CN102617154B

CN102617154B - 一种用高瘠性料制备环保型建筑陶瓷砖的方法

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Publication number: CN102617154B
Application number: CN201210095638.9A
Authority: CN
Inventors: 顾幸勇; 罗婷; 吴少泠; 温晓庆; 陈云霞
Original assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Current assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Priority date: 2012-04-01
Filing date: 2012-04-01
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2032-04-01
Also published as: CN102617154A

Abstract

本发明公开了一种用高瘠性料制备环保型建筑陶瓷砖的方法，以瘠性料为主要原料，水为分散介质，外加胶凝剂、PVA、分散剂进行球磨混合得到料浆后，采用原位凝固成型工艺制得陶瓷砖坯体，经过干燥、修坯后在1160℃～1250℃烧制后得到建筑陶瓷砖产品。本发明突破传统建筑陶瓷成型工艺思路，制备出了以≥90wt%的高瘠性料为基础的环保型建筑陶瓷坯体，经烧成后得到的陶瓷砖各项性能优于目前市场上的陶瓷砖产品并具有红外功能，适合工业化大生产。

Description

一种用高瘠性料制备环保型建筑陶瓷砖的方法

技术领域

本发明涉及建筑陶瓷技术领域，具体涉及一种用高瘠性料制备环保型建筑陶瓷砖的方法。

背景技术

近20年来，我国建筑陶瓷行业得到飞速发展，从20世纪90年代初开始，产量一直处于世界第一。然而建筑陶瓷行业是个能耗大和资源需求大的行业，大规模的生产必然导致能源的消耗和资源的紧缺，绿色战略已经成为全行业的共识。

硅酸盐废料如粉煤灰、沙漠沙，由于其化学组成与传统陶瓷的坯体化学组成相似（见表1），可代替硅酸盐天然原料用于坯料中。然而，在传统的陶瓷坯料配方中为了保证坯体的成型性能和生坯强度，瘠性料的引入量受到了限制，进而导致废渣和废料的利用率较低。随着工业化进程的不断推进，更为有效地将废料和废渣进行资源化综合利用成为传统陶瓷领域亟待解决的关键性问题。

表1硅酸盐废料和传统建筑陶瓷墙地砖坯料化学组成对照表

化学组成	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	K₂O	Na₂O
									墙地砖	68.32	20.84	0.87	0.40	6.30	0.78	1.93	0.56
粉煤灰	53.75	29.34	6.03	1.11	6.35	2.14	1.20	0.08
									沙漠沙	80.52	10.43	1.42	0.51	1.82	0.63	2.79	1.88

当前建筑陶瓷成型普遍采用喷雾造粒干粉压制成型工艺。干法成型粉尘污染较大，所用的坯料需要泥浆喷雾脱水造粒制得，耗能大，粉料陈腐用料仓占据了较大的工厂面积，成型需要大吨位且设备复杂的压机，生产成本高。

因此，若要在节能环保的前提下大量使用瘠性料以最大化利用废料，传统的建筑陶瓷成型方法无法实现，需要一种新型的成型技术。陶瓷料浆原位凝固成型是20世纪90年代迅速发展起来的新的胶态成型技术。几十年来，该成型技术在高性能的先进陶瓷生产研究领域都得到了广泛的发展和应用，但却很少涉及传统陶瓷领域。与传统的建筑陶瓷成型工艺相比，原位凝固胶态成型工艺用较低含量的有机物使陶瓷浓悬浮体实现原位固化，可以有效地控制颗粒的团聚，易于获得组分均一、缺陷少、结构强度高、复杂型状的坯体。然而，硅酸盐泥浆化学成分复杂，其胶体化学性质有别于原料和成分相对单一的氧化物、碳化物、氮化物等高性能先进陶瓷浆料，因此原本在先进陶瓷领域发展较为纯熟的原位凝固胶态成型的相关工艺参数及机理研究并不能完全适用于传统硅酸盐陶瓷泥浆，需要针对硅酸盐泥浆探索与之相适应的原位凝固胶态成型技术，若该成型技术应用在建筑陶瓷生产中，在建筑陶瓷生产领域将是一次重大的技术革新。

