利用高温炉渣制备陶瓷砖外文翻译资料

 2022-09-22 10:26:18

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利用高温炉渣制备陶瓷砖

Zahide Bayer Ozturka,n, Elif Eren Gultekinb

摘要

高炉矿渣，作为土耳其钢铁生产的副产品，已逐渐被应用到陶瓷墙地砖的生产中。通过测量其制成的陶瓷砖的线性收缩率，吸水率，干燥强度，发射强度，热膨胀系数和瓷砖的颜色值，对高炉矿渣对陶瓷墙地砖的影响进行了研究。高温炉渣作为一个基本的原料，被yurtbay陶瓷公司作为原材料生产陶瓷墙砖（Eskişehir/土耳其），并应用于具有相同组成材料的工业制备。高炉矿渣在制备的混合物（BFS）的基本原料中，可完全或部分替代石灰石、高岭土。利用扫描电镜和X射线衍射仪对烧结砖的微观结构和物相组成进行了研究。SEM结果表明，钙长石玻璃相中的CaO含量随着高温炉渣含量的增加而增加。据ISO-EN 10545-4测定的其机械性能。用所测得的样品与标准试样进行比较，添加了高温炉渣的样品由于结晶相的量和低的热膨胀值表现出了高强度。实验表明，添加33%高温炉渣的陶瓷墙砖结果大约增加了25%的强度。结果还表明，高炉矿渣是生产的墙地砖的一个潜在二次原料。

关键词：垃圾；高炉矿渣；陶瓷墙地砖；钙长石

1.前言

随着人口的增长和产业化的提升，废弃物污染逐渐演变成为一个重要的社会和环境问题。根据土耳其统计研究所（TURKSTAT）数据库数据表明，其2010年固体废物的处置情况如下：在土耳其，全年约有10亿2314万2000吨的垃圾被收集，而只有42314244和556000吨是经过垃圾填埋、焚烧和堆肥处置的。仍有8亿4683万3000吨的废物未经任何处理。这些废物造成了许多严重的问题，涉及到储存，运输，空气和环境污染等。建筑材料、混凝土和水泥工业废料的利用，对防止环境污染、降低生产成本、节约能源等都具有重要的作用。因此，开发新的方法，用于回收这样的废物是非常有必要的。

近年来，已有铁尾矿、钢渣和高炉矿渣（BFS）等工业固体废物转化为有价值的产品的例子。高温炉渣是钢铁生产的副产品，在钢铁冶炼过程中高温排出，主要由SiO2、CaO、Al2O3、MgO组成，伴有如FeO、TiO2和MnO2等化合物。其中有很大的一部分，在水中被浸透，成为一种具有潜在水力特性的玻璃化的材料。

根据土耳其钢铁生产商协会发布的一份报告（tcud），2014在土耳其经济形势的影响下，成品钢材消费在土耳其受到影响，进而影响国内成品钢的输出量。正如报告所述，土耳其2014年的成品钢产量下降了0.9%，约3609万公吨（公吨）。在这一年中，土耳其的累计产品产量为2572万公吨，同比下降3.1%，其平板产品产量在同比基础上增长5.1%，达到1038万吨。其中，71.3%的成品钢材为长的产品，平板产品占28.7%。在2014全年，土耳其的成品钢材消费量下降了1.9%，同比去年同期，在该国的消费量下降了3.3%，降至1614万吨，而平板产品的消费量下降了0.2%，降至1460万吨。此外，2014年，52.5%的总成品钢材消费是长型的产品，而ACC平板产品占47.5%。

在文献中，由陆等进行的研究表明，许多研究人员已经指出了工业废料对建筑材料、混凝土和水泥性能的影响。在另一项Sarkar等人研究中，混合一定量的高炉矿渣（BFS）、粉煤灰（FA），并结合钾长石和硼砂可用于生产陶瓷密度低，吸水率低，完美的染色性，以及耐酸碱的玻璃。在用钢冶炼电炉钢渣研制微晶玻璃陶瓷砖的可行性中，他们发现，钢渣以30–40%比例与其他常规原料制备时，用于烧结温度在1100–1150 ℃的玻璃–陶瓷生产。其他研究人员如folgueras等人用不同比例的高炉矿渣和粉煤灰混合生产系统的MgO– Al2O3 –CaO –SiO2玻璃–R（Rfrac14;Fe2O3、MnO2，TiO2）。在他们的研究中，通过确定的堆积密度和所产生的结晶阶段，结合玻璃陶瓷的特点，分析其在烧结和结晶过程中的反应机理。 卡亚和图兰在生产不透明和透明的单、双烧釉中加入不同比例的粉的研究中。他们发现可利用BFS于高附加值产品的生产，如玻璃纤维和玻璃纤维，并成功应用于生产。同时，在这些研究中，BFS可混合其他固体废物，如粘土、高岭土、石英、冶金、污水污泥等，达到对固体废物的回收利用的目的。

