CN102485691B - 抗热震性耐压耐酸瓷砖及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种抗热震性耐压耐酸瓷砖，它由煤矸石、堇青石、莫来石、含Al₂O₃15-18wt％的粘土、熔融石英、锂长石原料加工而成，其中所述的煤矸石经过煅烧磨粉后使用，其特征在于所述原料的重量百分配比为：煤矸石：30～40、堇青石：5～10、莫来石：5～20、粘土：5～15、锂长石2～5、熔融石英30～50它通过原料配方——粉碎——混合——陈腐——干燥制粉——干压成型——烧制，即可；其热膨胀系数达到了0.92-1.2×10^-6；这种瓷砖可以广泛应用于高压釜中，具备急冷急热的特性，使用寿命长等优点。

Description

抗热震性耐压耐酸瓷砖及其制作方法

所属领域 

本发明涉及瓷砖及其制作方法，尤其涉及一种在高压釜中使用的抗热震性耐压耐酸瓷砖及其制作方法。 

背景技术

高压釜由外及里一般依次分别为外壳钢板、搪防腐铅层(约6mm厚)、防腐隔膜、内衬两层耐酸砖(外层砖厚50mm，内层砖厚114mm)。胶泥与防腐隔膜层之间的表面温度不超过110℃。 

高压釜正常工作时，釜内一般为高压高温状态。例如高压釜工作压力在1.6Mpa，工作温度150℃；设计压力2.0Mpa，设计温度175℃；钢壳内径4.2m，总长约32m。 

高压釜正常工作时，釜内一般为腐蚀性溶液介质，例如包括0.24g/L Cu，7.4g/L Fe(2.0g/L Fe²⁺)，90g/L H₂SO₄，500mg/L Cl^-，50mg/L F的酸性溶液介质。 

根据高压釜的工作环境，对其内衬层的耐酸砖的往往提出一定的技术要求。我们知道，该耐酸砖是在强酸介质、较高工作温度和较高压力条件下工作的，因此，耐酸砖除了必须具备良好的抗酸腐蚀性能外，还必须具备较高的机械强度，特别是必须具备优良的抗温度急变性能。传统的耐酸瓷砖，虽然具有良好的抗酸腐蚀性能和一定的机械强度，但抗温度急变性能差，无法满足此项工程高压釜内衬的技术要求。目前国产高压釜和部分引进高压釜采用陶砖，利用陶砖坯体中分布较多的孔隙，在一定程度上提高砖的抗温度急变性能，但这种提高是很有限的。而同时，因为陶砖的孔隙率较大，增大了强酸介质对砖的腐蚀面积，降低了砖的耐酸腐蚀性能，并且还会显著降低砖的机械性能，加速砖的老化，从而缩短砖的使用寿命。 

发明内容

本发明的目的就是提供一种抗热震性耐压耐酸瓷砖。 

本发明的要点在于：在原料构成上，选定莫来石、堇青石、熔融石英作为瓷坯的晶相，同时，配合一定的煤矸石、以及低Al₂O₃含量粘土作为瓷坯的玻璃相成分，提高了瓷砖的抗温度急变性。

本发明利用了莫来石晶体具有很高的机械强度和优良的化学稳定性，以及熔融石英、堇青石、特别是熔融石英具有优良的抗急冷急热性能，使得烧成的瓷坯不但具有很的机械强度，良好的化学稳定性，还具备优良的抗急冷急热性能。 

煤矸石是成煤物质与其他沉积物质在长期的地质反应中生成的可燃性矿石，其主要化学成分为Al₂O₃和SiO2。随着煤碳开采量的迅速提高，煤矸石的排出量也随之增加。这些煤矸石随意的丢弃和堆放，浪费了土地资源，同时还对大气、水体造成了严重的环境污染。本发明对煤矸石的使用，不近有效地提高了瓷砖的性能，同时也有效利用了废弃物，变废为宝，化害为益，有着十分重要的环保和经济意义。 

粘土是一种多种含水硅酸盐的矿物的混合物，其主要化学组成为Al₂O₃和SiO₂，是烧制瓷砖的必要成分，而本发明的发明人经过反复的试验和选择，发现选用低Al₂O₃的粘土，和煤矸石配合使用，能够很好地改善瓷砖的抗温度急变性，并且这种低Al₂O₃的粘土的使用有利于降低烧成温度，节约了能耗，从而总体上降低了生产成本。 

