回收粘土砖在烧成粘土砖中的应用

张向前 于宝童 唐 兵

(云南濮耐昆钢高温材料有限公司)

1 前言

粘土砖是氧化铝含量为30 %-48 %的耐火制品，主要是以硬质黏土熟料作为骨料、软质粘土作为结合剂经1 280 ℃-1 350 ℃高温烧成制得。粘土砖的相组成是莫来石、石英和硅酸盐玻璃相。粘土砖属于酸性耐火材料，具有抵抗酸性熔渣或酸性气体侵蚀、良好的热震稳定性等性能，广泛应用于高炉、热风炉、浇钢系统、玻璃窑、炭素炉等许多热工设备上。

我国粘土原料储藏量丰富，而且产地分布广泛，山东、河南、山西、辽宁、广西、云南等地，我司所用硬质粘土熟料来自云南安宁富民地区。粘土原料作为不可再生资源随着原矿的逐渐开采，原矿储量不断减少，矿石质量逐渐下降，原料中砂石及其它杂质较多，而且原料价格在逐渐提高;在当前国家环保大力整治下，原料供需形势日益严峻，原料供给关系由买方市场向买方市场转变。

随着耐材原料资源的日益紧张，耐材产品利润空间大幅压缩，回收废旧耐火材料在耐材制品的生产中将占据越来越重要的地位。回收粘土砖主要物相组成为为莫来石、方石英和玻璃相，通过对回收粘土砖的表面处理，去除杂质层和变质层，替代硬质粘土熟料具有可行性。

随着耐火材料行业用耐火原料资源的日益紧张，耐材产品利润空间大幅压缩，耐火材料行业对废旧耐火材料的回收应用进行大量的研究。通过对废旧铝硅系耐火材料制品的回收再利用不仅可以缓解粘土质原料资源紧张的压力，节约国家的矿产资源和能源，降低耐火材料的生产成本，同时还可减少工业废弃物的排放，顺应国家工业发展环保政策的要求，对提高企业经济、社会效益以及改善环境有重要意义[1-5]。

2 试验

2.1 回收粘土砖的处理

用后粘土砖因其使用部位不同，表面粘附的杂质不同，表面附着层基本是低熔点玻璃相，当废粘土砖不经过处理而直接作为耐火原料使用时，物料成分的波动导致生产难度的增大，同时烧成制品表现出外观缺陷严重，如熔洞、黑斑、开裂等。

回收粘土砖在进厂前去除表面附着层及变质层，保留其本体部分，通过破碎工艺制成满足使需的物料粒度。

2.2 回收粘土砖的理化分析

表1 废粘土砖理化指标

2.3 试验方案

2.3.1 原料

表2 原料理化指标

2.3.2 试验配方配比

表3 废粘土砖以颗粒形式加入试验配比

表4 废粘土砖砖以细粉形式加入试验配比

表5 废粘土砖砖以混合加入试验配比

试验配方见上表，分别进行废粘土砖以颗粒形式、细粉形式和颗粒细粉共加三组试验方案。依照上述配方混练泥料成型，成型砖型为标砖，尺寸为230 mm×114 mm×65 mm;成型后坯体干燥处理后经实验室高温炉进行1 350 ℃3 h 的高温烧成。对烧后试样分别进行耐压强度等指标的检测。

2.4 结果分析

图2 废粘土砖对显气孔率的影响

图4 废粘土砖对重烧线变化的影响

从上图1-4可以看出，回收粘土砖以颗粒形式加入时，随着废粘土砖加入比例的提升，随着废砖加入量的增加，耐压强度、体积密度和荷重软化温度逐渐降低，显气孔率逐渐升高;当废粘土砖以细粉式加入时，随着废砖粉加入量的增加，耐压强度增加，显气孔率降低，体积密度变化不大，荷重软化温度降低;当废粘土砖以颗粒和细粉混合加入时，随着废砖加入量的增加，耐压强度增大，显气孔率减少，荷重软化温度降低;当配方中废粘土砖替代全部硬质粘土熟料时，试样耐压强度达到最大，重烧线变化最大，试样外观表现出明显的过烧现象。

图1 废粘土砖对耐压强度的影响

回收粘土砖以细粉形式相比于以颗粒形式加入对烧成粘土砖高温指标影响较大，随着物料体系整体回收粘土砖比例的增加，促进粘土砖的烧结。

烧成粘土砖属于陶瓷结合，在高温作用下通过液相烧结产生结合强度。基质中低熔物在900 ℃以上温度产生反应生成液相粘结骨料，促使坯体致密化;同时在1 200 ℃以上至之火温度进行莫来石的反应，从而使坯体达到烧结。

回收粘土砖含有10 %-20 %的玻璃相，部分回收粘土砖玻璃相可能更多，当回收粘土砖作为原料用于粘土砖生产时，低熔点玻璃相相对增加，在烧成过程中促进坯体烧结，致使烧成粘土砖产品高温指标降低。分析此种现象产生的主要原因为废粘土砖相对低熔物含量偏高，在高温烧结过程中，液相量的增加促进烧结反应的正向进行，导致产品高温性能相对较低。

回收粘土砖相比于硬质粘土熟料，其强度相对偏低，气孔率偏高，虽经过表面处理，但有部分低熔物不可避免的带入新的物料系统，物相成分相对复杂;回收粘土砖破碎后颗粒大部分以假颗粒形成存在，强度较低，在成型过程中受外力作用物料间摩擦力相对较低，成型后坯体更致密;随着废砖含量的增加，在高温烧成过程中，因废砖中低熔点物相促进坯体的烧结进程，更有利于坯体的烧结，故而随着废砖用量的增加，耐压强度逐渐增加，因废粘土砖中低熔点杂质含量相对较高，在高温下荷重软化温度随着废砖量的增加逐渐降低。

3 工业试验

综合实验及我司回收粘土砖采购情况，采用回收粘土砖:硬质粘土熟料为3:2，回收粘土砖以骨料和细粉共同加入方式，废粘土砖总使用量为30 %的配方实验，在某炼铁厂50 t铁水罐进行试验，现用铁水罐正常罐龄在350-400 次/罐，实验铁水罐下线罐龄为406 次，同期下线正常铁水罐平均罐龄为410 次，在同等条件下，试用铁水罐罐龄正常，试验砖残砖厚度为50-80 mm，与同期下线铁水罐残砖厚度差别不大。

图5 试验粘土砖使用后(406 次)

图6 现用粘土砖使用后(420 次)

4 结论

(1) 回收粘土砖在去除表面附着物和变质层后，用于替代硬质粘土熟料用的粘土砖的生产具有可行性。

(2) 依据粘土砖的使用部位不同，可通过调整回收粘土砖的加入量达到使用要求。

(3) 将回收粘土砖用于粘土砖的生产，不仅提升了经济效益，而且降低资源紧张的压力，符合国家减污减排的环境效益。