抛光砖废渣制备轻质泡沫陶瓷的研究

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陶瓷砖表面抛光处理过程中产生的抛光砖废渣,是一种主要的陶瓷固体废料,由于其含有可发泡物质,在陶瓷砖的生产中难以大规模回收利。但是,轻质保温的泡沫陶瓷可以完全使用陶瓷固体废料,不仅可以节约企业生产成本,而且对解决陶瓷固体废料污染问题、实现资源的循环利用具有十分重要的意义。本文分析了抛光砖废渣的各项理化性能,并通过正交试验法得到了制备泡沫陶瓷的较优工艺配方。在此基础上,分别研究了各因素对泡沫陶瓷宏观与显微形貌、物相组成、烧成前后线性膨胀率、体积密度、气孔尺寸、抗压强度等的具体影响。此外,在工厂将泡沫陶瓷进行了大样生产初试,并测试其导热性能。XRD图谱表明抛光砖废渣主要物相为莫来石和石英相;SEM图像显示抛光砖废渣颗粒较细且呈无规则、多棱角状、介于0.2~15μm;DSC-TG结果表明抛光砖废渣煅烧800°C以上时出现吸热峰,对应高温下碳化硅的氧化反应;通过光学热膨胀仪观测到抛光砖废渣煅烧时的起始发泡温度为1130°C。以体积密度为主要考虑指标,通过正交实验法确定基础工艺为:烧成温度1170°C、保温时间20min、升温速率3°C/min、磨头废屑添加量2wt%。其中,采用人工捣打法成型体积较大的泡沫陶瓷,坯体内部的均匀性较好。单因素改变组实验结果表明:泡沫陶瓷的平均孔径和整体塌落度会随烧成温度和保温时间的提高而显著增加;泡沫陶瓷的抗压强度与平均孔径有明显的反向相关性;在烧成温度1220°C、升温速率3°C/min、保温时间20min、磨头废屑添加量2wt%的工艺条件下,制备出体积密度为0.28g/cm3的泡沫陶瓷;泡沫陶瓷主要物相为石英相,提高烧成温度、延长保温时间、增加磨头废屑添加量等可以增加泡沫陶瓷的堇青石相含量;要使得泡沫陶瓷砖内部无明显缺陷且气孔均匀性好,应设定工艺条件为:烧成温度1160~1220°C、升温速率0.5~2°C/min、保温时间40~80min、磨头废屑添加量为2~6wt%。最后,工厂进行泡沫陶瓷大样生产中试,体积密度为0.30g/cm3的试样导热系数为0.13W/m K。
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