【正文】 質(zhì)后球磨，使物料充分混合且物料粒度小于 200 目。 （ 3）壓濾脫水 通過機(jī)械壓濾脫水方 式將球磨后的物料中的大部分水分去除，得到含水率適宜的泥餅。 （ 4）練泥 將壓濾脫水后得到的泥餅置于練泥機(jī)中充分混煉。 （ 5）擠壓成型 將充分混煉后的泥餅置于擠壓機(jī)中，擠壓成型得到劈離磚濕生坯。 （ 6）干燥脫水 將是生坯置于恒溫干燥箱中，干燥至恒重，得到干生坯（簡稱生坯）。 （ 7）入爐燒成 將生坯置于電爐中加熱燒制，得到污泥劈離磚。 167。 利用污泥制備劈離磚的基本工藝設(shè)計(jì)原理 混合料 配方設(shè)計(jì) 污泥劈離磚的原料配比直接影響著泥段的脫水性能和擠壓成型性能，以及生坯強(qiáng)度和產(chǎn)品質(zhì)量等，在整個(gè)工藝中具有重要作用。因此原料配比的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足以下幾條原則：① 污泥在劈離磚原料中的摻量盡可能大，以實(shí)現(xiàn)污泥處置和資源與能源節(jié)約的最大化； ② 原料配比要保證壓濾脫水、擠壓成型、燒成性能等各生產(chǎn)工藝中對混合料、生坯以及產(chǎn)品等的性能需求與環(huán)境保護(hù)要求。 實(shí)驗(yàn)從以下兩方面對劈離磚的原料設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究。 （ 1）化學(xué)組成成分方面 中國地質(zhì)大學(xué) 全日制 碩士 專業(yè) 學(xué)位論文 15 劈離磚屬于建筑裝飾用瓷質(zhì)磚范疇，其原料配方的化學(xué)組成應(yīng)當(dāng)符合瓷質(zhì)磚相關(guān)要求。主要成瓷氧化物應(yīng)為 SiO Al2O K2O 以及 Na2O 等，陶瓷坯料的化學(xué)組成系統(tǒng)一般為K2OAl2O3SiO2 系統(tǒng)和 Na2OAl2O3SiO2 系統(tǒng)。陶瓷制品的相組成主要取決于 SiO2Al2O3 和熔劑之間的關(guān)系。傳統(tǒng)劈離磚原料配方的化學(xué)組成如表 21 所示。 表 21 傳統(tǒng)劈離磚原料配方的化學(xué)組成（ wt.%） SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 燒失量 60~65 20~28 1~3 1 1 1~3 2~4 12 在陶瓷生產(chǎn)中，較高含量的 SiO2 和較低含量的 Al2O3 有助于提高坯體燒成時(shí)液相的粘度； K2O 以及 Na2O 是坯料中的主要熔劑成分，并且 K2O 在高溫下形成的液相粘度大，有利于產(chǎn)品形狀的維持。 下面對陶瓷坯料各組分的功能與含量做出一些說明 。 ① SiO2 是混合料中的主要成分，與 Al2O3 一起構(gòu)成陶瓷坯體的骨架。其含量大于 70%時(shí)，其在高溫?zé)Y(jié)時(shí)的較大晶型轉(zhuǎn)變會(huì)使坯體膨脹，進(jìn)而使坯體產(chǎn)生裂紋細(xì)縫等，從而引起制品強(qiáng)度的降低；其含量低于 50%時(shí)，混合料難以粘接，產(chǎn)品致密度差，強(qiáng)度很低。 SiO2含量在 55~70%之間為佳。 ② Al2O3 是混合料中的較為重要的組分。當(dāng)其含量較高時(shí)，在燒結(jié)過程中將形成較多的鋁酸鹽，這會(huì)在較大程度上提高坯體燒成溫度，增加煤耗量并導(dǎo)致產(chǎn)品的顏色變淡和收縮增加；但當(dāng)配料中 Al2O3含量低于 15%時(shí)，整個(gè)燒結(jié)過程坯體的燒成溫度會(huì)降低，燒成溫度范圍將縮小，制品的強(qiáng)度亦將降低。