近年來，我國(guó)新型干法水泥設(shè)備逐步向大型化發(fā)展，生產(chǎn)能力及燃料燃燒效率的提高使整個(gè)回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的溫度有了很大的提升。由于溫度的提高，傳統(tǒng)配置的普通耐堿磚已無法滿足低溫區(qū)工作層對(duì)耐火材料的要求。目前，我國(guó)新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱分解帶耐火材料主要配置硅莫磚，雖然能夠滿足生產(chǎn)需求，但是水泥回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱分解帶堿含量高，耐硅莫磚中氧化鋁含量高，對(duì)抗堿性能力不足，易發(fā)生堿裂現(xiàn)象，影響使用壽命，此外，硅莫磚全部全用一級(jí)或者特級(jí)礬土，并加入10%~25%的SiC，生產(chǎn)成本高，其較高的導(dǎo)熱系數(shù)使得水泥窯燃料噸耗升高，造成能源浪費(fèi)。因此，無論是從水泥熟料能耗降低還是耐火材料資源節(jié)約等方向考慮，急需利用資源替代技術(shù)開發(fā)一種應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱分解帶、具有優(yōu)良的耐堿蝕性及耐高溫性的新型鋁硅質(zhì)耐堿磚以替代硅莫磚。
工業(yè)廢舊電瓷長(zhǎng)期以來被作為工業(yè)垃圾處理，隨著陶瓷工業(yè)的發(fā)展，廢電瓷的數(shù)量日益增長(zhǎng)，如何合理開發(fā)利用這些廢棄高壓電瓷，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要進(jìn)行利用工業(yè)廢電瓷及合成低鋁莫來石制備低鋁耐堿莫來石磚的研制試驗(yàn)，旨在研制適用于水泥窯低溫到高溫過渡區(qū)的新型耐堿磚，同時(shí)利用工業(yè)廢棄物以促進(jìn)資源合理利用。
1試驗(yàn)
1.1試樣制備
以低鋁莫來石、高壓電瓷、黏土為主要原料，紙漿廢液為結(jié)合劑(其密度為1.25g.cm3)。先將顆粒料加入濕碾機(jī)干混2min，加入3%的紙漿結(jié)合劑，混煉5min，加入細(xì)粉混煉10min出料，困料6h，經(jīng)315t摩擦壓磚機(jī)成型，干燥后裝入高溫隧道窯中于1400℃燒成。
1.2性能測(cè)試
按照GB/T2997-2000(2004)對(duì)試樣體積密度及顯氣孔率進(jìn)行測(cè)定;按照YB/T370—1995測(cè)定試樣荷重軟化溫度;按照GB/T5072—2008測(cè)定試樣常溫耐壓強(qiáng)度;按照YB/T376.1-1995檢測(cè)試樣的抗熱震性;按照YB/T4130-2005檢測(cè)試樣的導(dǎo)熱系數(shù);按照G/T14983—2008對(duì)燒結(jié)試樣進(jìn)行耐堿性測(cè)試;用QUANTAFEG250型掃描電鏡和S8TIGER型X射線衍射儀分析原料的顯微結(jié)構(gòu)與物相組成。
2試驗(yàn)原料
2.1低鋁莫來石
低鋁莫來石的XRD圖譜和顯微結(jié)構(gòu)如圖I和圖2所示。由圖1可以看出低鋁莫來石原料以莫來石為主品相;由圖2可以看出，莫來石結(jié)構(gòu)發(fā)育良好，互相穿插構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)榈弯X莫來石磚提供框架支撐，使其具有良好的高溫力學(xué)性能表現(xiàn)出良好的抗熱震性。低鋁莫來石中的玻璃相能夠阻礙堿性物質(zhì)與莫來石形成霞石的反應(yīng)，在形成霞石膨脹的情況下，玻璃相能夠緩沖材料的膨脹，避免堿裂的出現(xiàn)，使燒成制品具有良好的耐堿性，莫來石相與玻璃相兩種材料的組合實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成晶相與非晶相相互阻斷的結(jié)構(gòu)形式，能夠降低燒成制品的導(dǎo)熱率。
2.2高壓電瓷
高壓電瓷的XRD圖譜和顯微結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。由圖3可以看出，高壓電瓷的主晶相為剛玉、莫來石和石英。根據(jù)XRD圖譜進(jìn)行半定量分析，相應(yīng)的晶相和玻璃相含量結(jié)果見表3?？梢钥闯?，高壓電瓷中玻璃相的含量占主導(dǎo)，除玻璃相以外，晶相含量從高到低依次為剛玉、莫來石和石英。由圖4可以看出電瓷的玻璃相中分布著大小形貌不同的氣孔，氣孔尺寸約為5~10um。
3結(jié)論與討論
3.1高壓電瓷加入量對(duì)低鋁莫來石磚性能的影響
高壓電瓷加入量對(duì)試樣體積密度、顯氣孔率、常溫耐壓強(qiáng)度、荷重軟化溫度的影響如圖5所示。由圖5可知，隨著高壓廢電瓷加入量的增加，試樣體積密度不斷增大，顯氣孔率逐漸降低，這主要是因?yàn)閺U電瓷加入量的增加能夠促使液相燒結(jié)更加充分，液相量的增加使液相的表面張力增大，液相不斷填充部分氣孔，試樣的致密化程度增加。但當(dāng)廢電瓷加入量大于60%時(shí)，體積密度有下降趨勢(shì)。隨著廢電瓷的加入量增加，試樣荷重軟化溫度逐漸降低。當(dāng)廢電瓷加入量為50%時(shí)，試樣的常溫耐壓強(qiáng)度達(dá)到最高，這主要是因?yàn)閺U電瓷促進(jìn)液相量增加的同時(shí)促進(jìn)了莫來石的生長(zhǎng)和更多莫來石的析出，莫來石相的生長(zhǎng)對(duì)試樣的強(qiáng)度起到支撐作用。但隨著廢電瓷的過量加入，試樣的耐壓強(qiáng)度則下降。
3.2低鋁莫來石磚與硅莫磚物理性能比較
低鋁莫來石磚與硅莫磚的理化性能指標(biāo)對(duì)比見表4。從表4可以看出，與普通硅莫磚相比，低鋁耐堿莫來石磚體積密度低，比相同數(shù)量的硅莫磚重量減輕15%，能大大減輕窯體負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)窯爐輕型化。同時(shí)低鋁耐堿莫來石磚導(dǎo)熱系數(shù)低，能夠減少筒體散熱損失，起到節(jié)能降耗的作用。此外，低鋁耐堿莫來石磚耐堿性優(yōu)良，熱震穩(wěn)定性與荷重軟化溫度滿足水泥窯預(yù)熱分解帶使用要求，因此完全可以替代硅莫磚應(yīng)用于水泥窯預(yù)熱分解帶。
4結(jié)論
(1)以低鋁莫來石和高壓廢電瓷為主要原料制成低鋁莫來石磚，鋁含量小于42%，具有良好的耐堿性、較低的導(dǎo)熱系數(shù)與體積密度、較好的抗熱震性。完全可替代普通硅莫磚應(yīng)用于水泥窯預(yù)熱分解帶，減輕了水泥窯體負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了窯爐的輕型化，具有良好的節(jié)能降耗作用。
(2)隨電廢瓷加入量的增加，低鋁莫來石磚體積密度不斷增大，荷重軟化溫度逐漸降低，因此廢電瓷的合理加入量為≤50%。廢電瓷的使用促進(jìn)了資源的合理利用，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的。
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