具体地，本发明的原料的重量百分配比为：煤矸石：30～40、堇青石：5～10、莫来石：5～20、含Al₂O₃15-18wt％的粘土：5～15、锂长石2～5、熔融石英30～50。其中所述的煤矸石经过煅烧磨粉后与其他原料一起使用。 

其中所述的煤矸石优选为高Al₂O₃含量的煤矸石，其经过煅烧磨粉后优选含Al₂O₃40-50wt％，所述煤矸石可以就地使用各地矿山或矿务局的废弃物，例如经本发明人验证，使用大同矿务局的废弃物即可达到上述成分要求。 

进一步，本发明的原料的重量百分配比优选为：煤矸石：32～34、堇青石：6～8、莫来石：10～15、粘土：8-12、锂长石2～5、熔融石英30～40。 

进一步，本发明的低Al₂O₃含量粘土优选为Al₂O₃17wt％/的粘土。 

本发明的制作工序如下： 

原料配方——粉碎——混合——陈腐——干燥制粉——干压成型——烧制，即得到抗热震性耐压耐酸瓷砖。 

其中，所述干压成型为优选采用上、下双向加压方式，压力控制在20～ 35MPa，优选为25MPa。这种双向加压的工艺可以有效避免普通的单向加压工艺中颗粒受力不均匀而破碎的现象，进一步提高了瓷砖的致密性和均匀性，从而有利地保证了产品的性能的一致性和稳定性。 

其中，所述烧制过程的烧成温度控制在1260～1290℃，高火保温时间控制在3～6小时，止火温度至950℃间的冷却速度在窑炉条件允许范围内尽可能快。本发明人在对工艺的调整过程中意外发现，控制工艺使得止火温度至950℃间的冷却速度在窑炉条件允许范围内尽可能快，对本发明瓷砖的抗急冷急热性能非常有利，并且进一步研究发现，使用这种急冷措施后，烧成温度无需在1400℃，也能获得优异的产品性能，因而使得生产效率得到有效提高。 

按照本发明配方制得的瓷砖，热膨胀系数可以达到0.92-1.2×10^-6，低于传统配方制得的瓷砖，能够很好地耐受急冷急热环境。经过检测，在1200℃～25℃温度水冷5次不裂，完全可以满足高压釜对瓷砖的性能要求。 

本发明的瓷砖配方，在有效地利用废料的同时，提高了烧成的产品的抗温度急变性，满足了高压釜的使用环境，完全能够替代进口瓷砖，并且瓷砖本身为致密性耐酸烧结体，克服了陶砖因存在大量空隙而耐腐蚀性差的缺点；并且本发明人经过反复研究，对制备工艺进行了优化，进一步提高了产品性能的一致性和稳定性，并有效地降低了生产能耗，提高了生产效率。因而本发明具有非常积极的产业意义和实用价值，是一项利国利民的绿色环保技术。 

附图说明

图1为本发明的制作工序图 

具体实施方式

参照图1，对本发明制作工序作进一步地详细介绍： 

(1)原料的选购要保持原料化学成分和细度、颗粒级配的相对稳定； 

(2)保证配料准确； 

(3)干法球磨的主要目的是：①将备原料充分混合均匀；②改善原料颗粒的外部形态，使其变得园晖；③进一步将物料磨细。为达此目的要注意研磨体瓷球的装填量和瓷球大小级配、装料量、及球磨时间等； 

(4)本发明可以选择湿捏过筛工艺，混捏过筛工艺的关键是混捏，为了保证料粉能充分润湿，可以将加水量增多1～3％(这些多加的水分，可在后续的陈腐 输送过程中蒸发掉)并保证混捏时间； 

(5)料粒的陈腐。为了保证料粒的水分控制，及水分在料粒内的均匀分布，粉料造粒后必须陈腐24小时以上，优选陈腐48小时。 

(6)干压成型(或半干压成型)。为获得结构致密、均匀和尺寸准确的制品，应控制好以下几个环节：①料粒的水分应控制在3～7％，料粒形状尽量呈圆粒形，料粒D50的范围应控制在300～800微米；②采用上、下双向加压方式；③压力控制在20～35MPa； 

