CN102173736B

CN102173736B - 地砖陶瓷及其制备方法

Info

Publication number: CN102173736B
Application number: CN2011100276592A
Authority: CN
Inventors: 吉晓莉; 王浩; 万伟伟; 力国民
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan Zhongli Environmental Protection Technology Co., Ltd.
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: CN102173736A

Abstract

本发明涉及一种地砖陶瓷和利用工业固体废弃物磷石膏和赤泥制备该地砖陶瓷的方法，该地砖陶瓷原料配成浆料后主要组分为：磷石膏14%～28%，赤泥14%～28%，长石9%~23%，高岭土20%~35%，石英11%～28%，均为质量百分比。该地砖陶瓷的制备方法包括陶瓷浆料的制备、喷雾干燥、坯体制备、最终产品的烧制步骤。本发明对于固体废物高效利用、减少工业固体废弃物对环境的污染、墙地砖陶瓷传统行业对我国粘土资源的消耗、降低生产成本具有重要的意义；同时生产的陶瓷制品具有强度较高，烧结温度较低的优势。

Description

地砖陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑陶瓷材料领域，具体涉及一种利用工业共同废弃物磷石膏和赤泥制备地砖陶瓷的方法。

背景技术

随着高浓度磷复肥、磷酸和洗涤剂工业的迅速发展，磷石膏废渣急剧增加，每生产1吨磷酸约排放5吨磷石膏。目前，世界磷石膏年排放量达2.8亿吨，我国也已超过5000万吨，占工业副产石膏的70%以上。其中27.7%的磷石膏用于制造水泥，生产化工原料和石膏建材制品，用作路基或工业填料，改良土壤，从中提取稀土元素等。由于磷石膏含有五氧化二磷、氟及游离酸等有害物质，国家环保部已将其定性为危险废弃物，如果任意排放会造成环境污染；设置堆场，不仅占地多、投资大、堆渣费用高，而且对堆场的地质条件要求高，磷石膏长期堆积还会引起地表水及地下水的污染。另外，国内年生成赤泥约1500万吨，赤泥是碱溶液和高压水蒸气处理铝矾土从中提炼氢氧化铝钠后生成的废渣，生产1吨氧化铝约生成1.0吨至2.5吨赤泥，铝是重要的工业原料和民用材料，全世界每年生产大量铝锭，也生成大量赤泥废渣堆积如山占用土地，污染大气，污染水和污染环境。

优质高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料，但是，随着工业用量的增大，高岭土资源急剧下降，因此，从传统行业中节约高岭土用量是一种时代所趋。

目前关于磷石膏的综合利用主要集中在制备化肥，石膏板，水泥缓凝剂，建筑石膏粉及生产硫酸联产水泥。而将磷石膏与赤泥混合做陶瓷原料的专利几乎没有。

在公开号CN101376574A中，其处理磷石膏的方法是：“将磷石膏废液脱水，制成固含量较高的磷石膏料浆，然后加入改性剂与浆料中的有害杂质反应，生成不溶性惰性物质，制得水泥缓凝剂料浆，再将料浆脱水，使其由液相变成固相，再造粒便得到水泥缓凝剂产品。

在公开号CN101182179中，其公开处理磷石膏的方法是：“用水泥，石灰，磷石膏废渣，骨料按一定重量比混合，经粉碎、配料、拌合、陈化、高压成型、养护工序制成成品。

重庆环境科学.1997，19(3).(48-49)公开了一种利用磷石膏为主要原料，加入适当外加剂制成磷石膏的陶瓷材料。

公开号101708986A中，以磷石膏，粘土，石英砂为陶瓷原料，通过加入叶腊石，氯化物，柠檬酸盐抑制磷石膏的高温收缩，能缩短烧成周期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种地砖陶瓷及其制备方法，其采用磷石膏、赤泥、长石、高岭土、石英为原料，通过加入分散剂，改善浆料的流动性与触变性，通过喷雾干燥造粒，压制成型后，在1050℃~1200℃下烧制成为陶瓷成品，得到吸水率较低的地砖陶瓷，该陶瓷符合国家建筑陶瓷标准要求。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明提供的是一种利用磷石膏和赤泥制备的地砖陶瓷，该地砖陶瓷原料配成浆料后主要组分为：磷石膏10%～20%，赤泥10%～20%，长石7%~15%、高岭土15%~25%，石英8%～20%，均为质量百分比；各原料按比例混合后，加入分散剂0.2%~1%球磨制浆，陶瓷浆料水含量达到32-34.5%。

所述赤泥的主要组成为CaO41.83%、SiO₂20.56%、Fe₂O₃9.62%、Al₂O₃7.9%、Na₂CO₃7.8%和多种微量成分，均为质量百分比。

所述高岭土的主要组成为Al₂O₃46.2%，SiO₂50.8%，Fe₂O₃0.96%，均为质量百分比。

所述高岭土用量的质量百分比优选为17.5%。

分散剂可以采用三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或硅酸钠。通过加入这些分散剂，可使陶瓷浆料具备较好的流动性，满足喷雾干燥工艺的要求。