因此 Al2O3 在坯料中宜保持在 15~30%之間。 ③ Fe2O3 在原料中一般充當(dāng)著色劑和?；瘎Ｆ浜看笥?10%時(shí)，制品的耐火度會(huì)降低。然而多數(shù)情況下， Fe2O3 對陶瓷的生產(chǎn)是有危害的，主要表現(xiàn)在對產(chǎn)品白度的影響，即使 極少量的 Fe2O3 也可造成產(chǎn)品白度的顯著降低，所以，一般陶瓷工業(yè)中都必須有除鐵的工藝。此外，在燒結(jié)時(shí) Fe2O3亦可以充當(dāng)一定的熔劑。 ④ CaO 是陶瓷原料的重要組成部分，一般由原料中的 CaCO3 高溫下分解提供。由 CaCO3提供的 CaO 是一種具有很高的反應(yīng)活性的礦化劑，可促使部分石英轉(zhuǎn)化為 α方石英，使坯體膨脹降低坯體收縮率。但較高含量的 CaCO3 在坯體燒成時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的 CO2 對陶瓷產(chǎn)品有一定的危害，故 CaO 的含量一般不宜超過 1%。 ⑤ MgO 在陶瓷中起著結(jié)構(gòu)固定的作用，保持產(chǎn)品形狀。 ⑥ 有機(jī)物及燒失量。陶瓷生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)盡量避免原料中有機(jī)物的存在以及原料成分的較大燒失量。 坯料內(nèi)有機(jī)質(zhì)和其他揮發(fā)物較多，燒失量過大，會(huì)導(dǎo)致生坯收縮較大易變形且有機(jī)質(zhì)高溫時(shí)分解易產(chǎn)生氣泡等， 致使 產(chǎn)品 出現(xiàn) 黑心、鼓泡、開裂、變形 等缺陷 。一般 燒失量宜在 3~12%之間。 ⑦ 雜質(zhì)類元素成分。來自于自然礦物中的陶瓷原料一般都有種類繁多而含量較少的雜質(zhì)，如： P2O Fe2O TiO2以及 MnO 等。其中對陶瓷影響最大的為 Fe2O3雜質(zhì)，主要表現(xiàn)在對陶瓷產(chǎn)品在顏色和白度方面的強(qiáng)烈影響。 （ 2）各礦物組成成分方面 坯料的礦物組成對實(shí)驗(yàn)過程中泥料的煉制和坯體成型干燥等的工藝工序以及產(chǎn)品的系 中國地質(zhì)大學(xué) 全日制 碩士 專業(yè) 學(xué)位論文 16 那個(gè)性能都有著較大的影響。傳統(tǒng)劈離磚原料的礦物組成如表 22 所示。 表 22 傳統(tǒng)劈離磚原料的礦物組成（ wt.%） 石英 長石 高嶺土 * 5~15 30~50 40~65 *注： 在傳統(tǒng)劈離磚生產(chǎn)中一般由多種粘土替代。 劈離磚屬于擠壓陶瓷磚，在生產(chǎn)制備過程中必須保證坯料和坯體的較強(qiáng)的可塑性，因此對原料中各礦物組分的要求較高。 下面對傳統(tǒng)劈離磚原料中的各礦物組分 的功能 進(jìn)行說明： ① 高嶺土是原料中的重要組成部分。配料中的高嶺土或兼其他粘土礦物具有很強(qiáng)的泥料結(jié)合性和可塑性，有利于增加泥料的粘性和坯體的成型性。然而配料中高嶺土等過多會(huì)造成家加工過程中泥料的粘連；過少則會(huì)造成泥料的塑性降低，坯體難以成型。 ② 在陶瓷生產(chǎn)中，長石礦物成分是坯體高溫?zé)蓵r(shí)的主要熔劑來源。