一種利用電瓷殘?jiān)鼜U泥生產(chǎn)鋁球石的方法

馬石雷

摘 要：在電瓷生產(chǎn)過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生殘?jiān)?、廢泥，在環(huán)保要求越來越高的今天，此類殘?jiān)?、廢泥的處理長時(shí)間困擾電瓷企業(yè)。通過配方巧妙設(shè)計(jì)，將殘?jiān)U泥作為一種配料，加入現(xiàn)有電瓷生產(chǎn)配方中進(jìn)行人造鋁球石生產(chǎn)，是一種最為經(jīng)濟(jì)有效的殘?jiān)?、廢泥處理方式，在企業(yè)投入最小、管理最便捷的情況下，通過生產(chǎn)人造鋁球石，將殘?jiān)?、廢泥循環(huán)利用。經(jīng)檢驗(yàn)，人造鋁球石質(zhì)量可以媲美天然海球石，即可以部分替代天然海球石、減少采購量，也減少了企業(yè)固廢排放。

關(guān)鍵詞：電瓷生產(chǎn)殘?jiān)鼜U泥;循環(huán)利用;人造鋁球石

1 引 言

在電瓷生產(chǎn)過程中，有一道重要工序稱為"過篩除鐵"，電瓷泥漿通過振動(dòng)篩和磁選機(jī)處理后進(jìn)入下道工序，通過振動(dòng)篩的目的是去除泥漿中所含的雜質(zhì)、大顆粒物質(zhì)等，過篩后篩面上會(huì)殘留一部分篩余物;此外，生產(chǎn)中其他一些和泥漿加工有關(guān)的工序，都會(huì)難以避免的產(chǎn)生一部分廢泥。

此類殘?jiān)?、廢泥如繼續(xù)細(xì)磨，理論上是可以達(dá)到100%通過篩、全部作為生產(chǎn)原料利用的，但是過度細(xì)磨會(huì)造成球磨時(shí)間過長，不具備生產(chǎn)上的經(jīng)濟(jì)性，另外研磨體本身也有磨耗，其成分會(huì)進(jìn)入泥漿，過度細(xì)磨產(chǎn)生的磨耗過大，反而于產(chǎn)品質(zhì)量有害[1]，因此，行業(yè)內(nèi)通行的處置方法都是作為固體廢棄物、經(jīng)脫水處理后賣給建材類企業(yè)做原料，因?yàn)檫@些殘?jiān)?、廢泥都是天然巖土、黏土類物質(zhì)，理論上沒有任何毒害作用，故可以如此"消化"處理。

隨著近些年來我國國力上升、經(jīng)濟(jì)繁榮，人民生活水平不斷提高，不管是政府還是個(gè)人，對(duì)環(huán)境問題越來越重視，對(duì)各種污染物、廢棄物的處置、管控也越來越嚴(yán)格，之前和我公司合作的一些建材企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)型升級(jí)，導(dǎo)致我公司的殘?jiān)U泥最終無合作企業(yè)收購、處理--賣，沒有相關(guān)企業(yè)要，甚至白送都沒相關(guān)企業(yè)給處理。在此大背景下，如何尋找一個(gè)妥善的殘?jiān)?、廢泥處置辦法迫切至極。

經(jīng)過一段時(shí)間的思索、以及收集各種資訊，我司決定，將此類殘?jiān)?、廢泥改做鋁球石，通過這種物資循環(huán)、再利用的方式，將殘?jiān)?、廢泥變廢為寶，一方面可以替代部分天然海球石（目前我公司球磨機(jī)使用天然海球石，主要是產(chǎn)自大連海邊的鵝卵石，每年花費(fèi)不菲），降低一部分采購成本，另一方面最主要的是殘?jiān)?、廢泥處置有了妥善的方法。

2 殘?jiān)?、廢泥生產(chǎn)人造鋁球石的試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備與思路

首先，球石在磨細(xì)物料的同時(shí)本身也有一定量的磨耗，球石中所含成分會(huì)混入電瓷泥料中，因此，如果將殘?jiān)U泥用作球石，必須先就其進(jìn)行化學(xué)成分分析，以確定其所含成分對(duì)電瓷產(chǎn)品質(zhì)量是否有害，另外也為配方設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

