干法制粉与喷雾干燥制粉的粉料性能对比研究
曾德朝 黄习旋
摘 要：本文研究了东鹏陶瓷工厂的干法制粉和喷雾干燥制粉（以下简称湿法制粉）的粉料性能对比，包括粒度分布、颗粒级配和所压制砖坯在烧成过程中的收缩和变形。研究表明，干法制粉的粉料的平均粒径为25.31 μm，湿法制粉的粉料的平均粒径为24.39 μm，干法制粉的粉料250目筛余和350目筛余都明显大于湿法制粉的粉料筛余；干法制粉的粉料中小于100目细颗粒较多，占比达到52.09%，而湿法制粉的粉料在20 ～ 60目之间的颗粒占比最大，达到69.16%；干法制粉的粉料所压制砖坯的烧成收缩和变形都明显小于湿法制粉的砖坯，这是由于干法制粉的粉料都是实心颗粒，在烧成过程中，干法粉料堆积密实，收缩的空间较小。
关健词：干法制粉的粉料；湿法制粉的粉料；粒度分布；烧成收缩；烧成变形
1 前言
我国近几年陶瓷砖产量逐年递增，但能耗和污染一直是制约陶瓷企业发展的两个重要因素。现有的陶瓷企业基本上都是采用喷雾干燥制粉湿法工艺，能耗、污染较大，由于环保问题其发展逐渐受到限制。为实现节能减排，东鹏在国内首次实施了干法制粉工程并成功应用于生产，出砖率达到96%以上，相比于传统湿法制粉工艺，其原料车间的成本降低40 ～ 70%，废气排放减少50 ～ 60%，节水80%，节电30%，节省燃料50%[1]。干法制粉工艺是将各种原料粗碎到一定粒度后配料，细磨，增湿造粒到一定水分的陶瓷粉料，再筛分、陈腐、干压成型[2]，在原料加工阶段节省了大量的能源，并减少了污染。虽然干法制粉具有诸多好处，但一些工艺问题如干法除铁工艺、粉料的水分均匀性等没有得到很好的解决[3-4]，现在还没在陶瓷行业得到普及，相信在干法制粉工艺逐步成熟、所制粉料改善以后，会有越来越多的陶瓷企业使用干法制粉技术。
目前，对干法制粉的粉料性能研究较少，本文采用东鹏陶瓷工厂的干法制粉和湿法制粉的粉料，对粒度分布、颗粒级配、烧成收缩等方面进行对比，进一步完善干法制粉的理论。
2 实验材料与方法
2.1 实验材料
本实验采用佛山东鹏某陶瓷厂干法制粉和湿法制粉得到的普通白料为主要原料，并添加适量的水和分散剂。
2.2 样品的制备
（1）用天津市科器高新技术公司的769YP-24B 粉末压片机，将25 g的干法制粉和湿法制粉的粉料压成直径为50.5 mm的圆饼，然后在辊道窑1190℃条件下烧成。
（2）采用咸阳陶瓷研究设计院机械厂的SY35B 型实验室用压样机，将同样质量的干法制粉和湿法制粉的粉料压成120 mm × 80 mm的砖坯，然后在辊道窑1190℃条件下烧成。
2.3 样品的表征
采用丹东百特仪器有限公司的BT-9300S激光粒度分析仪测量干法制粉和湿法制粉的粉料粒度分布情况。
3 结果与分析
3.1 干法制粉和湿法制粉的粉料粒度
为了了解干法制粉和湿法制粉的原始粉料粒度（原料破碎之后，造粒之前得到的粉料），分别将相同质量干法制粉和湿法制粉的粉料用水分散，再用激光粒度分析仪测试其粒度分布，如图1所示。
由图1可知，干法制粉的粉料中粒度为10 μm以下的颗粒所占比例比湿法的稍大。干法制粉的粉料在20 ～ 100 μm范围内的波峰较高，粒径在55.36 ～ 61.61 μm范围内的颗粒占比最大，说明干法制粉的粉料这个区域颗粒粒度分布比较集中，而湿法制粉的粉料在10 ～ 100 μm范围内的颗粒所占比例较高，粒度分布则较为均匀。干法制粉的粉料的D50为25.31 μm，而湿法制粉的粉料的D50为24.39 μm，说明了湿法制粉的粉料平均粒径稍小于干法制粉的粉料平均粒径。
