阿克苏石英砂改性及在制砖工业中的应用

更新时间: 2025-02-22

阿克苏石英砂改性及在制砖工业中的应用

摘要：针对石英砂塑性差对其进行改性处理，并研究改性后塑性增强的机理，探索出一套适合利用石英砂采用可塑成型生产高性能烧结砖的工艺条件：球磨时间24h、含水量约29%、pH=9和增塑剂添加量为5%，结果表明制出的烧结砖的抗压强度达到18.9721MPa，超过了GB5101-93中规定的MU15（15.0MPa）。

烧结黏土砖由于消耗了大量的土资源，于是国内外纷纷出现各种非黏土烧结砖或黏土烧结空心砖，以利节土。本文研究了石英砂的改性方法及机理，探索出一套较佳的工艺条件，并用改性石英砂制备出高性能烧结砖。利用石英砂制备高性能烧结砖，相比它用于建筑用沙和烧结黏土砖而言，既提高了其性价比，又节约了土资源。

1 实验部分

1.1 原矿分析

石英砂原矿粒度分析结果，见表1。化学成分分析结果（%）：SiO2，84.21；Al2O3，6.69；Fe2O3，1.23；Ca、Mg等，2.28；K、Na等，1.04；烧失量，2.73；合计，98.18。物理性能：自然含水率（%），13.24；成型含水率（%），29.45；干燥灵敏系数，0.527；烧失量（%），2.73；耐火度（℃)，1320。

表1 石英砂粒度分析

粒径范围mm≥3.423.42-2.152.15-1.651.65-1.101.10-0.550.55-0.10≤0.10

含量/%2.153.755.629.7215.3819.1842.07

累积含量/%2.155.9012.5222.2437.6256.8098.87

1.2 石英砂改性

1.2.1 球磨：石英砂原矿颗粒粗大，且大小均匀度落差大，不利于制备高性能的烧结砖，因此，该石英砂需要球磨改性。将石英砂放入磨罐中，加入适量水，球磨24h，取出烘干备用。用欧美克粒度分析仪（LS-POPⅢ）对球磨后的石英砂进行粒度分析（图1），分析结果为d50=5μm、d85=10μm。

图1

1.2.2 增塑：经过球磨的石英砂虽具有一点塑性，但与制备高性能烧结砖的成型工艺中可塑成型所需的塑性相差甚远，需对其进行改性，以达要求。

称取一定质量的球磨石英砂，分别用pH=1~12的水溶液调和，测试其塑性（Ip/%），结果见图2左。同样，称取一定质量的球磨石英砂，分别加入1%~5%的增塑剂（腐殖酸），用pH值为9的水溶液（图2左显示此时塑性达较佳）调和，测其塑性，结果见图2右。

图2

2 石英砂利用

2.1 承重砖制备

实验制备工艺完全模仿工业生产进行研究，工艺流程为：球磨→混料→可塑成型→干燥→烧成→测试。承重砖配方为：内蒙古伊盟石英砂83%，广西龙胜黏土10%，碳酸钙5%，滑石2%。称取一定质量上述混合料，加入适量水，采用可塑成型（手压成型）将泥坯制成砖坯，放入60℃干燥箱里烘干，将干燥的砖坯放入硅钼炉中，在不同温度下分别烧结2h，根据性能得到较佳的烧结温度。

2.2 样品测试

采用浸泡法，测试烧结砖的开口吸水率；根据阿基米德原理，采用排水法用德国Sar-torius密度测定仪测试砖的体积密度；用YAW-300B型抗压强度试验机，测试烧结砖的抗压强度。烧结砖的性能测试结果，见表2。

3 讨论与分析

3.1 石英砂塑性改性分析

从图1可看出：经24h球磨的石英砂粒度明显变小，平均粒径为5μm，大部分集中在2~10μm；从累积曲线可看出，80%的颗粒小于8μm。研究塑性与粒径的关系发现，砖坯的可塑度随粒径的变小，先变高随后有所下降。这是由于颗粒尺寸愈小，其比表面愈大，接触点也愈多，受到外力变形后，形成新的接触点的机会也愈多；颗粒尺寸愈小，其毛细管半径就愈小，当加入水后，毛细管力就愈大，从而使可塑度愈高。但也并不是说颗粒越细其可塑度就越高，因为随细颗粒含量变大，气孔率越来越大，泥料塑性越来越低。颗粒变细后，比表面积加大，颗粒间彼此连接的机会加大，含水量相同时，泥料中连续水膜局部中断的几率加大，导致砖坯的可塑度反而降低。泥料中存在一个可塑度随颗粒组成变化相对稳定的颗粒组成区域，称之为“可塑度相对稳定区域”。为取得较佳的性价比，球磨时间以24h为较佳。

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