實驗結果與討論

1.拋光廢渣的熱分析：圖1是拋光廢料室溫到1250℃的差熱、熱重分析圖。圖中顯示由室溫到600℃左右，出現了明顯的失重，這是吸附水和氯化鎂結晶水脫除、氯化鎂分解以及廢渣沉淀劑氧化的綜合結果[3]，由600℃到1050℃左右，熱重曲線稍有變化，1050℃以后，熱重曲線保持不變，可能是廢渣中碳化硅含量不高，并且碳化硅氧化中碳的脫除與氧與硅反應形成一定的互補造成的,其化學反應式為：SiC+2O2=SiO2+CO2↑

2.拋光廢渣的發(fā)泡特性：拋光廢渣中碳化硅含量低，所以在熱重分析時碳化硅氧化造成的重量變化不明顯，但這不等于對燒成后期的影響不大，實際上，1摩爾碳化硅氧化成氧化硅會放出1摩爾的二氧化碳，放出氣體的體積接近碳化硅固體體積的2000倍，所以，即使廢渣中碳化硅含量很少，如果燒成時產生的二氧化碳封閉在坯體中，則坯體的密度和強度會顯著下降。為了更加詳細了解拋光廢渣在燒成時的表現，我們將拋光廢渣制成試樣，利用可視化燒成設備測試了該試樣在燒成時的膨脹與收縮現象，結果示于圖2。傳統(tǒng)的拋光磨頭的成分主要有氯化鎂、氧化鎂、碳化硅等，其中碳化硅可以在較高溫度下氧化放出二氧化碳氣體。而作為膠凝材料的氯化鎂在600℃前分解放出大量的氣體。近年新型的拋光磨塊的結合劑則為銅基、鋁基、鐵基的金屬合金，以粉末冶金方法與碳化硅或者金剛石磨料燒結一起，金屬材料高溫雖不會產生氣體，但作為雜質也會對陶瓷燒成有一定的影響。從拋光廢渣的膨脹收縮曲線（圖3）可以看出，拋光廢渣試樣從900℃左右開始收縮，說明含有磨料的拋光磚廢渣，其燒結溫度大大降低，出現液相的溫度提前，在該溫度下已有液相生成，試樣開始燒結。收縮持續(xù)到在1100℃左右，膨脹開始出現，并且隨著溫度的升高，幾乎直線上升，直到1250℃升溫結束。根據膨脹收縮曲線，可以認為在1100℃該試樣已經有大量液相存在，此時生成的氣體主要被液相包圍，隨著溫度進一步升高，氣體壓力增大，氣體膨脹，由于液相黏度大，坯體中的氣體無法及時釋放，因此氣泡變大，坯體體積增大。隨著溫度升高，碳化硅不斷氧化完全，體積越來越大。