陶瓷坯体，例如砖，是异质性的材料，广泛的组成主要包括天然原料的混合物。由于这个原因，这样的机构可以利用不同类型的废物，如粉煤灰和高炉矿渣等。这种废料的主要成分是钙-硅酸铝、硅酸盐玻璃。但是，粉煤灰中Al2O3相对丰富，而高温炉渣中CaO较丰富。

在目前的工作中，作者重点研究BSF的物理和化学性质上的运用以及对陶瓷墙地砖热膨胀系数（CTE）的影响。此外，还对这些瓷砖的相结构关系进行了研究。墙面砖的体特征以及不同阶段结构的变化过程可通过X射线衍射（XRD）和二次电子显微镜（SEM）来进行表征。本研究的研究目的是调查国家二级原料回收的现状和利用矿渣废物制备墙地砖，为国家提供的经济和环境效益。

2.试验程序

2.1 准备

该研究的基本材料是从土耳其埃尔德米尔钢铁生产设备所取的BFS废品。化学成分和埃尔德米尔的高炉渣粒径分布如表1 所示。从yurtbay陶瓷公司提供的用于墙地砖坯体配方原材料的化学成分（Eskişehir/土耳其），表2。不同的混合物的成分列于表3。使用实验室球磨机（残留小于2.5–3%，45微米），将标准砖和包含BFS的砖的原料进行湿法球磨制备（100 g水20分钟）。从球磨机中取出在110℃下干燥，粉碎，粒度63微米以下，然后加湿至含水量为6.5％。加湿后的原料在130bar的压力下压制成100times;50times; 5毫米大小的瓷砖。后将瓷砖置于110 ℃下干燥，干燥后于工业辊道窑中煅烧（1136℃下42分钟）。

2.2表征

墙砖在集团BIII的规格是以ISO 13006为标准，包括尺寸，产品的物理和力学性能。根据标准，要求高温稳定性（收缩值小于1%），13%和18%之间的孔隙度（表现为吸水率）和烧片断裂荷载值的200和250 kg/cm2。两个样品用于测定干燥强度和2个样品被用于测定烧成强度。再分别测定工业烧结砖的线性收缩率（%）和吸水率（%）。据iso-en 10545-3标准测定烧结样品的吸水率。样本沸腾前质量（M1），沸腾后4 h和2 h的质量等（M2）。根据式计算水吸收（1）如下。

根据iso-en 10545-4标准测定其断裂强度。通过美能达CR-300比色计一系列手段测定烧成样品的色度坐标。X射线衍射仪用Rigaku RINT 2200衍射仪对瓷砖表面进行测量，测量条件为40 kV和30毫安。利用扫描电子显微镜（Zeiss超50 VP配备能谱仪）对样品进行扫描，从2theta;，50°到70°，以2°/分钟的扫描速度对砖的结构进行观察。此外，使用耐驰模型（402 PC）测量热膨胀系数（alpha;），加热速率为5 ℃/min，加热范围在25–600 ℃。

3.结果与讨论

3.1物理性质

为了表征其物理性质，对样品的线性收缩率（%），吸水率（%），干燥强度（DS）和发射强度（FS）进行了测量。从报告的数据（表4）中可以看出，BFS的混合物（std-d3）与标准试样相比，含有同等含量的LS %，较少量的WA%和较高的DS和FS。特别是，发射强度值均高于标准值。这种特殊性与样品的结晶相的含量有关。此外，把各样品的色坐标显示在同一个表中。根据上表，随着BFS含量的增加L*值降低。L值下降的原因取决于玻璃相的增加以及由于矿渣含量增加所至Fe2O3的量的增加。

商业产品平均热膨胀系数（TEC）测量温度范围在25和600 ℃ 之间。根据热膨胀系数，所有样本在测试温度的区域中的TEC值（600℃）已计算列于表5。从上表可以看出，膨胀率在测量温度范围内随BFS的含量的增加而降低。特别是，D3的TEC低于其他样品。TEC值的测定可以通过使用一个简单的混合规则计算使各阶段的相对比例一致。钙长石基陶瓷由于单一的钙长石相的形成而 具有较低的TEC值。

3.2物相组成

对BFS的烧结砖进行XRD分析如图所示。1和2。可观察到烧结砖的主晶相是石英和长石，而高温炉渣主要是呈玻璃态。钙长石是长石的一种，是含有较多碱性长石的矿物质。它通常用在陶瓷釉料中，作为玻璃相原料、地板材料等。在过去的十年中，长石由于其较低的烧结温度，膨胀性和高机械强度的已用于多晶陶瓷的制备20–[ 21 ]。钙长石结晶能增加材料的强度和化学稳定性和提高其物理性能，如热膨胀系数低，抗热震性高和低的介电常数22–[ 26 ]。通过XRD，在D3中观察钙长石相的相对含量，可以知道，钙长石相，是决定BFS的砖强度的主要晶相。这一结果表明，高温炉渣反应形成钙长石的玻璃相，导致了较高的机械强度。

