CN102976714B - 利用铝型材工业废渣制备的陶瓷墙面砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用铝型材工业废渣制备的陶瓷墙面砖及其制备方法，该方法包括铝型材工业废渣的预处理；高强度轻质陶瓷墙面砖的配料，按照质量配比计，将铝废渣熟料、轻质白料、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠按(5～30)∶(70～95)∶0.1∶0.3混合配料，配好后进行球磨混料，出浆过80-100目筛，烘干后过20-30目造粒；高强度轻质陶瓷墙面砖的成型；高强度轻质陶瓷墙面砖的烧成，即得到高强度轻质陶瓷墙面砖。该材料的抗折强度较未添加铝废渣的轻质陶瓷墙面砖配方有明显提高，约为国家标准2倍；铝废渣引入到轻质陶瓷墙面砖的生产中，不仅提高了材料性能，降低了生产成本，而且能为社会处理掉大量废渣，保护了环境。

Description

利用铝型材工业废渣制备的陶瓷墙面砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷墙面砖，特别是涉及一种利用铝型材工业废渣制备高强度轻质陶瓷墙面砖的方法。

背景技术

目前，我国铝型材厂工业废渣的处理方法仍比较落后，以农用和简单的堆埋为主，不仅严重影响铝厂正常生产，造成二次污染，还占用了大量的土地，并使得废渣中许多有用的化学成分流失和浪费，因此铝型材厂的工业废渣的治理和综合利用至关重要，据统计，一条年生产铝型材20000t的氧化铝着色流水线，每年产生污泥约600t，废渣15000t，2011年全国铝型材产量高达850万t，废渣数量极大。

铝型材厂工业废渣是铝型材在表面脱脂、酸洗、碱洗、阳极氧化、封孔、着色等表面加工处理过程中产生的废液，经污水处理、沉淀、压滤等工序所得的固体废弃物。目前，我国不同铝型材厂的加工工艺和废水处理工艺是大同小异，只是在酸洗、碱洗及后续废水处理时选用的化学试剂有所不同，导致铝废渣的化学成分略有不同，在利用铝废渣来增强轻质砖时主要是利用其中的高铝量，其他氧化物作为助溶剂，所以废渣中其他氧化物的种类和含量不是主要的考虑因素。

铝型材厂工业废渣的主要成分为γ-ALOOH和具有无定形结构的固体物质，以及少量Fe³⁺、Si⁴⁺、Ca²⁺、K⁺以及Ti⁴⁺等杂质。其粒径超细，比表面积大，表面活性很高，在高温下可促进固相反应，降低烧成温度，从而节约能源。

目前，部分工厂已经开始生产轻质建筑材料，轻质材料具有质量轻，保温性能好，能耗小，成本低等显著特征，势必将在社会进一步推广。但相比其他建筑陶瓷材料轻质材料的劣势也很明显，由于其孔状结构导致其强度不高，所以进一步提高其强度，将成为其推广的助推器。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种采用铝废渣掺杂到轻质料，在常压低温下烧成，制备高强度轻质的陶瓷墙面砖的方法，降低原料成本，实现了保护环境，变废为宝。

本发明利用纯氧化铝掺杂到轻质料中，由于氧化铝阳离子电荷多，半径小，晶格能较大，扩散系数低，烧成温度高，氧化铝并未进入坯体骨架中，起不到支撑作用，还可能导致材料生烧，以致材料强度进一步降低，且成本上也不允许；而以铝废渣形式引入铝，由于废渣粒径小，活性大，同时废渣中大量强助熔化合物(如氧化钙)的存在有效地降低了烧成温度，在提前出现的液相中，氧化铝进入坯体骨架中，从而能明显提高轻质多孔材料的强度。

