陶瓷抛光砖粉制备蒸压复合制品的水热特性研究

陶瓷抛光砖粉制备蒸压复合制品的水热特性研究

陶瓷抛光砖粉是在瓷抛光砖生产过程中由研磨和研磨而产生的残余粉末。这种养蚕砖的粉末量大，形状宽。据统计，我国陶瓷抛光砖年产量8亿元。根据每1.2m产量量的1.95kg，世界抛光砖年产量每年产生数十亿个废弃粉末。现在，人们可以用这些残粉制作优质陶瓷材料，但其中大部分仍采用埋法。如果我们能够合理利用这些粉，它将产生显著的经济效益和社会效益。因此，作者的初步研究结果表明，抛光砖粉具有火山效应，水泥磨砂浆的强度指数为82%。在此基础上，本文以抛光砖粉为研究对象，与粉煤灰进行比较，研究其水热反应性能，为合理利用抛光砖粉制备蒸压硅酸盐产品提供理论依据。1材料和方法1.1抛光砖粉的实验石灰,密度2.25g/cm3,CaO、MgO总含量为83%;粉煤灰,取自广州某电厂,Ⅱ级灰;抛光砖粉,取自佛山某陶瓷厂废弃抛光砖污泥,经风干脱水即可.各原料化学组成见表1.抛光砖粉与粉煤灰的X射线衍射分析结果如图1所示.由图1可见,实验用抛光砖粉的主要矿物是石英;实验用粉煤灰的主要矿物是石英,其次是莫来石.1.2活性硅、铝的测定方法试样制备:按试验设计配比加水拌料混合均匀,以8kN的压力成型为直径35mm,高约40mm的圆柱型试件.密封静置12h后入釜蒸压.蒸压工艺:升温3h,恒温6h,恒温温度180℃.自然冷却至室温.活性硅、铝的测定方法依照文献.XRD测试所用仪器为日本理学公司的D/max-IIIA型X射线衍射仪,Cu靶.SEM测试所用仪器为德国LEO公司的LEO1530VP型扫描电子显微镜;红外测试所用仪器为英国PyeUnicamLtd.公司的SP2000型红外光谱仪.2试验结果及分析2.1相同配比条件下石灰-抛光砖粉蒸压制品的强度抛光砖粉掺入量对蒸压硅酸盐制品抗压强度的影响如表2所示,表2还给出了其与粉煤灰制品的对比结果.由表2可知,在相同配比条件下,石灰-抛光砖粉蒸压制品的强度明显高于石灰-粉煤灰蒸压制品.与粉煤灰相比,蒸压条件对抛光砖粉火山灰活性的激发作用较粉煤灰大.当m石灰∶m抛光砖粉=1∶2～1∶6时,石灰-抛光砖粉蒸压制品的强度随抛光粉掺量的增加而先增加后降低;当m石灰∶m抛光砖粉=1∶3时,所得蒸压制品强度最高.2.2不同配比抛光砖粉中托勃莫来石对caco3的活性掺抛光砖粉、粉煤灰的硅酸盐蒸压制品的XRD图谱如图2所示,其中m石灰∶m抛光砖粉(粉煤灰)=1∶3.由图2可知,抛光砖粉蒸压制品主要矿物为SiO2、Ca(Si6O18H2)·4H2O(托勃莫来石)、CaCO3、CaAl2Si2O8(钙长石),而粉煤灰蒸压制品主要矿物为CaCO3、SiO2、Ca(Si6O18H2)·4H2O(托勃莫来石).石灰-抛光砖粉体系中托勃莫来石特征峰强度较石灰-粉煤灰体系中的托勃莫来石特征峰强度要高,而CaCO3特征峰强度却比后者的要小.由此可见,在相同配比条件下,抛光砖粉中活性SiO2参与水化的程度较粉煤灰大,生成的托勃莫来石较多;而粉煤灰中活性SiO2与Ca(OH)2反应的程度较低,生成的托勃莫来石少,大量Ca(OH)2与空气中的CO2反应生成了对强度不利的CaCO3.