CN103641446A - 一种利用硅钙渣制备陶瓷砖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到利用硅钙渣生产陶瓷砖的方法，属于资源综合利用和陶瓷制备新技术领域。本发明包括下列原料，按照配料百分比：硅钙渣30~60%，粘土10~30%，石英2~25%，长石0~20%，叶腊石0~10%，生焦0-10%，滑石0~10%。本发明利用硅钙渣生产陶瓷，减少了硅钙渣的堆积排放，达到了资源循环利用目的，为硅钙渣高附加值利用增加了一条新的途径。硅钙渣陶瓷中硅钙渣利用率可达60%；利用含有大量碱金属离子特点，可以部分或全部取代长石原料，并在1130-1180℃低温条件下生产出陶瓷砖；本发明方法制备的陶瓷砖的各项性能均优于国家的陶瓷标准。

Description

一种利用硅钙渣制备陶瓷砖的方法

技术领域

本发明涉及到硅钙渣生产陶瓷的工艺方法，属于固体废弃物资源的综合利用领域。

技术背景

硅钙渣是粉煤灰提取氧化铝后的残渣，其主要成分是硅酸二钙。粉煤灰是电厂排放的主要固体废弃物，而内蒙古地区的粉煤灰含铝量高，对粉煤灰进行高附加值的资源化回收利用，是实现可持续发展的必经之路。对粉煤灰的综合利用，尤其是从粉煤灰中提炼氧化铝等稀有金属将成为一种趋势。但由于在碱石灰烧结法或者是另一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法——石灰石烧结法中，粉煤灰中的二氧化硅和碳酸钙反应，产生大量的含硅酸二钙废渣不被溶出，该废渣即硅钙渣。

按石灰石烧结法，利用粉煤灰每生产1吨氧化铝，要生成高达9吨的硅钙渣，按碱石灰烧结法，约生成2.5吨硅钙渣。大量的硅钙渣堆积起来，不但占用大量土地，还会对环境造成污染，硅钙渣中的碱也会浸入土壤中使土壤碱化。如若不能对硅钙渣进行合理有效的利用，势必对当地的生态环境造成严重影响，进而制约了高铝粉煤灰提取氧化铝工艺的应用及推广。

目前，在现有技术中，采用石灰石烧结法从粉煤灰中提取氧化铝产生的硅钙渣，由于其成分和水泥熟料成分接近，碱含量低，利用其生产水泥熟料的研究较多。但是，采用碱石灰烧结法生产氧化铝过程中产生的硅钙渣由于碱含量较高，无法直接用于水泥生产。

硅钙渣的主要化学组成是CaO、SiO₂、Al₂O₃和MgO 等，这些也是陶瓷的主要化学组成，可以直接作为陶瓷原料之一。而且硅钙渣作为陶瓷原料具有含铁量低、易磨、性质稳定、烧失量少的特点；同时，由于硅钙渣经过煅烧、含有碱金属离子、粒度细，硅钙渣的加入会降低一般陶瓷原料配方的烧成温度，对陶瓷企业有节能降耗的作用。

专利公开号CN102173740提出利用硅钙渣制备釉面砖的方法，生产方法可行，但是硅钙渣的利用量偏低，并在制备过程中加入了除铁工序，加大了原料预处理的能耗与成本。专利公开号CN1966456提出了钢铁厂生产钢铁排除的废炉渣（水渣）作为建筑陶瓷的原料。采用混炼原料加工方式，该技术方法存在原料混炼加工效果差，能耗高，产品性能低的问题，而且原料中存在的铁质极易影响产品的性能。专利公开号CN101386528A提供了一种利用钢渣生产陶瓷砖的方法，其生产陶瓷的工艺可行，但是该工艺以传统块状钢渣为原料，需要对钢渣进行粉磨、除铁等预处理，而钢渣易磨性差，铁的赋存形态复杂，这大大增加了陶瓷厂原料预处理的能耗和成本，也加大了生产过程中除铁的难度和效率，因此尚未推广和应用。总之，利用工业废弃物制备陶瓷的过程中普遍存在成分含铁杂质多、粉磨能耗高、产品质量性能难以控制和烧结温度制度难以标准化等不利因素，尚不能对其进行工业化大量应用生产，限制了其发展。

