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干法制粉工艺是陶瓷墙地砖产业技术中的一项重大突破,可以帮助建陶企业减少初期投资、降低生产成本、节约能耗,最重要的是能够减少粉尘污染。目前干法制粉工艺仅仅应用在陶瓷内墙砖生产工艺中。本研究拟将干法制粉工艺应用到瓷质砖中,得到与传统湿法喷雾制粉工艺性能相同的瓷质砖。本文首先收集了全国各主要产区(广东佛山、山东淄博、江西高安等)的坯体原料,分别按照化学组成和易磨性来进行对比和归类,选出代表性原料并分析其主要物相。其次借鉴目前成熟的瓷质砖坯体配方,分别采用干法制粉工艺和传统湿法喷雾制粉工艺制备造粒粉,比较了干湿两种造粒粉的粒径分布和显微结构,并对烧成后的样品的物理性能进行分析,主要包括样品的烧成收缩率、吸水率、体积密度、热膨胀系数、抗折强度。同时采用XRF(X射线荧光光谱分析)、XRD(X射线衍射分析)、TG-DSC(热重-差热分析)、SEM(扫描电子显微分析)等表征手段揭示了原料的化学组成、物相组成、烧成工艺、结构与性能之间的规律,探讨其干法制粉工艺机理。最后在原配方基础上通过引入高温熔剂,最终得到吸水率较小的瓷质砖坯体,进而对其致密度的提高机理进行探讨。主要研究成果如下:(1)对收集到的所有原料进行化学组成检测,建立坯体原料的化学组成基础数据库,通过数据分析可以看出目前瓷质砖坯体所使用的坯体原料矿物品位非常低,长石类原料最为明显,大部分钾长石类原料K2O含量<6 wt%,且Fe2O3含量均偏高。其次对收集到的所有坯体原料进行易磨性检测,建立坯体原料易磨性数据库,总结得到石英类原料的易磨性能较接近,属于难磨原料;长石类原料易磨性能也比较接近,平均易磨性指数达到2.53,属于较难磨原料;粘土类随着产地、品种的不同易磨性差异较大,干法制粉原料的预处理主要是对粘土类原料的预处理和分级。(2)用沂水长石、蒙阴长石、钠长石、河北粘土、浙江叶蜡石、煅烧大同土、海南泥为原料来设计坯体配方,分别用干法制粉工艺和湿法喷雾制粉工艺制粉出造粒粉,同时对两种造粒粉经压制成型并在最高温度1200℃烧成后样品的物理性能进行了测试。结果表明干法制粉得到的造粒粉粒径大小分布不均匀、流动性差、为实心颗粒;传统湿法喷雾制粉得到的造粒粉粒径大小分布均匀、流动性好、为空心颗粒。干法制粉工艺所制备的样品吸水率高、烧成致密度低、收缩相对较小,为1.53%;抗折强度较低,为31.31 MPa;热膨胀系数同样较低,为226.27×10-7。但两种工艺制备的样品的主晶相组成相同,分别为α-石英和莫来石相。SEM结果显示,干法制粉制备的样品没有充分烧结,样品内部存在很多不规则气孔,而湿法喷雾制粉工艺制备的样品完全烧结,非常致密。(3)为使干法制粉工艺制备的样品烧后能更好的致密化,本研究在原配方Y基础上分别添加5 wt%和10 wt%的高温助熔剂原料,探讨了高温助熔剂的加入对瓷质砖样品瓷质化的影响。研究表明,助熔剂促进了液相的生成,大量的液相在表面张力的作用下发生粘性流动,填充了坯体中的气孔,提高了样品致密性。其中,添加10 wt%微晶熔块的试样经1200℃烧成后吸水率为0.07%,气孔率为0.25%,体积密度为2.54 g/cm3,抗折强度为39.10 MPa,各项指标都符合瓷质砖国家标准GB/T4100-2015。