(7)烧成是本研制中最重要的工序之一，为保证配方设计时瓷砖中应有的晶体种类、数量及其形态，玻璃体要求的成分和较少的气孔，烧成时应根据选择的原料不同，制定出不同的烧成制度。瓷砖总的晶体有些是直接由含这种晶体的原料带进来的，有些是由各种原料的成分，在高温下，通过固相反应合成、生长发育成的。在烧成工艺中，特别要控制好烧成温度、高火保温时间和止火后至950℃间的冷却速度。根据本研制的配方特点和选择的原料不同，烧成温度应控制在1260～1290℃，高火保温时间控制在3～6小时，止火温度至950℃间的冷却速度尽可能快(在窑炉条件允许范围内)。 

实施例一：按如下重量百分配比配制原料，含Al₂O₃40wt％的煤矸石-40、堇青石-5、莫来石-5、含Al₂O₃15wt％的粘土-8、熔融石英40、锂长石2，根据制作工艺进行粉碎——混合——陈腐——干燥制粉——干压成型——烧制，即可。经检测，烧成的瓷砖在1200～25℃水冷5次不裂。其热膨胀系数为0.92×10^-6

实施例二：按如下重量百分配比配制原料，含Al₂O₃48wt％的煤矸石-30、堇青石-10、莫来石-15、含Al₂O₃17wt％的粘土-10、熔融石英30、锂长石5，根据制作工艺进行粉碎——混合——陈腐——干燥制粉——干压成型——烧制，即可。经检测，烧成的瓷砖在1200℃～25℃水冷5次不裂。其热膨胀系数为1.1×10^-6。 

通过高压压制成型生产的耐温耐酸砖的尺寸偏差及变形量非常小，完全满足国家标准JC/T424-2005《耐酸耐温砖》的具体要求，其具体内容见下表： 

表3、耐酸温偏差及变形 

                                                       单位：毫米 

附注：Dynatec提供的资料上要求砖的长、宽、厚尺寸公差≤3.0％，国家标准JC/T424-2005耐酸耐温砖》中规定的要求更严。 

Claims (8)

1.一种抗热震性耐压耐酸瓷砖，它由煤矸石、堇青石、莫来石、粘土、熔融石英、锂长石原料加工而成，其中所述的煤矸石经过煅烧磨粉后使用，其特征在于所述粘土为含Al₂O₃15-18wt％的粘土，所述原料的重量百分配比为：煤矸石：30～40、堇青石：5～10、莫来石：5～20、粘土：5～15、锂长石2～5、熔融石英30～50。

2.根据权利要求1所述的抗热震性耐压耐酸瓷砖，其中所述的经过煅烧磨粉后的煤矸石优选含Al₂O₃40-50wt％。

3.根据权利要求1或2所述的抗热震性耐压耐酸瓷砖，其中所述原料的重量百分配比优选为：煤矸石：32～34、堇青石：6～8、莫来石：10～15、粘土：8-12、锂长石2～5、熔融石英30～40。

4.根据权利要求1所述的抗热震性耐压耐酸瓷砖，得到的抗热震性耐压耐酸瓷砖的热膨胀系数为0.92-1.2×10^-6。

5.根据权利要求1-4任一项所述的抗热震性耐压耐酸瓷砖的制作方法，其特征在于通过原料配方——粉碎——混合——陈腐——干燥制粉——干压成型——干燥——修坯——烧制，即得到抗热震性耐压耐酸瓷砖。

6.根据权利要求5所述的抗热震性耐压耐酸瓷砖的制作方法，其特征在于所述干压成型为采用上、下双向加压方式，压力控制在20～35MPa。

7.根据权利要求6所述的抗热震性耐压耐酸瓷砖的制作方法，其特征在于所述干压成型为采用上、下双向加压方式，压力控制在25MPa。

8.根据权利要求5或6或7所述的抗热震性耐压耐酸瓷砖的制作方法，其特征在于所述烧制过程的烧成温度控制在1260～1290℃，高火保温时间控制在3～6小时，止火温度至950℃间的冷却速度在窑炉条件允许范围内尽可能快。