3.3微观结构变化

通过扫描电镜对有钙长石组成的墙面瓷砖的微观结构进行了研究。用稀释的HF（5%）对抛光的瓷砖横截面进行蚀刻分析。采用二次电子（SE）模式，观察样品微观结构的变化。图3所示的图像（一）–（D）显示的钙长石晶体的金数量和尺寸。同时可以从图3中的标准样品的扫描电镜图像（一）看到，在内部有小型的钙长石晶体（约0.5毫米）生成。钙长石晶体来源于方解石脱碳的热循环过程，故而更高的局部钙浓度有利于自生长石的形成。根据标准的扫描电镜能谱结果分析，钙长石玻璃相区域含有47.87%的SiO2、18.30%的Al2O3 ，30.49%的CaO和3.38%的K2O如图4（a），石英区域含有100%的SiO2如图4（b）。D1和D2的结构与标准砖的显微组织结构相似如图3（B）和（C）。D1和D2的CaO浓度接近于标准的钙浓度，而Al2O3和SiO2的含量则不同。在D1中 含长石的玻璃相区含有29.18%的SiO2，42.55%的Al2O3和28.28%的CaO（图5（a））。另一方面，在D2中这些被检测区域则为24.69%的SiO2，44.37%的Al2O3 和30.94%的CaO（图5（b））。X射线衍射结果也证实了这种情况。对D1和D2，钙长石峰得相对强度接近标准。而D3中含长石的玻璃相区含有26.48%的SiO2、25.15%的Al2O3 ，45.79%的CaO以及2.58%的K2O 图5（c）。D3的墙面砖体组成中加入了最多的BFS，同时具有最多数量的含钙玻璃相。因此，D3的显微组织与其他的Ca含量较少的组织结构是完全不同的，如图3中（D），可以看出，钙长石玻璃相的晶体在生长。文献[ 30 ] 23,27–也表明，烧结过程中玻璃相的结晶可以生成钙长石。高浓度的含钙玻璃相可能导致钙长石颗粒的生长和玻璃相的结晶。

4.结论

这项研究中表明，从土耳其埃尔德米尔钢铁生产设备获取的矿渣废料，可用作墙面砖制备的辅助原料。研究结果表明，高温炉渣的使用增加了钙长石的形成，同时增加强度和降低TEC。实验表明：当陶瓷墙地砖中BFS添加33%时，磁场强度增加了约25%。

研究结果表明，矿渣废料可用于基于钙长石的外墙瓷砖的生产。此外，它表明，高温炉渣的储存和运输，以及对环境的损害，可以大大减少。

废硼回收利用制备陶瓷墙地砖的研究

Haluk Celik*

Usak University, Faculty of Engineering

Department of Mining Engineering

64200-Usak, Turkey

[MS received September 16, 2014; Accepted December 10, 2014]

摘要

在目前的研究中，针对硼砂矿溶解而浪费，土耳其（BW）开发实验用之不同程度的取代大理石作为陶瓷砖体组成部分。在实验室条件下，采用干压成型制备了一系列陶瓷砖配方，按2%、4%、6%和9%的比例取代大理石加入配方。工业条件下，得到的样品为快速单一温度制度的样品（从冷到冷），在1150℃的最高温度下保温38分钟。确定在这些温度下所得到的产品随大理石BW含量变化增加的技术性能，即线性烧成收缩，吸水率、弯曲强度等。由XRD测定的起始BW原料的相含量和成分。用SEM和EDX检查选择的样本的相关抛光表面。根据研究结果，增加硼的配方比标准砖配方的玻璃化过程速度更快，并且产品的物理性质得到提高。最终结果表明了其应用前景，在工厂可以使用高达4%BW为原料的墙面砖体配方，并在这个下烧成制度（1150℃）下生产。据土耳其标准TS EN 14411研究，由粘度分析的含有4%剂量BW 的R2配方体系的流变特性。其烧成温度约在1100℃-1120℃。

关键词：陶瓷，陶瓷墙地砖，回收利用，含硼

前言

作为一个自由元素，硼并不存在于自然界中；相反，它与粘土和其他杂质混合存在于自然界中的矿物中。自然界有超过200的天然含硼矿物，但最重要的用于商业和交易的矿物有硼砂（硼砂），硬硼钙石（Ca2B6O11.5H2O）、钠硼解石（NaCaB5O<su

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