所述的磷石膏主要成分是CaSO_4·2H₂O，含量为65%~96%，此外，还含有少量磷、铁、铝、氟和有机物，均为质量百分比。

本发明提供的上述地砖陶瓷，其利用磷石膏和赤泥来制备，该制备包括以下步骤：

（1）陶瓷浆料的制备：

将磷石膏、赤泥和长石、高岭土、石英，水和分散剂按比例混合后，球磨1小时，得到陶瓷浆料。

（2）陶瓷浆料的处理：

将混合好的浆料进行喷雾干燥。

（3）陶瓷坯体的制备：

将干燥好的物料进行压制成型。

（4）烧结：

将成型的陶瓷坯体在1050℃~1200℃下烧结60分钟~90分钟，得到所述的地砖陶瓷。

所述陶瓷浆料可由以下原料混合后，球磨0.8~1.2小时制成：磷石膏19.5%，赤泥13%，长石7%，高岭土17.5%，石英8%，分散剂1%，水34%，均为质量百分比。

所述喷雾干燥的工艺条件可以采用：所述喷雾干燥的工艺条件为：泥浆含水量在32%~35%，进入塔内热空气温度为400℃~500℃，喷雾干燥后，粉料含水量6~8%。

所述压制成型的工艺条件可以采用：所述压制成型的工艺条件为：采用单面加压，团粒大小为0.25~3mm，含水量在6~8%，加压大小为60MPa。

本发明与现有技术相比具有的优点主要是：使得工业废渣磷石膏与赤泥得到有效利用，使磷石膏与赤泥对环境的污染减小，有利于资源的循环利用。该陶瓷的生产具有烧成温度低，周期短，成本低，无放射性污染，烧成陶瓷强度高的优点。经技术部门检验：浆料流动性符合国标QB/T 1545-1992要求，吸水率，抗压强度均达到GB/T 4100-2006（吸水率6%≤E≤10%，破坏强度≥600N）要求的陶瓷地砖。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

