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我国建筑陶瓷工业是资源与能源的消耗大户,不仅大量消耗不可再生的天然资源,而且生产过程中产生大量陶瓷废坯、抛光废料等固体废弃物,既挤占土地又污染生态环境;同时,随着人民生活水平的提高,空调、暖气越来越普及,给面临短缺的能源带来愈来愈大的压力,因此节能降耗减排势在必行。本论文利用陶瓷抛光砖废料制备轻质保温隔热多孔陶瓷砖,既可解决陶瓷抛光废料的处理问题,又可节约原料资源,并通过改善多孔陶瓷砖的结构与性能,为建筑节能提供一种用于墙体隔热保温的多孔陶瓷砖,这对于我国陶瓷工业实现节能减排与清洁生产将起到非常积极的作用。
本论文以陶瓷工业抛光砖废料的资源化利用为目的,以抛光砖废料、高温砂、低温砂以及各种粘土为原料,经球磨、干燥、成形、烧成后研制了以闭口气孔为主,具有保温隔热功能的环保型多孔陶瓷。详细研究了原料配方、烧成制度等因素对建筑材料的体积密度、抗压强度、导热系数等的影响。通过正交实验分析,确定采用含38wt%抛光废料的配方,在成型压力20MPa、烧成温度1185℃、保温30min条件下制成多孔陶瓷试样。所制得的多孔陶瓷其体积密度为0.694g/cm3,抗压强度7.7MPa,导热系数0.321W/m·K,耐火度大于1200℃,达到了我国轻质粘土砖的国家标准。
在此基础上,详细研究了抛光砖废料烧制过程中的发泡机理。研究结果表明:抛光砖废料中的碳化硅(1-8wt%左右),在高温及碱性金属(主要来自于磨头粘结剂中的氯化镁等)作用下,其表面的SiO2保护层被破坏,导致空气中的氧气逐步透过保护层与碳化硅发生化学反应生成CO2气体,而生成的气体又不能迅速扩散被残存在烧结体中。此外,抛光砖废料内含有少量的有机高聚物、氯化镁和碱金属氧化物,它们在反应过程中或多或少的产生部分气体,一定程度上也提高了产品的气孔率。
抛光砖废料发泡程度不仅受抛光砖废料的用量影响,还跟配方、烧成温度、以及保温时间有着密切关系。依据对抛光砖废料高温自发泡机理的分析,如果能够控制碳化硅的氧化程度以及排出坯体内部气体,进一步的加大抛光砖的用量,得到理想的多孔保温墙体材料完全是可能的。最终通过优化配方,改进工艺制度,提高了抛光砖废料的使用量(达到90%),获得了理想的多孔保温建筑材料。
最后还根据抛光废料的发泡机理,在配方中引入氧化铝,成功地抑制了烧成中的发泡,为其广泛使用开辟了新的思路,并具体地采用佛山某铝型材厂的污泥替代氧化铝,使得配方中废料占原料的达到近100%。
本论文创新性地应用抛光砖废料烧成时的自身发泡机理,在不外加发泡剂的情况下成功研制了具有保温隔热功能的轻质建筑材料。这对于推动我国建筑节能以及陶瓷工业的节能减排具有重要的理论指导意义。