与此同时，随着可持续发展战略的实施和高技术在传统产业的广泛应用，人们相对于传统型建筑卫生陶瓷提出了功能型建筑卫生陶瓷的新概念。红外功能型建筑卫生陶瓷在常温下能够发射出高远红外辐射，能较好地改善人们的生活环境，提高人们的身体质素，是一类脱离了机械电工化的自然环保型材料。

通过在坯体中合成高远红外发射率的晶相是提高坯体红外性能的常用手段，堇青石是一类红外性能非常优异的无机非金属材料，在坯料配方中引入含镁高的白云石和滑石通过烧成合成堇青石可以达到提高坯体常温远红外性能的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以高瘠性料为主要原料制备环保型建筑陶瓷砖的方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种用高瘠性料制备环保型建筑陶瓷砖的方法，以瘠性料为主要原料，水为分散介质，外加胶凝剂、PVA、分散剂进行球磨混合得到料浆，调节浆料PH值为7-10后，采用原位凝固成型工艺制得陶瓷砖坯体，经过干燥、修坯后在1160℃～1250℃烧制，经冷却后得到建筑陶瓷砖产品。

所述料浆的重量百分比组成为：固相粉料：55～68wt%、水32～45wt%、胶凝剂（外加）：1～5wt%、PVA（外加）:0～2wt%、分散剂（外加）：0.5～2wt%。

所述固相粉料的重量百分比组成为：硅酸盐瘠性废料：50～90wt%、其他硅酸盐天然瘠性料5～40wt%、粘土类矿物原料0～10wt%。

所述固相粉料的化学组成为：SiO₂55～80wt%、Al₂O₃7～28wt%、Fe₂O₃0～6 wt%、TiO₂ 0～2wt%、CaO 1～8%、MgO 1～10%、K₂O 1～6%、Na₂O 0.1～4%。

所述原位凝固成型工艺为：将料浆浇注模具中，升温度至胶凝剂的糊化温度或融化温度后，降温冷却，使得浆体胶凝凝固得到具备一定结构强度的生坯，其融化和糊化温度在40℃～90℃，冷凝温度在20℃～40℃之间。

所述硅酸盐废料优选为粉煤灰、沙漠沙。

所述其他天然硅酸盐瘠性料优选为石英、长石、白云石、滑石。

所述胶凝剂为高分子多糖。

所述高分子多糖优选为马铃薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉及上述淀粉的改性淀粉，琼脂糖、明胶。

所述分散剂优选为木质素磺酸钠、丙烯酰胺、Duramax D3019。

本发明以实现粉煤灰、沙漠沙等硅酸盐废料在陶瓷生产领域的最大资源化利用，最少限度地使用或不用不可再生的粘土类原料资源为目的，将已在先进陶瓷领域发展纯熟的陶瓷原位凝固成型技术引入到建筑陶瓷的成型工艺中，突破传统建筑陶瓷成型工艺思路，将高分子多糖作为胶凝剂，调整原位凝固成型工艺参数，制备出了以≥90wt%的高瘠性料为基础的环保型建筑陶瓷坯体，经烧成后得到的陶瓷砖产品在抗折强度、收缩率、平整度等性能方面优于目前市场上的陶瓷砖产品，同时由于硅酸盐瘠性料中镁元素含量较高，产品还具有优良的红外功能，因此该建筑陶瓷砖的研制成功，革新了传统建筑陶瓷的生产技术，解决陶瓷行业面临原料枯竭的重大行业问题，具有广阔的市场前景和巨大的社会效益。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

以粉煤灰和沙漠沙作为硅酸盐瘠性废料，具体固相粉料的配制见表1和续表中实施例1～10：

表1：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						粉煤灰废料(wt%)	50	70	70	80	90
石英原料(wt%)	10	10	10	5	0
						长石原料 (wt%)	10	0	10	5	0
白云石(wt%)	10	10	5	5	0
						滑石(wt%)	10	0	5	5	5
粘土(wt%)	10	10	0	0	5

表1续：

	实施例6	实施例7	实施例8	实施例9	实施例10
						沙漠沙废料(wt%)	50	70	70	80	90
石英原料(wt%)	10	10	10	5	0
						长石原料 (wt%)	10	0	10	5	0
白云石(wt%)	10	10	5	5	0
						滑石(wt%)	10	0	5	5	5
粘土(wt%)	10	10	0	0	5