鉴于硅钙渣特有的化学成分和物理性能，本发明将其作为生产陶瓷的一种原料，并针对性的配加叶腊石、滑石或者生焦等原料，取得了很好的效果。而硅钙渣作为陶瓷原料的研究国内外少有报道，本发明为硅钙渣高附加值利用增加了一条新的途径。

发明内容

本发明的目的就是为了解决硅钙渣综合利用存在的技术难点，提供一种不仅能够大宗量的利用工业废渣，缓解自然资源的枯竭，而且提供的技术生产方法简单可行，不需要使用专门的生产设备，是一种可以利用工业废渣进行工业化生产陶瓷的方法。

一种利用硅钙渣制备陶瓷砖的方法，硅钙渣经过破碎干燥处理，根据配方要求加入粘土，石英，长石，并针对性加入叶腊石，滑石，生焦中的一种或多种原料，经湿法球磨，过筛干燥，喷雾造粒、压制成型后，进入辊道窑烧制，具体生产步骤如下：

a、  配料：按照配方将硅钙渣、粘土、长石、叶腊石、石英、滑石及三聚磷酸钠，羧甲基纤维素钠进行混料后加水（料：水=1:1）放入球磨机中进行球磨，过筛后将泥浆进行干燥（干燥时间应以泥浆中水分充分发挥为宜），干燥过后进行加水造粒备用。

b、将步骤a过程造粒后的原料利用压机干压成型。

c、将干压成型的陶瓷坯体进行干燥处理，使坯体干燥后进入辊道窑炉内进行烧成，烧制温度在1130~1180℃范围内。

d、烧成后制品进行抽检性能测试，合格后按照生产要求进行其他处理，如：磨边、抛光、涂釉等。

上述生产步骤进一步说明：

在上述步骤a过程中，配料中各原料的重量百分比为：硅钙渣30~60%，粘土10~30%，石英2~25%，长石0~20%，以及叶腊石0~10%，生焦0~10%，滑石0~10%。再加入0.3%的三聚磷酸钠，0.1%的羧甲基纤维素钠，具体配方见下文例证，加水比例视原料情况选择（一般水与料的比例为：0.5~1）。球磨（球磨时间视料量而定）后，过250目筛以达到陶瓷制备样品的细度要求（过筛量到达96%以上），制成泥浆进行干燥。另外，加水造粒的加水比例为干燥后配料重量的6%~8%。

步骤a过程中硅钙渣的主要成分按重量比大致为：CaO：50.79%；SiO₂：25.64%；Al₂O₃：9.99%；Fe₂O₃：4.62%；K₂O：0.37%；Na₂O：4.27%；MgO：1.6%。

步骤a过程中粘土的主要成分按重量比大致为：CaO：5.35%；SiO₂：67.87%；Al₂O₃：18.1%；Fe₂O₃：1.38%；K₂O：2.17%；Na₂O：0.33%；MgO：4.09%。

步骤a过程中长石的主要成分按重量比大致为：CaO：2.19%；SiO₂：74.01%；Al₂O₃：15.18%；Fe₂O₃：0.81%；K₂O：3.8%；Na₂O：3.04%；MgO：0.51%。

步骤a过程中叶腊石的主要成分按重量比大致为：CaO：0.25%；SiO₂：79.22%；Al₂O₃：16.93%；Fe₂O₃：2.07%；K₂O：0.25%；Na₂O：0.1%；MgO：0.12%。

步骤a过程中石英的主要成分按重量比大致为：CaO：0.05%；SiO₂：97.66%；Al₂O₃：1.52%；Fe₂O₃：0.16%；K₂O：0.36%；MgO：0.06%。

步骤a过程中滑石的主要成分按重量比大致为：CaO：4.45%；SiO₂：62.5%；Al₂O₃：0.84%；Fe₂O₃：2.28%；K₂O：0.04%；Na₂O：0.09%；MgO：28.38%。