長石 類礦物的加入能夠保證高溫?zé)Y(jié)時(shí)坯體中玻璃相的產(chǎn)生，降低燒結(jié)溫度；同時(shí)溶解并促進(jìn) SiO2 以及Al2O3 之間的高溫作用， 從而增強(qiáng)坯體機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，促進(jìn)燒結(jié)。長石熔化后形成的熔液具有較強(qiáng)的熱塑作用及膠結(jié)作用，能夠充填在各晶粒之間，減少坯體空隙，穩(wěn)定陶瓷制品形狀，從而增大坯體致密度；冷卻后的熔體將構(gòu)成陶瓷的玻璃基質(zhì)，可在一定程度上增加坯體的透明度，并且有助于提高坯體的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能。此外，長石亦屬于瘠性原料，適宜的長石摻量可縮短生坯干燥時(shí)間，減少坯體干燥收縮和變形，并且調(diào)節(jié)泥料塑性。 ③ 石英等硅酸鹽礦物屬于陶瓷配方中的瘠性原料。在坯體成型時(shí)，適宜的石英含量可以調(diào)節(jié)泥料的可塑性，有助于生坯的干燥；但過多的石英含量則會(huì)導(dǎo)致混合料的塑性較低，生坯難以成型。高溫?zé)Y(jié)時(shí)，未熔融石英可構(gòu)成坯體骨架，保持坯體形狀；熔融石英具有較高的粘度并可與 Al2O3等反應(yīng)生成一定的陶瓷結(jié)構(gòu)，防止坯體燒成時(shí)的變形和開裂。此外，石英的加入可以改善瓷器的白度和透光度，增強(qiáng)坯體的機(jī)械強(qiáng)度、硬度、耐磨性以及耐化學(xué)腐蝕性。 ④ 其他礦物。配料中的方解石（ CaCO3）等在坯體成型時(shí)屬于瘠性原料，可調(diào)節(jié)坯體塑性，而在高溫時(shí)會(huì)分解生成具有高活性的礦化劑 CaO，可與粘土、石英等在較低溫度下反應(yīng)，縮短燒成時(shí)間，增加產(chǎn)品透明度。 混合泥料脫水 本論文采用濕法工藝制備污泥劈離磚，球磨后的物料含有大量水分，單純地采用簡單過濾和物理干燥都不能夠經(jīng)濟(jì)有效地除去這些水分。實(shí)驗(yàn)采用機(jī)械壓濾脫水的方法，利用廂式壓濾機(jī)來解決泥料高含水率的問題。 在壓濾工藝中，泥料由螺桿泵（ ）泵入由濾布包裹著的料腔中，加壓進(jìn)行壓濾。在壓濾過程中，微小的固體顆粒在持續(xù)壓力下聚凝成體積較大的絮狀團(tuán)塊，同時(shí)大量壓濾廢水通過濾布后被分離，經(jīng)收集后排出。 中國地質(zhì)大學(xué) 全日制 碩士 專業(yè) 學(xué)位論文 17 混合泥料的練泥和陳腐 練泥一方面可使泥料各部分均一，性能較大程度上相似且穩(wěn)定，增強(qiáng)泥料的觸變性，以利于成型；另一方面則可利用真空室將物料中的大部分氣孔排出，使坯體致密，增強(qiáng)其各種加工性能。陳腐是提高泥料可塑性的方法之一，泥料陳腐時(shí)應(yīng)當(dāng)保持一定的溫度和濕度，以利于泥料中的氧化和水解反應(yīng)的進(jìn)行，泥料通過陳腐不僅可使其中水分分散均勻一致，同時(shí)還可 充分保證黏土顆粒的水化和離子交換作用，從微觀上保證物料各部分物化性能一致與穩(wěn)定；同時(shí)可保證一些硅酸鹽礦物在充分水解并轉(zhuǎn)變?yōu)檎惩廖镔|(zhì)，從而提高泥料的可塑性；同時(shí)泥料中的細(xì)菌等可促進(jìn)有機(jī)物腐爛，產(chǎn)生有機(jī)酸等可進(jìn)一步提高泥料的可塑性。陳腐泥庫需要保持一定的溫度和濕度，以利于泥料進(jìn)行氧化和水解等反應(yīng)。 