隨機(jī)抽取樣本，經(jīng)X射線熒光光譜儀分析，其化學(xué)成分組成見表1。

從表1數(shù)據(jù)可知，殘?jiān)鼜U泥的主要化學(xué)成分是SiO2和Al2O3，占比分別為46.66%和39.12%，其次是K2O，占比為5.88%，再次是TiO2和Fe2O3，占比分別為1.51%和1.01%，另外還有極其微量的Na2O、CaO、MgO等。

在以上化學(xué)成分中，SiO2和Al2O3本身就是高強(qiáng)度鋁質(zhì)電瓷產(chǎn)品所必需的，K2O是電瓷燒成過程中良好的助熔劑，TiO2是燒結(jié)過程中有助于剛玉晶相形成的礦化劑[1]，以上成分均對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量無害。另外，F(xiàn)e2O3一般來說是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量是有害的，但其在燒結(jié)過程中也會(huì)起到一定程度的助熔作用[2]，且含量只有1.01%，和多數(shù)電瓷原料中Fe2O3含量基本持平，因此判斷對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響應(yīng)該及其微小;其余微量的Na2O、CaO、MgO等可以忽略不計(jì)。

如此，利用殘?jiān)?、廢泥生產(chǎn)鋁球石理論上是可行的。

其次，現(xiàn)有的人造球石行業(yè)是一個(gè)很大、很成熟的產(chǎn)業(yè)，鋁質(zhì)球石是人造球石行業(yè)中很重要的一個(gè)分支，生產(chǎn)鋁制球石的相關(guān)企業(yè)有很多，產(chǎn)品按Al2O3含量高低可分為高鋁球石、中鋁球石等，按外觀形狀可分為球石、球柱等，各種材質(zhì)、規(guī)格的球石、球柱產(chǎn)品品類豐富;而我公司作為電瓷生產(chǎn)制造企業(yè)，本身產(chǎn)品即為高強(qiáng)度的C130鋁質(zhì)瓷，生產(chǎn)所用很多原料均富含Al2O3成分，在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)鋁球石可謂近水樓臺(tái)。

于是，在充分查證相關(guān)資料后，并結(jié)合我公司的現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，提出以下試驗(yàn)思路：

該試驗(yàn)項(xiàng)目以處置殘?jiān)?、廢泥為出發(fā)點(diǎn)，我公司殘?jiān)?、廢泥的產(chǎn)生量并不多，每天折合干基物料僅為約1100kg左右，故鋁球石的產(chǎn)量不高。

產(chǎn)量不高的情況下，如果照搬人造球石行業(yè)通行的、規(guī)?；a(chǎn)的模式，引進(jìn)專業(yè)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，資金投入巨大不說，而且極有可能會(huì)有產(chǎn)能閑置、資源浪費(fèi)的情況發(fā)生，因此必須找到一種小投入、小規(guī)模、靈活可控的生產(chǎn)模式，相關(guān)配方設(shè)計(jì)、過程工藝要結(jié)合我公司現(xiàn)有電瓷生產(chǎn)進(jìn)行，相關(guān)設(shè)備也要可能借用現(xiàn)有電瓷生產(chǎn)設(shè)備。

由于自產(chǎn)自用，所制球石質(zhì)量也不必達(dá)到外賣品的相關(guān)要求，只要具備基本的性能，尺寸、硬度、磨耗等與天然球石接近即可。

2.2 人造鋁球石配方的設(shè)計(jì)與確定

材料的成分、結(jié)構(gòu)決定了材料的性能和用途，電瓷生產(chǎn)中不同型式的產(chǎn)品具有不同的配方，一個(gè)配方就是一個(gè)單獨(dú)的生產(chǎn)系統(tǒng)。