本发明的另一目的是提供上述高强度轻质材料的制备方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

利用铝型材工业废渣制备陶瓷墙面砖的方法，包括如下步骤：

(1)铝型材工业废渣的预处理：将铝型材工业废渣在120℃-150℃下烘干后，在高温炉中950℃-1050℃煅烧处理，自然冷却后得到铝型材工业废渣熟料；再将该熟料进行球磨，出浆过80-100目筛，烘干后过20-30目筛造粒，即得到铝废渣熟料；

(2)铝废渣掺杂轻质陶瓷墙面砖配料：按照质量配比计，将铝废渣熟料、轻质白料、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠按(5～30)∶(70～95)∶0.1∶0.3混合配料，配好后进行球磨混料，出浆过80-100目筛，烘干后过20-30目造粒；按质量百分比计，所述轻质白料原料组成为：玻璃粉10～20％、页岩10～15％、长石10～20％、粘土10～20％和陶瓷厂抛光砖废料40～50％；

(3)成型：用干压成型法压制成型，烘干至含水量≤1％；

(4)烧成：将干燥后的坯体按以下的烧成制度烧成；在10-20min内从室温升温至500℃，在10-20min内从500℃升温至800℃；在15-25min内从800℃升温至1000℃；在15-25min内从1000℃升温至1100℃；在5-10min内从1100℃升温至1130℃-1170℃；保温20-30min。

为进一步实现本发明目的，所述步骤(1)的球磨时间优选为12-15min/100g；煅烧的升温速度优选为每小时升温400-600℃，从室温直接升温至煅烧温度。

所述步骤(2)的球磨时间优选为5-8min/100g。

所述步骤(1)步骤(2)中两次球磨均为湿磨，球磨子为氧化铝小球；物料、球磨子与水的质量比为(0.8-1)∶(1.8-2)∶1。

所述压制成型优选为13-15MPa模压成型，排气2-3次。

一种陶瓷墙面砖，由上述方法制备，该陶瓷墙面砖的密度为1.4～1.5g/cm³，抗折强度为大于20MPa。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明中，由于铝废渣的加入，并有效地进入材料的骨架，材料中铝含量的增加，在比重不变的情况下，其抗折强度得到了显著提高。本发明所制备的陶瓷墙面砖密度在1.35～1.5g/cm³，为轻质材料，其抗折强度可达20Mpa以上，约为行业标准(行业标准的抗折强度为10～11MPa)的2倍，且其他性能与原纯轻质料配方烧成的产品相当。

(2)本发明是对工业废渣的回收利用，变废为宝，具有保护环境、降低成本和节能降耗的多重意义。

(3)引入铝废渣的同时，也引入了一定量的其他杂质氧化物，而这些氧化物在烧成过程中起到助熔效果，降低了烧成温度(原轻质料配方的烧成温度范围在1180-1200℃，引入铝废渣后降至1130℃-1150℃)，实现较低温度下烧成，节能降耗。

(4)目前铝废渣是免费，相比价格昂贵的工业氧化铝原料，铝废渣还具有颗粒粒径小，活性高，利于烧成等优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式不限于此，对未特别说明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

利用铝型材工业废渣制备陶瓷墙面砖的方法，包括如下步骤：

(1)取20kg华南地区某铝型材厂工业废渣150℃下烘干后，在高温炉中1000℃煅烧处理(保温1h，煅烧时的升温速度为每小时升温500℃，从室温直接升温至煅烧温度)，自然冷却后得到铝型材工业废渣熟料；再将该熟料进行球磨，球磨时间为60min，出浆过80目筛，烘干后过20目筛造粒，即得到铝废渣熟料，待配料；本实施例中铝废渣的化学成分见表1。

表1华南地区某铝型材厂工业废渣铝废渣的成分表

(2)按质量配比，配制50kg原料；其中，铝废渣熟料∶轻质白料∶羧甲基纤维素(CMC)∶三聚磷酸钠(STPP)＝15∶85∶0.1∶0.3；配料后进行球磨，球磨时间为40min，烘干后过20目筛或喷雾造粒。其中轻质白料的原料配比见表2。

