，在此溫度階段升溫速度應(yīng)該稍慢一些。從640℃～1140℃失重量僅為0.6%，主要是坯體中微量的碳酸鹽分解所致。此坯料加熱到1140℃時，整個反應(yīng)基本完成，總失重量僅為5.0%。

圖4 坯體TG曲線圖

從坯體的差熱曲線圖（見圖5）可以看出，室溫到490℃左右曲線下滑，吸附水、結(jié)構(gòu)水吸熱后脫除。490℃～560℃有一個明顯的放熱峰，峰值在530℃達到最大，此溫度階段主要是有機物氧化分解。然后從560℃持續(xù)吸熱至970℃左右。978.4℃吸熱谷顯示坯體中碳酸鹽和硫酸鹽類原料的分解溫度，此吸熱谷較小，說明坯體原料中所含碳酸鹽和硫酸鹽類礦物較少。

4.3 坯體晶相分析

將坯體進行XRD測試。從1170℃燒制下保溫6min坯體的XRD圖譜（見圖6）可以看出，莫來石化程度較低，含量僅為19%，主要是細(xì)小的莫來石晶體群，石英含量最高，占56%，非晶相含量為25%。

4.4 坯體主要性能指標(biāo)

坯體的主要性能測試結(jié)果如表5。測試結(jié)果表明，坯體的各項性能指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4100-2006要求。

圖5 坯體DTA曲線圖

表5 燒成后主要性能指標(biāo)

4.5 坯釉匹配分析

本試驗?zāi)繕?biāo)是對原有坯體配方進行置換，釉料配方不變。通常釉抗壓應(yīng)力的能力大于抗拉應(yīng)力的10倍以上，因此坯體的膨脹系數(shù)應(yīng)略大于釉的膨脹系數(shù)，使釉層處于微壓狀態(tài)。坯釉體積膨脹系數(shù)之差控制在（1～4）×10-6/℃之間為宜。

分別對上述配方設(shè)計的坯料和底、面釉料進行熱膨脹系數(shù)進行比較，結(jié)果表明，坯料和底、面釉料熱膨脹系數(shù)之差基本上在（1～4）×10-6/℃之間，證明本次試驗坯體配方與原有釉料之間是相匹配的。

坯料、底面釉膨脹系數(shù)與溫度范圍的關(guān)系見表6。

表6 坯料、底面釉膨脹系數(shù)

5 結(jié)論

（1）通過試驗及生產(chǎn)驗證，陶瓷廢料引入仿古磚坯體配方中切實可行，能夠滿足本項目一次燒成性能和質(zhì)量要求。

（2）陶瓷廢料與坯料的成分相近，水分低而穩(wěn)定，對坯體收縮率影響很小，可作為瘠性料使用，燒成制度也較容易控制。配方中引入陶瓷廢料，需外加適量坯體增強劑以增加坯體的抗脆性與抗折強度。

（3）仿古磚坯體需通過釉面裝飾進行遮蓋，故可降低坯體對原料的白度要求，從而消化合乎需求的陶瓷廢料。利用陶瓷廢料生產(chǎn)仿古磚坯體，能有效的解決企業(yè)廢棄物的排放所引起的環(huán)境破壞并緩解企業(yè)廢料的堆積問題，降低生產(chǎn)成本，提高資源利用率。

（4）陶瓷廢料應(yīng)用前應(yīng)進行均化處理，以保持組成的相對穩(wěn)定，對生產(chǎn)質(zhì)量控制有益。

參考文獻

[1]黃惠寧.一次低溫快燒高強瓷質(zhì)外墻磚的研制[J].陶瓷，1999（1）.

[2]李家駒主編.陶瓷工藝學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2001.

[3]蔡祖光.陶瓷工業(yè)廢料廢渣的處理[J].佛山陶瓷，2002.

[4]俞康泰.陶瓷廢料的再循環(huán)與環(huán)境材料學(xué)[J].佛山陶瓷，2003（9）.

[5]徐研.一次燒成釉面磚坯釉配方設(shè)計及坯釉性能的研究[J].陶瓷學(xué)報，2005（3）。

[6]鄭樹龍.陶瓷磚拋光廢渣回收利用及產(chǎn)品的性能研究[J].佛山陶瓷，2007。

[7]羅淑芬.陶瓷工業(yè)廢渣在陶瓷磚坯料中的應(yīng)用.佛山陶瓷，2009（4）。

[8]謝澤林.工業(yè)廢渣在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用[J].陶瓷資源綜合利用學(xué)術(shù)論文集，2010。

[9]黃惠寧.拋光廢渣在陶瓷磚中的應(yīng)用及現(xiàn)狀 [J].佛山陶瓷，2012（7）。

[10]熱分析在建筑陶瓷材料的應(yīng)用[J].