吳慶文 ，劉艷娟

(1. 景德鎮(zhèn)陶瓷大學，江西 景德鎮(zhèn) 333403；2. 唐山學院，河北 唐山 063000)

0 引 言

隨著鐵礦的開發(fā)，鐵尾礦越來越多，不僅占用耕地，而且也會造成對環(huán)境的污染和資源的浪費，為此材料工作者對其綜合利用進行了深入研究[1-3]。目前，鐵尾礦可以用于充填采空區(qū)、制備建筑材料及建筑裝飾材料等[4-8]。本文擬利用鐵尾礦為主要原料，采用可塑成型法制備輕質(zhì)保溫磚[9-10]，開辟鐵尾礦應用的新領(lǐng)域。

1 實 驗

1.1 實驗所用原料

實驗所用主要原料見表1。

1.2 實驗所用主要設備

實驗所用主要設備有：KM-1快速研磨機，湘潭華豐儀器制造有限公司；SX2箱式電阻爐，湘潭華豐儀器制造有限公司。

1.3 實驗方案

以鐵尾礦及紫木節(jié)粘土為主要原料，加入5wt.%-25wt.%成孔劑及少量外加劑，經(jīng)研磨混合、困料、可塑成型、干燥和燒成，制成鐵尾礦輕質(zhì)保溫磚。其工藝流程如圖1所示。

表1 實驗所用主要原料Tab.1 Main materials for experiments

圖1 鐵尾礦制備輕質(zhì)保溫磚工藝流程Fig.1 Preparation of light-weight insulating brick with iron tailing

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 成孔劑及加入量對輕質(zhì)保溫磚氣孔率和抗壓強度的影響

考慮到可塑成型泥料成型的可能性，確定鐵尾礦與粘土比例為4 : 1(質(zhì)量比)。

選取白云石、碳酸鈣、碳酸鎂、煤粉做成孔劑，加入量分別為(質(zhì)量百分比)5wt.%、10wt.%、15wt.%、20wt.%、25wt.%于1100 ℃燒成，保溫20 min。實驗結(jié)果見表2。

由表2可見，隨著成孔劑加入量的增加，氣孔率逐漸增加。其中白云石成孔率高，煤粉成孔率雖然也高，但因其含有硫等組份，其燃燒對環(huán)境存在一定的影響。對白云石而言，其加入量增加到一定程度時，氣孔率隨白云石加入量逐漸上升的速率降低，故白云石加入量取20wt.%，其氣孔率為65.7 vol.%。

選取白云石做成孔劑，1100 ℃燒成、保溫20 min，試樣抗壓強度測試結(jié)果見表3。

由表3可知，隨著白云石加入量的增加，抗壓強度逐漸下降。這是由于隨著白云石加入量增加，氣孔率增加，承載壓力截面積變小，故抗壓強度降低。當白云石加入量達25wt.%時，抗壓強度突然下降，且強度較低。

表2 成孔劑及加入量對輕質(zhì)保溫磚氣孔率的影響Tab.2 Effect of the pore-forming agent amount on the porosity of light-weight insulating brick

表3 白云石加入量對輕質(zhì)保溫磚抗壓強度的影響Tab.3 Effect of the dolomite doping amount on the compressive strength of light-weight insulating brick

由以上氣孔率和抗壓強度的綜合分析可知，選取白云石作為成孔劑，在加入量20wt.%時，其氣孔率達65.7vol.%、抗壓強度為7.1 MPa。既能保證材料具有較高的氣孔率，同時具有較高的抗壓強度。

2.2 燒成溫度對輕質(zhì)保溫磚氣孔率和抗壓強度的影響

以白云石做成孔劑，加入量為20wt.%，分別于1000 ℃、1050 ℃、1100 ℃、1150 ℃、1200 ℃下進行燒成，在最高溫度下的保溫時間均為20 min。