為降低生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，也是為了生產(chǎn)、技術(shù)管理的方便與簡捷，在充分考慮了表1所示的化學(xué)成分后，認(rèn)為可以把殘?jiān)U泥視作一種類似長石、礬土的瘠性類原料，以現(xiàn)有的電瓷配方為基礎(chǔ)，將殘?jiān)U泥作為額外配料添加進(jìn)去，只要在不同的添加比例下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，就能快速的確定配方，這樣就不必針對(duì)鋁球石研發(fā)專用新配方，研發(fā)工作就能大大簡化，將來生產(chǎn)管理也能更為便捷。

我公司現(xiàn)有一種棒形瓷絕緣子配方，以及多種盤形懸式瓷絕緣子配方，經(jīng)過斟酌、比較，決定選用棒形瓷絕緣子的、代號(hào)為"GP-38"的高強(qiáng)度瓷配方作為基礎(chǔ)。

試驗(yàn)過程如下：將殘?jiān)?、廢泥調(diào)和為泥漿，含水率和生產(chǎn)上的GP-38配方泥漿相同，然后將兩種泥漿按不同體積比例進(jìn)行混合，經(jīng)榨泥、真空練泥后，揉搓成團(tuán)，為防止球體相互粘連，在球體表面滾動(dòng)、涂覆一層Al2O3粉，烘干后入窯跟隨電瓷產(chǎn)品一同燒成，比較成瓷后的球石質(zhì)量。

試驗(yàn)中設(shè)計(jì)5個(gè)配方，見表2。

各配方球石燒成后結(jié)果比較見圖1，圖中可見各配方球石質(zhì)量差異比較明顯，1#配方質(zhì)量最好，5#配方質(zhì)量最差，球石出現(xiàn)大量開裂，球石開裂缺陷見圖2，5個(gè)配方的球石合格率統(tǒng)計(jì)見表3。

經(jīng)綜合考慮質(zhì)量水平與經(jīng)濟(jì)效益，最終決定采用2#配方，即GP-38配方泥漿：廢泥殘?jiān)酀{=2：1（體積比）。

2.3 生產(chǎn)工藝流程的確定

資料顯示，高鋁球石的生產(chǎn)工藝流程以等靜壓法為主 [3-4]，其與電瓷（濕法棒形）生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行比較，見圖3。

從圖3的工藝流程比較來看，兩者的主要差異就在于成型工藝不同，其余均是一致的。

本著盡可能簡化工藝流程、利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的原則，又參考了部分資料介紹的手工成型工藝[5-4]，最終確定了鋁球石工藝流程，見圖4。

其中配料、球磨、榨泥陳腐、真空練泥、干燥、燒成工序均可借用現(xiàn)有的電瓷生產(chǎn)設(shè)備，如此可最大限度利用現(xiàn)有設(shè)備，減少投入，同時(shí)簡化鋁球石的工藝流程，便于后期管理。

電瓷原料的配料和球磨不再贅述，其他主要工藝如下：

化漿，集中收集生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的殘?jiān)?、廢泥，在漿池內(nèi)調(diào)和成含水率56±3%的泥漿（和電瓷坯料泥漿含水率相同）。

化漿之后將兩種泥漿按比例混合均勻，經(jīng)過1.2中的配方試驗(yàn)，最終確定混合比例為GP-38配方泥漿：廢泥殘?jiān)酀{=2：1（體積比）。

榨泥陳腐，混合后的泥漿經(jīng)榨泥成為泥餅，泥餅含水率參照電瓷生產(chǎn)現(xiàn)有參數(shù)（18.5±1%），泥餅陳腐時(shí)間為48h。

真空練泥，為配合小批量生產(chǎn)鋁球石，購買了小型的Φ160真空機(jī)用于真空練泥，見圖5。

切坯滾球成型，圓柱形研磨體的細(xì)磨能力高于球體，圓柱形的長度與直徑之比約3-1.5倍最佳[1]，參照我公司采購天然海球石的粒徑標(biāo)準(zhǔn)（大球石直徑標(biāo)準(zhǔn)為60～80mm），在Φ160真空練泥機(jī)上擠出直徑為40mm的泥坯，再切割成段，切割長度70-80mm，泥段呈圓柱體，見圖5;另外借鑒類似"滾元宵"的生產(chǎn)方式，購買了滾動(dòng)包衣機(jī)，將切割好的圓柱形泥段在機(jī)器內(nèi)滾動(dòng)成長球形，為防止泥段粘連，在滾球過程中摻加細(xì)度為120目Al2O3粉，見圖6。