托勃莫来石的生成对强度有较大贡献,生成量越大,制品强度越高,因而石灰-抛光砖粉蒸压制品强度更高.m石灰∶m抛光砖粉(粉煤灰)=1∶3的蒸压制品水化产物形貌及能谱图如图3、图4所示.由图3可见,石灰-抛光砖粉蒸压制品中片状、针杆状的水化产物较多,且尺寸小于5μm.通过能谱图可知其Ca/Si比为1.58,表明抛光砖粉中活性SiO2可与CaO在水热条件下生成低钙硅比的水化产物.由图4可见,石灰-粉煤灰蒸压制品中片状水化产物少,多为细针尖状,通过能谱图可知其Ca/Si比为4.28,表明粉煤灰中活性SiO2参与水热反应的量较少,故生成的水化产物Ca/Si比较高.通过对两者水化产物的能谱分析表明,在蒸压条件下抛光砖粉的火山灰活性较粉煤灰强,前者参与水化反应的活性Si较多,主要生成低Ca/Si比的水化产物,而后者活性Si较少,多生成高Ca/Si比的水化产物.因而在相同配比条件下,石灰-抛光砖粉蒸压制品强度高于石灰-粉煤灰蒸压制品.2.3抛光砖粉的振动抛光砖粉在蒸压处理前后的红外光谱图谱如图5所示.从图5(a)可知,未经蒸压处理的抛光砖粉中3454,1633cm-1处的吸收峰分别为吸附水的伸缩振动和弯曲振动峰,强吸收区1078cm-1处的吸收峰为键的伸缩振动,792,470cm-1处的吸收峰为键的弯曲振动.由图5(b)可知,蒸压处理后的抛光砖粉中3460,1635cm-1处的吸收峰为吸附水的伸缩振动峰,强吸收区1036cm-1处的吸收峰为键的伸缩振动,793,465cm-1处的吸收峰为键的弯曲振动.对比两者的强吸收区键的伸缩振动频率可知,抛光砖粉键的吸收峰振动频率从蒸压前的1078cm-1降低至蒸压后的1036cm-1;SiO键的晶体结构也从蒸压前的低对称性的分裂峰变为蒸压后的高对称性单峰.根据蒸压硅酸盐材料在1200～850cm-1处的强吸收带键不对称振动频率大小可以判断键强度,从而判断打断硅酸盐矿物中聚合的键所需能量的高低.可见,经蒸压处理后,键伸缩振动频率降低,键吸收峰由较多分裂谱线变为高对称性,表明键聚合度减小,晶体结构发生了改变,由原来的非对称结构变为强对称性结构,反应活性增强.由此说明,抛光砖粉经蒸压处理后晶体结构变得稳定,键的聚合度减小,反应活性增高,蒸压条件下抛光砖粉的活性发挥更大.2.4粉煤灰的生长蒸压处理前后陶瓷抛光砖粉与粉煤灰中活性硅、铝的含量如表3所示.由表3可知,未经蒸压处理的抛光砖粉中的活性硅、铝总量为8.4%,高于粉煤灰的6.6%;尤其是抛光砖粉中活性硅含量较高,约为粉煤灰的2倍,而活性铝含量则仅为粉煤灰的一半.蒸压处理后,抛光砖粉与粉煤灰中的活性硅、铝含量都有所增加,但抛光砖粉中的活性硅、铝总量仍高于粉煤灰,且抛光砖粉中活性硅/活性铝的比值远高于粉煤灰.活性硅、铝总量越高越有利于蒸压制品强度的发展.可见,蒸压处理使抛光砖粉中的活性硅、铝含量增加,且高于粉煤灰,故其蒸压制品强度也高于粉煤灰.3抛光砖粉蒸压过程中活性硅含量的变化(1)将抛光砖粉用于蒸压制品,在相同配比条件下,其强度明显高于粉煤灰蒸压制品.当m石灰∶m抛光砖粉=1∶3时,所得蒸压制品强度最高.(2)与常温条件相比,经蒸压处理后的抛光砖粉活性硅含量增加,键伸缩振动频率减小,键吸收峰由较多分裂谱线的非对称结构变为高对称性结构,反应活性增强,表明蒸压