步骤(1)和(2)球磨均为湿磨，球磨子为氧化铝小球；物料、球磨子小球与水的质量比为1∶2∶1。

表2轻质白料的原料配比(wt％)

(3)用模压法干压成型，压制成300*300砖，成型压力15MPa，排气3次，烘干至含水量≤1％；

(4)干燥后进行烧结，自然冷却至室温即可。烧成按以下制度进行升温，从室温在15min内升温至500℃，从500℃在15min内升温至800℃；从800℃在20min内升温至1000℃；从1000℃在20min内升温至1100℃；从1100℃在5min内升温至1145℃；1145℃保温20min。

取砖形规整的10片试样进行测试，取其平均值：用三点抗弯法(陶瓷砖断裂模数测定仪，TDM10000型，满足GB/T3810.4-2006陶瓷砖-断裂模数和破坏强度的测定)测其强度；用真空法(陶瓷吸水率自动测试仪，8700型)测其吸水率；用排水法测其比重；用激光热导法(激光热导仪，TC-9000H型)测其热导率。以上测试方法参照《轻质陶瓷砖》国家标准，标准号：JC/T 1095-2009。

本实施例所得轻质材料，表面效果良好，比重1.38g/cm³，抗折强度(断裂模数)为19.4MPa，热导率为0.6342(W/mK)，吸水率为0.32％，各项指标均达到《轻质陶瓷砖》国家标准，其中强度约为国标准(10～11MPa)的2倍，铝废渣的增强效果明显。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于铝型材工业废渣熟料∶轻质白料∶羧甲基纤维素(CMC)∶三聚磷酸钠(STPP)＝20∶80∶0.1∶0.3；烧成时升温制度如下：

从室温在15min内升温至500℃，从500℃在15min内升温至800℃；从800℃在20min内升温至1000℃；从1000℃在25min内升温至1100℃；从1100℃在5min内升温至1140℃；1140℃保温25min。

本实施例所得轻质材料，表面效果良好，比重1.39g/cm³，抗折强度(断裂模数)为21.4MPa，热导率为0.5236(W/mK)，吸水率为0.29％，各项指标均达到《轻质陶瓷砖》国家标准，其中强度约为国标准(10～11MPa)的2倍，铝废渣的增强效果明显。

实施例3

本实施例与实施例1不同之处在于铝型材工业废渣熟料∶轻质白料∶羧甲基纤维素(CMC)∶三聚磷酸钠(STPP)＝25∶75∶0.1∶0.3；烧成时升温制度如下：

从室温在15min内升温至500℃，从500℃在15min内升温至800℃；从800℃在20min内升温至1000℃；从1000℃在30min内升温至1100℃；从1100℃在5min内升温至1140℃；1140℃保温30min。

本实施例所得轻质材料，表面效果良好，比重1.41g/cm³，抗折强度(断裂模数)为20.3MPa，热导率为0.7246(W/mK)，吸水率为0.36％，各项指标均达到《轻质陶瓷砖》国家标准，其中强度约为国标准(10～11MPa)的2倍，铝废渣的增强效果明显。

实施例4

本实施例与实施例1不同之处在于：铝废渣来之华北某铝型材厂，其化学成分见表3。

表3某厂铝废渣的成分表

铝废渣熟料∶轻质白料∶羧甲基纤维素(CMC)∶三聚磷酸钠(STPP)＝20∶80∶0.1∶0.3，烧成时升温制度为：从室温在15min内升温至500℃，从500℃在15min内升温至800℃；从800℃在20min内升温至1000℃；从1000℃在20min内升温至1100℃；从1100℃在5min内升温至1150℃；1150℃保温20min。