为了进一步对比干法制粉和湿法制粉的粉料粒度分布情况，分别将200 g干法制粉和湿法制粉的粉料加一定量的水化成浆，过250目和325目筛，然后进行干燥，测量剩余粉料的质量，得到浆料的筛余数据，如表1所示。
由表1可知，干法制粉的粉料250目筛余和325目筛余都明显大于湿法制粉的粉料筛余，说明了干法制粉的粉料中250目和350目以上粗颗粒所占比例较大。
3.2 干法制粉和湿法制粉的粉料级配
以上总结了干法制粉和湿法制粉的粉料粒度对比，而为了了解粉料造粒之后的颗粒级配，再进一步对比干法制粉和湿法制粉的粉料的级配情况，如表2所示。
由表2可知，小于100目的干法制粉的粉料颗粒所占比例最大，占比超过了50%，而其他目数范围的粉料所占比例都在10%左右；湿法制粉的粉料粒度集中在20 ～ 40目和40 ～ 60目，所占比例都超过了30%，60 ～ 80目和小于100目的粉料所占比例也超过了10%，相对干法制粉的粉料来说，其粉料粒度分布更为均匀。
3.3干法制粉和湿法制粉的砖坯烧成收缩
为了对比干法制粉和湿法制粉的粉料压成的砖坯（简称干法砖坯和湿法砖坯）在烧成中的收缩情况，将不同比例的干法制粉的粉料和湿法制粉的粉料进行混合，压成同样直径的圆饼，在辊道窑1190℃条件下烧成，然后测量烧成后烧成前圆饼的尺寸变化，得出结果。干法砖坯和湿法砖坯烧成收缩如表3所示。
从表3可以得出结论，干法砖坯明显比湿法砖坯的烧成收缩小，随着干法制粉的粉料掺入的增多，砖坯烧成后的收缩逐渐变小。烧成后，干法砖坯的烧成收缩为3.17%，而湿法砖坯的烧成收缩为7.32%，超过了干法砖坯烧成收缩的2倍。干法粉料基本上为实心颗粒，而湿法粉料是通过喷雾干燥制成的空心颗粒，在烧成过程中，实心颗粒收缩的空间有限，而空心颗粒则可以减少颗粒中间的空隙，大幅度的收缩，所以干法砖坯比湿法砖坯的烧成收缩小。在生产过程中，使用干法制粉不仅可以节能减排，也可以减少砖坯烧成后的收缩，保证砖的质量稳定性。
3.4 干法制粉和湿法制粉的砖坯烧成变形
分别将90 g的干法制粉和湿法制粉的粉料压成薄砖，再将砖较短的两边放在耐烧板上，保持中间空心，在辊道窑中煅烧，测试砖坯烧成前后的最大弯曲变形。干法砖坯和湿法砖坯的烧成变形如表4所示。
由表4可知，同样质量干法砖坯在同样条件下的烧成变形量明显小于湿法砖坯的变形，这也与上述干法砖坯比湿法砖坯收缩小的结论符合。
4 结论
（1）干法制粉粉料的平均粒径大于湿法制粉粉料，其250目筛余和350目筛余都明显大于湿法粉料的筛余。
（2）干法制粉的粉料小于100目细颗粒较多，这些细粉料占总的粉料超过50%，而湿法制粉的粉料则是中间粒度的粉料较多，集中分布在20 ～ 60目范围内。
（3） 干法砖坯的烧成收缩和变形都明显小于湿法砖坯，这是由于干法制粉的粉料都是实心颗粒，而湿法制粉的粉料基本为空心颗粒，在烧成过程中，干法制粉的粉料堆积密实，收缩的空间较小，而濕法制粉的粉料颗粒为空心，较为疏松，收缩的空间较大。
参考文献
[1] 综合. 亚洲首个干法制粉工程获得成功东鹏干法制粉项目出砖合格率达 96%[J]. 佛山陶瓷，2016 （4）：35.
[2] 王斌，郑伍魁，李辉， 等. 我国陶瓷墙地砖制粉工艺的进展[J]. 硅酸盐通报，2015，34（5）：1312-1319.
[3] 张裕泰， 江海东， 陆刚， 等. 陶瓷原料生产节能新技术探讨[J]. 佛山陶瓷，2016 （6）：1-4.
[4] 蔡祖光. 陶瓷墙地砖的干法制粉生产技术[J]. 陶瓷，2004 （5）： 30-31.