表1和续表中实施例1-10的化学组成见表2：

表2：

化学组成	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	K₂O	Na₂O
									实施例1	61.00	18.52	3.10	0.62	5.33	8.58	2.25	0.6
实施例2	57.95	24.03	4.30	0.83	5.98	4.19	2.01	0.71
									实施例3	58.66	21.89	4.22	0.79	6.07	4.23	2.41	1.73
实施例4	55.10	24.15	4.82	0.89	6.65	4.40	2.25	1.74
									实施例5	55.13	26.37	5.37	1.03	5.52	3.51	2.36	0.71
实施例6	74.38	9.07	0.80	0.32	3.05	7.83	3.05	1.5
									实施例7	76.69	10.79	1.07	0.41	2.81	3.14	3.12	1.97
实施例8	77.40	8.65	0.99	0.37	2.90	3.17	3.53	2.99
									实施例9	76.52	9.02	1.13	0.41	3.03	3.19	3.52	3.18
实施例10	79.22	9.35	1.22	0.49	1.44	2.15	3.79	2.34

以表1中实施例1中固相粉料的配方作为实验研究对象，按照表3的方案加入水，外加高分子多糖、PVA、分散剂进行球磨混合得到料浆，具体见表3中实施例1～5。其中高分子多糖为：马铃薯淀粉，分散剂为木质素磺酸钠。

表3 ：

将坯料按表3中的料浆配方配制、球磨、过250目筛、添加稀盐酸和氨水调节泥浆的PH值为8左右，真空除泡后，得到待浇注成型的硅酸盐泥浆。将泥浆注入模具中，带模放入70℃～85℃的环境中升温，待淀粉/琼脂糖糊化一段时间后取出冷凝、干燥，浆料在淀粉/琼脂糖的糊化冷凝的过程中胶凝成具备一定加工强度的生坯，其相关性能参数见表4：

表4：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						抗折强度(Mpa)	3.4	3.2	3.8	4.2	4.1
干燥收缩（%）	1.6	1.3	1.1	0.8	0.5

将得到的坯体经过干燥、修坯后在1160℃～1250℃内按照传统建筑陶瓷的烧制工艺烧制后得到建筑陶瓷砖。具体实施例及实施后相关性能见表5：

表5：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						烧成温度（℃）	1160	1250	1220	1190	1210
抗折强度(Mpa)	66.3	65.4	64.5	62.5	69.3
						红外发射率（ε）	0.919	0.878	0.885	0.903	0.876

在瘠性料中用其他类型的硅酸盐废料，高分子多糖胶凝剂选择琼脂糖、明胶、木薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉等类型的高分子的多糖，分散剂选择丙烯酰胺、Duramax D3019也能得到与上述实验基本相同的结果。

取表1中其它实例2～10进行上述同样试验，得到的结果与上述实验结果基本相同。

Claims

1.一种用高瘠性料制备环保型建筑陶瓷砖的方法，以瘠性料为主要原料，水为分散介质，外加胶凝剂、PVA、分散剂，按料浆配方配制、球磨、过250目筛、添加稀盐酸和氨水调节泥浆的PH值为8，真空除泡后，得到待浇注成型的硅酸盐泥浆，将泥浆注入模具中，带模放入70℃～85℃的环境中升温，待淀粉糊化一段时间后取出冷凝、干燥，浆料在淀粉的糊化冷凝的过程中胶凝成具备一定加工强度的生坯，其生坯的抗折强度为3.2 MPa、干燥收缩率为1.3%，将得到的坯体经过干燥、修坯后在1250℃内按照传统建筑陶瓷的烧制工艺烧制后得到抗折强度为65.4 MPa、红外发射率为0.878的建筑陶瓷砖；

所述料浆的重量百分比组成为：固相粉料：60wt%、水40wt%、外加马铃薯淀粉：4wt%、外加PVA:1wt%、外加木质素磺酸钠：1wt%；

所述固相粉料的重量百分比组成为：粉煤灰废料70wt%、石英10wt%、白云石10wt%、粘土10wt%；

所述固相粉料的化学组成为：SiO₂57.95wt%、Al₂O₃24.03wt%、Fe₂O₃4.30wt%、TiO₂ 0.83wt%、CaO 5.98 wt %、MgO 4.19 wt %、K₂O 2.01 wt %、Na₂O 0.71 wt %。