本实施例所得轻质材料，表面效果良好，比重为1.41g/cm³，抗折强度(断裂模数)为20.5MPa，热导率为0.5687(W/mK)，吸水率为0.320％。

实施例5

本实施例与实施例4不同之处在于：铝废渣熟料∶轻质白料∶羧甲基纤维素(CMC)∶三聚磷酸钠(STPP)＝25∶75∶0.1∶0.3，烧成时升温制度为：从室温在15min内升温至500℃，从500℃在15min内升温至800℃；从800℃在20min内升温至1000℃；从1000℃在25min内升温至1100℃；从1100℃在5min内升温至1145℃；1145℃保温25min。

本实施例所得轻质材料，表面效果良好，比重为1.41g/cm³，抗折强度(断裂模数)为21.1MPa，热导率为0.5687(W/mK)，吸水率为0.320％。

实施例6

本实施例与实施例4不同之处在于：铝废渣熟料∶轻质白料∶羧甲基纤维素(CMC)∶三聚磷酸钠(STPP)＝30∶70∶0.1∶0.3，烧成时升温制度为：从室温在15min内升温至500℃，从500℃在15min内升温至800℃；从800℃在20min内升温至1000℃；从1000℃在30min内升温至1100℃；从1100℃在5min内升温至1140℃；1140℃保温30min。

本实施例所得轻质材料，表面效果良好，比重为1.42g/cm³，抗折强度(断裂模数)为19.6MPa，热导率为0.6234(W/mK)，吸水率为0.453％。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.利用铝型材工业废渣制备陶瓷墙面砖的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）铝型材工业废渣的预处理：将铝型材工业废渣在120℃‐150℃下烘干后，在高温炉中950℃‐1050℃煅烧处理，自然冷却后得到铝型材工业废渣熟料；再将该熟料进行球磨，出浆过80‐100目筛，烘干后过20‐30目筛造粒，即得到铝废渣熟料；

（2）铝废渣掺杂轻质陶瓷墙面砖配料：按照质量配比计，将铝废渣熟料、轻质白料、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠按（5～30）：（70～95）：0.1：0.3混合配料，配好后进行球磨混料，出浆过80‐100目筛，烘干后过20‐30目造粒；按质量百分比计，所述轻质白料原料组成为：玻璃粉10～20%、页岩10～15%、长石10～20%、粘土10～20%和陶瓷厂抛光砖废料40～50%；

（3）成型：用干压成型法压制成型，烘干至含水量≤1%；

（4）烧成：将干燥后的坯体按以下的烧成制度烧成；在10‐20min内从室温升温至500℃，在10‐20min内从500℃升温至800℃；在15‐25min内从800℃升温至1000℃；在15‐25min内从1000℃升温至1100℃；在5‐10min内从1100℃升温至1130℃-1170℃；保温20‐30min；制得的陶瓷墙面砖的密度为1.4～1.5g/cm³，抗折强度为大于20MPa。

2.根据权利要求1所述的利用铝型材工业废渣制备陶瓷墙面砖的方法，其特征在于：所述步骤（1）的球磨时间为12‐15min/100g；煅烧的升温速度为每小时升温400‐600℃，从室温直接升温至煅烧温度。

3.根据权利要求1所述的利用铝型材工业废渣制备陶瓷墙面砖的方法，其特征在于：所述步骤（2）的球磨时间为5‐8min/100g。

4.根据权利要求1所述的利用铝型材工业废渣制备陶瓷墙面砖的方法，其特征在于：所述步骤（1）步骤（2）中两次球磨均为湿磨，球磨子为氧化铝小球；物料、球磨子与水的质量比为（0.8‐1）:（1.8‐2）:1。

5.根据权利要求1所述的利用铝型材工业废渣制备陶瓷墙面砖的方法，其特征在于：所述压制成型为13‐15MPa模压成型，排气2‐3次。

6.一种陶瓷墙面砖，其特征在于其由权利要求1‐5任一项所述方法制备，该陶瓷墙面砖的密度为1.4～1.5g/cm³，抗折强度为大于20MPa。