对轻质砖在烧成过程中鼓泡问题的探讨

摘 要：本文主要探讨利用抛光废渣工业化生产轻质砖时，产品容易产生鼓泡缺陷的问题。讨论了鼓泡产生的原因，并通过试验确定了影响鼓泡的主要因素。结果表明：水分含量、砖坯厚度、细粉含量是影响轻质砖鼓泡的主要因素。

关键词：轻质陶瓷砖；抛光废渣；鼓泡

1 引言

陶瓷抛光废渣每年的排放量超过700万吨，通常只能采用简单的填埋方法来解决，难以资源化利用。大量堆积的陶瓷废料挤占土地，污染水源、空气和土壤环境[1-3]。如果不对这些废料进行资源化回收再利用，不断产生的陶瓷废料将严重破坏我们的生态环境。如何变废为宝，将废料资源化利用，己成为陶瓷生产厂家和环保部门共同关注的问题[4-7]。

陶瓷抛光废渣中的碳化硅在碱性熔体的侵蚀下，在氧气气氛中很容易氧化（< 700℃）产生气体，并在局部聚集，形成气孔。因此，将抛光废渣回收，用于生产瓷质砖，在生产上实现难度较大。但是，利用抛光废渣发泡的特点，制备轻质陶瓷砖，是很有前景的一个研究方向。不少企业在这方面做了大量的工作，取得了不错的成果。

生产轻质陶瓷砖可以大量消耗陶瓷抛光废渣，但是在生产过程中也存在不少问题，限制了这类产品的发展。主要的问题包括产品容易变形、鼓泡、表面不防污、易碎、难以进行清晰的表面图案设计等。本文主要探讨轻质砖在生产过程中产生鼓泡的原因以及影响因素。

2 样品的制备

2.1 配方

原料配方为：球土20%，抛光废渣30%，长石15%，铝钾砂15%，钾砂20%。 减水剂：三聚磷酸钠0.5%。

2.2 制备工艺

将原料倒入50公斤级的小型球磨机，加水40%，球磨12 h后放浆。将干燥的泥料过20 目筛造粒。采用大型试验压机成型，成型压力为23 MPa，砖坯尺寸为430 mm×430 mm。手动加压，先采用缓慢的间歇式点动加压。经历5次点动加压后，再直接加压到最高压力，保压10 s。具体的制备流程如图1所示。

2.3 烧成工艺

对生坯进行干燥处理后，将其置于耐火垫板上，在生产辊道窑中烧成。烧成周期为50-60 min，烧成温度为1200-1220℃。

3 试验结果

图2为不同含水率的粉体，在相同条件下烧制出的样品照片。从图中可以看出，含水率高的粉体烧制出的样品有很多大泡，如图2（a）所示。这些大泡多集中在轻质砖的周边部位，这种现象可能是由砖坯的密度不均匀引起的。干压成型时，压力的递减效应会导致砖坯底部四周的压力较小，从而导致砖坯底部四周的密度较小，而烧成时，气体容易扩散到低密度区域而聚集。对于含水率低的粉体，烧制出的样品表面非常平整，没有看到明显的起泡现象，如图2（b）所示。这个结果说明，粉体的含水量对是否产生大泡具有重要的影响。

图3为不同厚度的坯体，含水率均为5.5%，在相同条件下烧制出的样品照片。从图中可以看出，当坯体厚度为12 mm时，烧出的样品出现明显的鼓泡现象，如图3（a）所示。大泡同样出现在轻质砖的周边部位，只是大泡的数量与前面的情况相比明显要少很多。而将坯体的厚度减到7.5 mm时，烧制的样品表面平整，没有看到明显的起泡现象，如图3（b）所示。由此可见，坯体的厚度也是轻质砖是否鼓泡的一个重要影响因素。

4 讨论

4.1 鼓泡产生的原因分析

鼓泡产生的原因，自然是仁者见仁智者见智。有人认为是配方中泥的添加量太多，有机物烧失时产生的大量气体导致产生鼓泡；也有人认为是高温时产生的气体太多，而砖体尺寸太大，导致气体排不出去而鼓泡。

前一个原因很容易排除，因为有机物在1000℃以前基本上就烧完了，而陶瓷砖产生低粘度的液相在1150℃以后。因此，即使有少量的有机物残留，也不可能引起大的鼓泡现象。另外，碳化硅氧化本来就会产生大量的气体，所以有机物的影响基本上可以忽略不计。

后一个原因看起来有些道理，因为烧小尺寸的砖时，很少出现鼓泡的问题。而烧大尺寸的砖时，常常可以鼓十几个大泡。其实，如果细究，这个原因也是没有说服力的，因为产生气体的碳化硅在砖体中基本上是独立、均匀分布的，每颗碳化硅产生的气体也是极其有限的。因此，在正常情况下，只会在每颗碳化硅附近形成独立的小孔，不可能出现气体大量聚集而产生大气泡的情况。

那么，产生鼓泡的最主要原因究竟是什么呢？产生鼓泡要满足两个条件：第一，出现大泡需要有大量的气体产生，这个条件是很容易满足的；第二，要有气体出现局部聚集的因素，使气体在局部大量聚集形成大泡。对于第二个条件，容易想到的是，有可能发泡剂在局部聚集，从而导致气体在局部聚集。虽然这个可能性是很小的，因为原料经过了12个小时的球磨均化，但是还是有必要用证据来排除这种可能性。如果是由于发泡剂在局部聚集而引起的鼓泡，那么泡的内表面应该跟小孔一样，是光滑的，如图4（b）所示。而实际的情况并非如此，如图4（a）所示。从图中可以看出，大泡的内表面很粗糙。因此，基本上可以排除是发泡剂在局部聚集引起的鼓泡。

根据大泡内表面的形貌，笔者认为，鼓泡很有可能与砖坯成型时出现的分层现象有关。在升温过程中，砖坯会产生收缩，从而在分层的地方会出现空腔。对于普通的瓷砖，在液相烧结的过程中，液相会将空腔填满，所以很少出现鼓泡现象。但是如果存在较多的硫酸盐、氧化铁等杂质时，也有可能引起鼓泡。对于轻质砖，碳化硅氧化会产生大量的气体，并扩散到空腔位置聚集。在经历高温时，气体体积急剧膨胀，从而形成大泡。

4.2 影响砖坯分层的因素分析

通常来说，分层主要是由于砖坯在压制过程中排气不畅引起的。因此，所有影响坯体排气的因素都会促进轻质砖在烧成过程中鼓泡。图2所示的结果表明，粉料水分对鼓泡有重要影响。水分含量高的粉料在压制成型过程中，很容易在砖坯表面形成致密层，阻止气体排除。如果在加压早期，砖坯表面就形成了致密层，那么大量的气体就会被封闭在砖坯里面。随着压力的升高，气体被压缩，并在压力小的地方聚集，也就是砖坯的周边部位，形成空气层。当压力卸除后，气体膨胀，形成分层。这也是为什么鼓泡容易出现在砖四周的原因。