劈離磚 坯體 的燒成 污泥劈離磚的燒成大致可分為三個(gè)階段：低溫干燥階段、中溫分解階段和高溫?zé)呻A段。 （ 1）低溫干燥階段 該階段的溫度范圍大致為 25℃ （常溫） ~300℃ 。由于劈離磚生產(chǎn)大多采用高溫快燒工藝，在 該階段坯體內(nèi)的有機(jī)物分解量較少，主要表現(xiàn)為坯體中的一些間隙水和毛細(xì)水的燒失。 （ 2）中溫分解階段 該階段的溫度范圍約為 300~850℃ 。在該階段，由于溫度較高，坯體中的有機(jī)物開始分解，產(chǎn)生較多的氣體和熱量。同時(shí)坯體中的礦物結(jié)合水也將被燒失。 （ 3）高溫?zé)呻A段 該階段的溫度分為一般為 850~1260℃ 。在該階段，坯體中的各固相開始相互反應(yīng)，并隨著一些液相的產(chǎn)生，反應(yīng)速率大大增加。此時(shí)，坯體將發(fā)生較為劇烈的體積收縮。坯體在不同的最高溫度燒成以及其燒成保溫時(shí)間將會(huì)極大地影響坯體在高溫條件下的固相反應(yīng)以及其程度，進(jìn)而會(huì)在在較大程度上影響劈離磚樣品的物理化學(xué)性能。此外，值得一提的是，若此時(shí)坯體中讓含有較多的炭，則會(huì)發(fā)生如式（ 21） ~（ 23）所示的反應(yīng)，并最終造成坯體出現(xiàn)黑心、鼓泡、開裂、變形等質(zhì)量缺陷。 C + O = CO↑ (21) Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2↑ (22) Fe2O3 + C = 2FeO + CO↑ (23) 由以上可知，劈離磚的燒成溫度制度的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)?shù)玫阶銐虻闹匾暎?① 在中溫分解階段，一方面需要將坯體中總的有機(jī)物充分氧化以獲取較多的熱量盡量減少磚坯燒成能耗，另一方面要保證坯體中較低的殘?zhí)亢?，以確保坯體高溫?zé)Y(jié)時(shí)的質(zhì)量； ② 在高溫?zé)呻A段要保證坯體能夠在最為適宜的溫度并經(jīng)適宜的燒成時(shí)間燒成，從而保證樣品具有較高的物化性能。顯然，合理設(shè)計(jì)污泥劈離磚的燒成溫度制度對本實(shí)驗(yàn)所獲得的樣品性能有著至關(guān)重 中國地質(zhì)大學(xué) 全日制 碩士 專業(yè) 學(xué)位論文 18 要的作用。 167。2. 3 工藝技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢及研究意義 論文 首次提出 直接 以壓濾污泥作為 主要原料制備 劈離磚， 研發(fā)了壓濾污泥制備 劈離磚的 生產(chǎn) 工藝技術(shù) ，具有獨(dú)特的工藝技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)優(yōu)勢和重要研究意義。 技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢分析 論文擬直接用污泥處理廠經(jīng)過壓濾處理后的污泥（壓濾污泥）作為主要原料，制備建筑裝飾用劈離磚。該研究方案的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu) 勢如下。 ① 污泥不需干化處理。含水率高是污泥的一個(gè)重要特征，壓濾污泥含水率仍在 80%以上。由于污泥的干燥需要大量的熱量，故含水率高也就成了污泥資源化技術(shù)（如焚燒、熱解）應(yīng)用的主要障礙。