1.配料：

原料配比按以下重量百分比计：磷石膏19.5%，赤泥13%，长石7%，高岭土17.5%，分散剂（六偏磷酸钠）0.5%，石英8%，水34.5% 。

2．混合：将配料混合成泥浆，使其流动性达到35秒，符合国标QB/T 1545-1992要求的标准。

3．泥浆的处理：将混合好的泥浆进行喷雾干燥。

4．成型：将干燥后的物料进行压制成型，得到陶瓷地砖的坯体。

5．烧结：将坯体在1200℃保温60分钟的条件下进行烧结，得到陶瓷地砖。

经测试，陶瓷地砖的吸水率为7.5%，抗压强度为650N，均符合国标GB/T 4100-2006要求。

实施例2：

1.配料：

原料配比按以下重量百分比：磷石膏19.5%，赤泥13%，长石7%，高岭土17.5%，分散剂三聚磷酸钠0.75%，石英8%，水34.5% 。

2．混合：将配料混合成泥浆，使其流动性达到38秒，符合国标QB/T 1545-1992要求的标准。

3.其他步骤同实施例1。

经测试，陶瓷地砖的吸水率为8%，抗压强度为640N，均符合国标GB/T 4100-2006要求的标准。

实施例3：

1．配料：

原料配比按以下重量百分比：磷石膏19.5%，赤泥13%，长石7%，高岭土17.5%，分散剂硅酸钠1%，石英8%，水34% 。

2．混合：将配料混合成泥浆，使其流动性达到37秒，符合国标QB/T 1545-1992要求的标准。

3.其它步骤同实施例1。

经测试，陶瓷地砖的吸水率为9%，抗压强度为630N，均符合国标GB/T 4100-2006要求的标准。

实施例4

1．配料：

原料配比按以下重量百分比：磷石膏10%，赤泥20%，长石7%，高岭土20%，分散剂硅酸钠1%，石英8%，水34% 。

3.其它步骤同实施例1。

实施例5：

1．配料：

原料配比按以下重量百分比：磷石膏20%，赤泥15%，长石9.8%，高岭土15%，分散剂（六偏磷酸钠）0.2%，石英8%，水32% 。

2．混合：将配料混合成泥浆，使其流动性达到39秒，符合国标QB/T 1545-1992要求的标准。

3.其它步骤同实施例1，烧成温度为1150℃，保温时间60分钟。

经测试，陶瓷地砖的吸水率为7.5%，抗压强度为650N，均符合国标GB/T 4100-2006要求的标准。

实施例6：

1．配料：

原料配比按以下重量百分比：磷石膏10%，赤泥10%，长石20%，高岭土19.5%，分散剂（六偏磷酸钠）0.5%，石英8%，水32% 。

2．混合：将配料混合成泥浆，使其流动性达到36秒，符合国标QB/T 1545-1992要求的标准。

3.其它步骤同实施例1，烧成温度则为1050℃，保温时间60分钟。

经测试，陶瓷地砖的吸水率为7%，抗压强度为650N，均符合国标GB/T 4100-2006要求的标准。

实施例7：

1．配料：

原料配比按以下重量百分比：磷石膏10%，赤泥10%，长石15%，高岭土23.8%，分散剂三聚磷酸钠0.2%，石英8%，水33% 。

3.其它步骤同实施例1，烧成温度为1100℃，保温时间60分钟。

经测试，陶瓷地砖的吸水率为8%，抗压强度为630N，均符合国标GB/T 4100-2006要求的标准。

实施例8：

1．配料：

原料配比按以下重量百分比：磷石膏10%，赤泥10%，长石12.8%，高岭土15%，分散剂三聚磷酸钠0.2%，石英20%，水32% 。

3.其它步骤同实施例1，烧成温度则为1100℃，保温时间60分钟。

经测试，陶瓷地砖的吸水率为9%，抗压强度为635N，均符合国标GB/T 4100-2006要求的标准。

实施例9：

1.配料：

原料配比按以下重量百分比：磷石膏16.3%，赤泥13%，长石7%，高岭土23%，分散剂三聚磷酸钠0.7%，石英8%，水32% 。

3.其同实施例1，烧成温度为1200℃，保温时间60分钟。

实施例10：

1.配料：

原料配比按以下重量百分比：磷石膏14.3%，赤泥13%，长石7%，高岭土25%，分散剂三聚磷酸钠0.7%，石英8%，水32% 。

3.其它步骤同实施例1，烧成温度则为1150℃，保温时间60分钟。

上述实施例中，所述磷石膏为硫酸分解磷矿石所产生的石膏，该磷石膏的粒度>90目。所述长石、高岭土的混合物粒度为>80目。所述赤泥是通过碱溶液和高压水蒸气处理铝矾土从中提炼氢氧化铝后生成的废渣，该赤泥的粒度为>100目。

Claims

1.一种地砖陶瓷，其特征是一种利用磷石膏和赤泥制备的地砖陶瓷，该地砖陶瓷原料配成浆料后主要组分为：磷石膏10%～20%，赤泥10%～20%，长石7%~15%，高岭土15%~25%，石英8%～20%，均为质量百分比；各原料按比例混合，加水后，然后加入分散剂0.2%~1%球磨制浆，陶瓷浆料水含量达到32-34.5% 。

2.根据权利要求1所述的地砖陶瓷，其特征在于赤泥的主要组成为CaO41.83%、SiO₂20.56%、Fe₂O₃9.62%、Al₂O₃7.9%、Na₂CO₃7.8%和多种微量成分，均为质量百分比。

3.根据权利要求1所述的地砖陶瓷，其特征在于高岭土的主要组成为Al₂O₃46.2%，SiO₂50.8%，Fe₂O₃0.96%，均为质量百分比。

4.根据权利要求1或3所述的地砖陶瓷，其特征在于高岭土用量的质量百分比为17.5% 。

5.根据权利要求1所述的地砖陶瓷，其特征在于分散剂采用三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或硅酸钠。

6.根据权利要求1所述的地砖陶瓷，其特征在于：所述的磷石膏主要成分是CaSO₄2H₂O，含量为65%~96%，此外，还含有少量磷、铁、铝、氟和有机物，均为质量百分比。

7.一种地砖陶瓷的制备方法，其特征是采用权利要求1至6中任一权利要求所述的地砖陶瓷的原料，并且采用包括以下步骤的方法制备地砖陶瓷：

（1）陶瓷浆料的制备：

先将磷石膏、赤泥和长石、高岭土、石英，水和分散剂按比例混合，再球磨后得到陶瓷浆料；

（2）陶瓷浆料的处理：

将制备好的陶瓷浆料进行喷雾干燥，得到干燥好的物料；

（3）陶瓷坯体的制备：

将干燥好的物料进行压制成型；

（4）烧结：

将压制成型的陶瓷坯体在1050℃~1200℃下烧结60分钟~1.5小时，得到所述的地砖陶瓷。

8.根据权利要求7所述的地砖陶瓷的制备方法，其特征在于陶瓷浆料由以下原料混合后，球磨0.8~1.2小时制成：磷石膏19.5%，赤泥13%，长石7%，高岭土17.5%，石英8%，分散剂1%，水34%，均为质量百分比。

9.根据权利要求7所述的地砖陶瓷的制备方法，其特征在于所述喷雾干燥的工艺条件为：陶瓷浆料水含量达到32-34.5%，进入塔内热空气温度为400℃~500℃，喷雾干燥后，粉料含水量6~8%。

10. 根据权利要求7所述的地砖陶瓷的制备方法，其特征在于所述压制成型的工艺条件为：采用单面加压，团粒大小为0.25~3mm，含水量在6~8%，加压大小为60MPa。