利用铜尾矿低温特性烧制“双零低吸”全瓷地砖的生产实践

2022-09-01 06:11王保宝李玉文
佛山陶瓷 2022年8期
关键词:小试吸水率尾矿

王保宝,李玉文

(中条山集团陶瓷科技有限公司,垣曲 043700)

1 前言

铜尾矿是在铜选矿过程中产生的工业废渣。作为我国重要的铜生产基地之一、华北地区最大的铜联合企业,山西中条山集团光是铜矿峪矿年产铜尾矿就达900万吨。因缺乏利用途径,尾矿只能排放到尾矿库,积存已达一亿余吨。中条山集团于2013 年开始联合国内知名科研机构、专业院校进行了铜尾矿制陶项目研究,项目经小试、中试,建成了一条日产2.6 万平米全抛釉地砖、一条日产3.5 万平米内墙砖生产线,实现了铜尾矿综合利用制备建筑陶瓷产业化。

北方建筑陶瓷生产受原料普遍高铝、高烧失局限,烧成温度较高,除个别厂家不惜代价,使用大量熟料外,一般的产品吸水率要高于南方。而铜尾矿中富含多种微量元素,且铁含量较高,利于烧成过程中液相生成,低温特性明显。为充分利用铜尾矿特性,提高产品品质,降低生产成本,中条山陶瓷进行了800mm×800mm“双零低吸”全瓷地砖研究,取得了很好的效果。

2 铜尾矿性质

2.1 铜尾矿主要化学成分

铜尾矿中含有多种微量元素,主要化学成分如下表:

表1 铜尾矿化学成分组成

表1 铜尾矿化学成分组成(续)

从表1 中可以看出铜尾矿主要成分为SiO2、Al2O3、K2O 等,比较符合建筑陶瓷生产需要,且微量元素众多,易于烧成。

2.2 铜尾矿的主要矿物组成

表2 铜尾矿的主要矿物组成

2.3 铜尾矿光谱分析结果

图1 铜尾矿光谱分析

尾矿样的XRD 衍射图谱见图1。从图中可以看出,铜尾矿主要由绢云母、绿泥石、石英、长石、方解石及少量磁铁矿等矿物组成。根据矿物衍射分析及成分分析,尾矿矿物成分适合作为陶瓷原料中的长石类和石英类原料。

2.4 铜尾矿窑炉烧成特性

表3 铜尾矿窑炉烧成特性

根据铜尾矿烧结特性,从表3 看出铜尾矿烧结后吸水率很低,可以利用其低温特性,通过在配方中优化掺加量,并调整窑炉烧成曲线,以实现“双零低吸”全瓷地砖的生产目标。

3 生产实践

3.1 配方优化

首先通过实验室小试试验确定配方。对原用配方进行调整,提高尾矿掺量,调整其它原材料配方比例,在不提高烧成温度的前提下,降低新配方产品的吸水率。通过多次优化调整,将铜尾矿掺加比例由22%提高到了26%,小试试验产品吸水率降低至0.1%以下。小试试验新旧配方试烧结果对比见图2。

图2 配方试验

3.2 中试试验

利用试验间歇球试制了中试浆、粉料,利用现有生产线进行了试生产,通过中试试验来验证配方、确定烧成温度,并对匹配釉料进行了调整,试制出合格的“双零低吸”产品。

3.2.1 配方验证

从试生产过程控制实验数据看,生坯强度达到了2.0~2.5MPa;釉坯强度达到40MPa 以上;烧成后的出窑砖尺码在820~825mm 之间,相比生坯的900mm,收缩比例为8.5%左右;烧失量为5.5%,整体数据均在北方原料合理范围,配方在合适生产范围。出窑砖吸水率在0.05±0.02%,180℃热稳定性测试10 次后釉面及坯体均没有裂纹产生。

3.2.2 烧成温度曲线调整

因铜尾矿掺加比例的提高,新配方的烧成温度明显低于原配方。虽然需要将瓷砖吸水率由原有的0.5~1%降低到0.1%以下,中试粉料的烧成温度仍由原先的1158℃降低到了1153℃左右,降低了5℃以上,且液相生成明显提前,在中温前段即出现砖体软化变形现象。我们根据出窑砖砖型变化情况及时优化了烧成曲线,适当降低了中温段和高温段温度,并减少了一个区的高温段,达到了瓷砖出窑砖型的控制参数要求。

图3 调整后烧成温度

3.2.3 釉料匹配调整

因烧成温度的降低,砖面出现了针孔现象,在调整温度曲线的同时,我们对匹配的釉料温度进行了适当调整,釉料厂家对配方进行了适当调整,保证了出窑砖的釉面质量效果。

3.2.4 批量连续生产及产品质量情况

经小试及中试试验后,采用试验确定的配方及烧成温度进行正式连续批量生产,生产的产品砖型及自检数据符合控制指标要求,产品质量稳定,成品率达到了98%以上,优等率达到了93%以上。抽样送第三方机构检测后,各项指标优异,检测结果均优于国标要求。

图4 检测报告

4 结论

通过本次生产实践,验证了利用铜尾矿低温特性生产“双零低吸”全瓷地砖完全可行,而且通过配方和烧成曲线优化还可以降低烧成温度,减少瓷砖烧成的能源消耗。此工艺路线不仅可以提高铜尾矿废渣的综合利用效率,降低生产成本,还为陶瓷行业正在面对的节能降碳、提高能效提供了参考路径。需要说明的是,各地铜矿资源生成年代和成矿条件不一,铜尾矿的理化性质不同,应用时应根据实际情况区别对待;铜尾矿大量用于建筑陶瓷生产时,液相生成较早,窑炉烧成曲线需根据砖型变化情况而定,尤其中温段和烧成段应特别关注。

猜你喜欢
小试吸水率尾矿
基于视觉识别的浮选尾矿在线测灰仪的应用
场地铅污染固化稳定化修复技术小试研究
铁尾矿资源的研究与应用
小试身手
小试身手
养护条件对矿物掺和料混凝土吸水率和电通量的影响
基于IDL的尾矿识别系统开发与应用
尾矿坝地震破坏机制探讨
水节霉共生体的化学控制小试研究