3.分段研究拋光廢渣燒結性能：由于拋光廢渣的發(fā)泡性，在陶瓷墻地磚中使用，生產工藝會變得難以控制，無法保證磚的質量，為此我們將各拋光段廢渣分別進行了研究。根據實驗統(tǒng)計，在所有拋光廢渣中，刮平和100目以前粗拋所產生的廢渣占到80%以上，中磨段約10%，細磨段不到10%。拋光生產線各段所用的磨頭有所不同，磨塊用量和磨削量也不相同，廢渣的成分、粒度等有諸多差異，因此我們進行分段取樣進行燒結性能測試，結果列于表1。由表可看出，1090℃以下拋光廢渣以收縮為主，1138℃拋光廢渣已經膨脹，這是由于碳化硅氧化產生氣體量過大、此溫度廢渣中液相量增多，氧化產生氣體不能及時排除產生所謂發(fā)泡現象，造成坯體體積膨脹；1138℃前隨著溫度的升高吸水率下降，在1138℃達到最低，說明在此溫度，開口氣孔逐漸變?yōu)殚]口氣孔。1175℃吸水率上升可能是由于隨溫度升高玻璃相粘度降低，閉氣孔中氣體膨脹，氣泡破裂，重新形成開口氣孔造成。各段廢渣比較，細磨段廢渣1138℃收縮率最大，1175℃膨脹率最大，同樣溫度吸水率最小，這說明細磨段廢渣的燒結性能與粗磨及中磨段有較大的差別，這是由于細磨段粒度小，高溫下燒結活性高，而且廢渣中磨塊成分的含量最高，即熔劑成分Mg離子含量高，造成高溫時玻璃相量較大、粘度較高，故細磨段廢渣所形成的氣孔以封閉氣孔為主。由分段試驗可以看出，拋光廢渣的收縮膨脹吸水率等燒結性能,與拋光廢渣中含有的磨料成分及廢渣本身粒度有很大的相關性，如果要在生產中應用，工藝上采取均化步驟是必不可少的，本廠的做法是拋光廢渣壓濾后，以每批1000噸為一個均化單位，集中堆積后采用挖掘機進行粗均化，取樣化驗后，再作為陶瓷原料使用。為了提高拋光廢渣的利用率、使原料的均勻性更好，采取了分段收集處理拋光廢渣的方法：將磨料及溶劑含量少的刮平、粗磨和中磨廢渣與細磨廢渣分開收集，前段廢渣可以直接用于陶瓷磚生產，細磨廢渣可以供給輕質磚廠做生產輕質磚的發(fā)泡原料，也可以作為原料漿按一定配比加到料漿池中作為原料再利用，這樣做的目的是避免因細磨段細度小、含較多電解質，出現漿料流動性差現象，影響球磨及放漿。

4.拋光廢渣在墻地磚中的應用試驗：為了尋找拋光廢渣在陶瓷生產中應用的方法，將一定量均化處理的拋光廢渣摻加到不同吸水率坯體中，進行燒結試驗。設計的實驗方案如下：A－廣場磚粉料外加25％拋光磚廢渣；B－拋光磚粉料外加25％拋光磚廢渣；C－釉面磚粉料外加25％拋光磚廢渣。混合料壓制成試樣后，在對應產品的燒成溫度附近進行燒結實驗，廣場磚和拋光磚的燒成溫度為1200℃，釉面磚的燒成溫度為1130℃。燒結實驗結果列于表2。數據表明，加廢渣的拋光磚和廣場磚燒成后都有不同程度的膨脹發(fā)泡現象，在釉面磚素燒溫度下，坯體沒有膨脹，磚的吸水率也達到了國家標準17%以下的要求。這是由于釉面磚燒成溫度較低，并且素燒工藝有利于坯體排放大量氣體。我們已成功地利用拋光磚廢渣生產出質量優(yōu)良的釉面磚，相關生產技術將另文論述。

結語

摻拋光廢渣陶瓷發(fā)泡的原因是拋光廢渣中含的磨料成分SiC氧化反應產生氣體的溫度比較高，SiC放氣階段陶瓷中產生了大量高粘度液相，妨礙氣體排出，產生發(fā)泡現象。拋光廢渣采用堆場均化、分級收集處理方法，可以達到穩(wěn)定生產的目的。具體措施是：粗拋段使用金屬結合拋光磨塊減少廢渣中的磨料含量，粗、中磨段的廢渣與細磨段分別收集，大量堆積均化后使用，粗、中磨段廢渣直接參與配料球磨，細磨段廢渣無需球磨配入漿料，進入造粒工藝。不同的陶瓷產品由于配方及燒成工藝不同，決定了是否可以使用燒拋光廢渣做原料。根據本實驗，拋光廢渣可作為原料在燒成溫度較低的釉面磚使用，摻加量25%，瓷磚無發(fā)泡現象，吸水率符合標準要求。

本文作者：余國明 呂明 李少平 彭誠 王勇 吳建青 單位：廣東宏陶陶瓷有限公司 華南理工大學材料科學與工程學院