本項(xiàng)目中，污泥劈離磚生產(chǎn)流程的第一步即是濕法球磨制備料漿，生產(chǎn)本身就需要適量的水分，才能濕法球磨，因此，壓濾污泥所含的水分可直接作為球磨制漿工序所需的水分，即，當(dāng)污泥用于劈離磚制備時(shí)，不需要對污泥進(jìn)行干化處理，大幅度降低了污泥預(yù)處理成本； ② 污泥中的有機(jī)物在磚坯燒成過程中被氧化，釋放熱能，直接加以利用，并可消除其環(huán)境危害。 污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)，且大部分是有毒有害物質(zhì)，具有毒性、易腐性，是引起污泥二次環(huán)境污染的主要成分。但另一方面，大量有機(jī)物的存在也使得污泥本身具有較高的熱值，完全干化污泥的熱值可達(dá) 20210kJ/kg 以上，與褐煤熱值相近。在污泥劈離磚制備中，污泥所含的有機(jī)質(zhì)可作為內(nèi)燃料，在 800~1000℃發(fā)生氧化燃燒，釋放出熱能，為磚坯燒成所用；同時(shí)有機(jī)物在氧化燃燒過程中結(jié)構(gòu)被破壞，毒性消除，不再危害環(huán)境； ③ 重金屬固化穩(wěn)定。污泥中含有 Cd、 Cr、 Cu、 Hg、 Ni、 Pb、 Zn、 As 等重金屬，可通過食物鏈進(jìn)入人體，危及人類健康。本項(xiàng)目擬將污泥制備成的劈離磚本質(zhì)上屬于建筑陶瓷產(chǎn)品中的一類，而陶瓷材料通常被認(rèn)為是一種較好的重金屬固化介質(zhì)。因此，將污泥制備成劈離磚后，重金屬可被有效固化在劈離磚坯體中，不會(huì)再產(chǎn)生二次環(huán)境污染； ④ 產(chǎn)品顏色為自然顯色，不需摻加色料。從市場需求角度，劈離磚產(chǎn)品能被廣泛認(rèn)可和接受的顏色有紫砂、紅色、暗紅、黃色、灰色、黑色等。在常規(guī)劈離磚生產(chǎn)中，這些顏色主要由原料中的鐵元素進(jìn)行著色，只有部分特殊顏色才需要摻加色料。在本項(xiàng)目中，污泥含鐵量較高，通常為 3%~6%的 Fe2O3。當(dāng)污泥作為原料摻到劈離磚配方中時(shí)，鐵也被引入。鐵在磚坯中的呈色與磚坯的燒成氣氛直接相關(guān)。鐵的三價(jià)化合物為紅色或棕黃色、二價(jià)及零價(jià)化合物多呈黑色。因此，通過控制磚坯燒成時(shí)的氧化 還原氣氛，就可控制鐵的存在價(jià)態(tài)，使劈離磚顯現(xiàn)出所需要的顏色； ⑤ 產(chǎn)品定位合理，品質(zhì)易于達(dá)標(biāo)并滿足市場需求。建筑陶瓷產(chǎn)品主要有三類，即釉面磚、瓷質(zhì)磚（拋光磚）、無釉磚。由于污泥中含有大量的有機(jī)物，在燒制過程中會(huì)釋放出氣體，若生產(chǎn)釉面磚，易出現(xiàn)釉面鼓泡缺陷；若生產(chǎn)瓷質(zhì)磚（拋光磚），拋光面易出現(xiàn)大量的微氣孔。無釉磚產(chǎn)品形式主要為劈離 磚，通常不需要施釉、拋光，對氣孔缺陷要求較低，故利用污泥制備劈離磚，不存在氣泡、氣孔缺陷之憂，產(chǎn)品質(zhì)量易達(dá)標(biāo)； ⑥ 產(chǎn)品市場需求量大、污泥消納量大。我國劈離磚的產(chǎn)銷量約為建筑陶瓷總產(chǎn)量的1%，即 6000 萬 m2，市場需求旺盛，緩沖能力強(qiáng)，可有效接納污泥劈離磚的市場投放。此外，污泥在劈離磚中的摻量高，消納量大，若建一座年產(chǎn) 200 萬 m2 的中型劈離磚生產(chǎn)廠， 中國地質(zhì)大學(xué) 全日制 碩士 專業(yè)