升溫制度設定為：室溫-300 ℃，升溫速度為5 ℃/min；300-700 ℃，升溫速度為10 ℃/min；700 ℃-最高燒成溫度，升溫速度為15 ℃/min。

制備的試樣氣孔率見表4，抗壓強度見表5。

由表4可見，隨著燒成溫度的提高，氣孔率逐漸增加，但在1050-1150 ℃時氣孔率變化不太明顯。當溫度升高到一定程度，氣孔率反而下降，原因是當溫度過高時產(chǎn)生液相，提高多孔輕質(zhì)保溫磚致密度，導致氣孔率下降。

由表5可知，燒成溫度升高，材料抗壓強度逐漸提高，但1100 ℃以后變化不大，且在1200 ℃時，抗壓強度下降。隨著燒成溫度的提高，燒結(jié)致密性提高，導致抗壓強度提高。溫度過高時，可能因為玻璃化嚴重，導致抗壓強度降低。

表 4 燒成溫度對輕質(zhì)保溫磚氣孔率的影響Tab.4 Effect of the fi ring temperature on the porosity of light-weight insulating brick

表5 燒成溫度對輕質(zhì)保溫磚抗壓強度的影響Tab.5 Effect of the fi ring temperature on the compressive strength of light-weight insulating brick

表6 保溫時間對輕質(zhì)保溫磚氣孔率的影響Tab.6 Effect of the holding time on the porosity of light-weight insulating brick

表7 保溫時間對輕質(zhì)保溫磚抗壓強度的影響Tab.7 Effect of the holding time on the compressive strength of light-weight insulating brick

綜上所述，較為合理的燒成溫度為1100 ℃。

2.3 保溫時間對輕質(zhì)保溫磚氣孔率和抗壓強度的影響

以白云石為成孔劑，加入量為20wt.%、燒成溫度為1100 ℃，改變保溫時間進行燒成，保溫時間確定為10 min、15 min、20 min、25 min、30 min。實驗結(jié)果見表6，材料抗壓強度隨保溫時間的變化見表7。

由表6可見，保溫時間長，將促進分解反應的進行，有助于氣孔的形成。但達到一定程度，反應一旦結(jié)束，延長保溫時間，將促進燒結(jié)過程的進行，導致質(zhì)點的移動，質(zhì)點填充到氣孔之中，氣孔率下降。

由表7顯示，隨著保溫時間的增加，燒結(jié)逐漸致密，抗壓強度逐步提高。但到一定程度，燒結(jié)趨于完全，使得抗壓強度變化不明顯且過長的保溫時間還會導致抗壓強度的下降及能源消耗的增加。

實驗結(jié)果表明，合理的保溫時間確定為20 min。

2.4 合理工藝技術(shù)條件下試樣的體積密度測試

以鐵尾礦和紫木節(jié)粘土為主要原料，白云石為成孔劑，輔以少量外加劑，在白云石加入量20wt.%、燒成溫度1100 ℃、保溫時間20 min的條件下制備輕質(zhì)保溫磚，并對其進行體積密度測試。測試結(jié)果表明：該輕質(zhì)保溫磚試樣體積密度為1.10 g/cm3,符合輕質(zhì)保溫磚的密度要求(0.75-1.20 g/cm3)。

3 結(jié) 論

以鐵尾礦和紫木節(jié)粘土為主要原料、輔以少量外加劑，加入成孔劑，可制備鐵尾礦輕質(zhì)保溫磚。所選四種成孔劑，白云石較好，在白云石加入量20wt.%、燒成溫度1100 ℃、保溫時間20 min條件下，可制備出較好的輕質(zhì)保溫磚，其氣孔率達65.7 vol.%，符合MJ5.0標準(強度 ≥ 5.0 MPa)要求；體積密度為1.10 g/cm3,符合輕質(zhì)保溫磚的密度要求(0.75-1.20 g/cm3)?？勺鳛槊裼玫冉ㄖ锉夭牧?。