干燥，借用電瓷干燥烘房，隨電瓷產(chǎn)品一同干燥，最高干燥溫度105℃，最終水分≤2.5%。

燒成，借用電瓷抽屜窯，隨電瓷產(chǎn)品一同燒成，最高燒成溫度1270℃。

3 推導(dǎo)&分析，結(jié)果與分析

3.1 配方分析

從表3的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)看，1#至5#配方對(duì)應(yīng)的球石合格率分別約為95.5%、91.7%、68.2%、45.8%、12.5%，當(dāng)殘?jiān)?、廢泥成分占比達(dá)到、超過50%時(shí)，燒成后球石的開裂明顯增多。結(jié)合圖2的開裂缺陷，分析原因應(yīng)是瘠性類原料過多造成的，如果把球石看做一種坯料，當(dāng)配方中瘠性料過多時(shí)，泥料可塑性下降，結(jié)合性能變差，結(jié)構(gòu)比較松散，內(nèi)部開始出現(xiàn)夾層、夾心等，燒后因收縮應(yīng)力的作用就會(huì)開裂。

因此決定棄用3#配方、4#配方、5#配方。

1#配方雖然球石質(zhì)量比較好，但因添加GP-38配方泥漿比例過高，球石"成本"較大，造成"好泥"浪費(fèi)，出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，經(jīng)權(quán)衡后也被棄用。

最終決定選用2#配方進(jìn)行批量試驗(yàn)。

3.2 人造鋁球石質(zhì)量檢驗(yàn)

對(duì)采用2#配方量產(chǎn)的球石進(jìn)行檢驗(yàn)，并和天然海球石進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。

進(jìn)一步測(cè)定其耐磨性能，并和天然海球石進(jìn)行比較：按工藝標(biāo)準(zhǔn)在0.2噸球磨機(jī)中加入球石200kg，不帶料自磨，時(shí)間為12h，測(cè)定磨后質(zhì)量并計(jì)算磨耗，結(jié)果見表3。

從以上檢驗(yàn)結(jié)果來看，人造鋁球石和天然海球石性能相當(dāng)，只是磨耗率較天然海球石稍高。

總體來說，人造鋁球石除磨耗稍高外，其余各項(xiàng)性能和天然海球石基本相當(dāng)，能夠滿足生產(chǎn)要求，此試驗(yàn)項(xiàng)目達(dá)到了當(dāng)初的試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

4生產(chǎn)應(yīng)用

自2019年11月起，人造鋁球石在我公司已經(jīng)正常生產(chǎn)，工藝過程比較穩(wěn)定，球石質(zhì)量一般穩(wěn)定在90%以上，見圖7、圖8。

人造鋁球石投產(chǎn)后，部分替代了外購天然海球石。人造鋁球石與天然海球石比較見圖9。

5 結(jié) 論

本文通過對(duì)電瓷殘?jiān)鼜U泥生產(chǎn)鋁球石的試驗(yàn)和應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

1）利用電瓷生產(chǎn)殘?jiān)U泥等所生產(chǎn)的人造鋁球石性能良好，可媲美天然海球石，可部分替代天然海球石，降低采購成本。

2）在現(xiàn)有電瓷配方基礎(chǔ)上額外添加合適比例的殘?jiān)U泥進(jìn)行生產(chǎn)，技術(shù)上不必開發(fā)新配方，生產(chǎn)上只需購置一臺(tái)小型真空練泥機(jī)和一臺(tái)包衣機(jī)，此工藝方法經(jīng)濟(jì)實(shí)效，投入小、管理便捷、生產(chǎn)方式靈活可控，優(yōu)點(diǎn)顯著。

3）人造鋁球石投產(chǎn)除為公司創(chuàng)造了小部分經(jīng)濟(jì)效益外，最主要是解決了公司的固體廢棄物無妥善處置方法的窘境，將廢棄物資循環(huán)再利用，保護(hù)了自然環(huán)境。

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