在上述步骤b过程中，过20目筛造粒后压制成型采用一次布料的方式，成型压力6MPa。

在上述步骤c过程中，要求压制成型的样坯干燥处理后含水量小于0.1%。

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果和优点是：

1、  本发明采用现在大量堆积的硅钙渣为主要原料，生产一种新型的陶瓷。由于硅钙渣含有大量氧化硅、氧化钙组分，通过与叶腊石、生焦、滑石原料的针对性配加，硅钙渣掺加量可以达到60%。这可以实现硅钙渣的大宗量利用，减少了自然资源的消耗及工业硅钙渣的排放堆积；

2、  硅钙渣含有较高的Na₂O和K₂O，使得陶瓷坯体软化温度低，减少了长石的用量；硅钙渣是经过烧结的熟料，含有大量的CaO，而Ca离子半径小，场强大，能够间接促进晶化，有利于玻璃相的形成。因此，以硅钙渣为原料的陶瓷砖烧成温度仅为1130-1180℃，降低传统陶瓷坯体烧成温度50-100℃，进而降低了陶瓷生产过程中的大量能耗；

3、  硅钙渣具有粒度小、易磨性好、含铁量少的特点，利用硅钙渣制备陶瓷过程可减少原料的粉碎和球磨时间，可省去原料除铁环节，降低了陶瓷整个生产过程中的能耗和成本。

 

具体实施方式

本发明是一种利用工业硅钙渣生产陶瓷粗坯的技术方法，采用粉煤灰提取氧化铝之后的硅钙渣经破碎处理，根据配方加入粘土，滑石，石英，叶腊石，长石，生焦等原料经湿法球磨、浆料干燥喷雾造粒、干压成型后干燥、烧成等工序，生产出符合国家标准性能的陶瓷产品。

实例1

根据配方要求配料，各原料的重量百分比为：硅钙渣60%，粘土15%，叶蜡石10%，石英15%，在该原料中加入0.3%的三聚磷酸钠，0.1%的羧甲基纤维素钠。混料后与水按一定配比放入球磨机中球磨，制成过250目筛的泥浆后干燥，将干燥后的泥浆加水造粒以压制成坯体，经干燥后坯体含水量少于0.1%，入辊道窑烧成温度在1160℃。烧成后样品的失重率在18%左右，抗折强度43MPa，吸水率<0.9%，是一种性能良好的建筑陶瓷材料。

实例2

根据配方要求配料，各原料的重量百分比为：硅钙渣50%，粘土20%，叶蜡石10%，石英20%，在该原料中加入0.3%的三聚磷酸钠，0.1%的羧甲基纤维素钠。混料后与水按一定配比放入球磨机中球磨，制成过250目筛的泥浆后干燥，将干燥后的泥浆加水造粒以压制成坯体，经干燥后坯体含水量少于0.1%，入辊道窑烧成温度在1160℃。烧成后样品的失重率在16%左右，抗折强度63MPa，吸水率<0.3%，是一种性能良好的建筑陶瓷材料。

实例3

根据配方要求配料，各原料的重量百分比为：硅钙渣50%，粘土15%，长石6%，叶蜡石5%，石英20%，滑石5%，在该原料中加入0.3%的三聚磷酸钠，0.1%的羧甲基纤维素钠。混料后与水按一定配比放入球磨机中球磨，制成过250目筛的泥浆后干燥，将干燥后的泥浆加水造粒以压制成坯体，经干燥后坯体含水量少于0.1%，入辊道窑烧成温度在1155℃。烧成后样品的失重率在16%左右，抗折强度72MPa，吸水率<0.1%，是一种性能良好的建筑陶瓷材料。

实例4

根据配方要求配料，各原料的重量百分比为：硅钙渣40%，粘土15%，长石10%，叶蜡石5%，石英25%，滑石5%，在该原料中加入0.3%的三聚磷酸钠，0.1%的羧甲基纤维素钠。混料后与水按一定配比放入球磨机中球磨，制成过250目筛的泥浆后干燥，将干燥后的泥浆加水造粒以压制成坯体，经干燥后坯体含水量少于0.1%，入辊道窑烧成烧成温度在1155℃。烧成后样品的失重率在16%左右，抗折强度71MPa，吸水率<0.2%，满足建筑陶瓷材料的国家标准。

实例5

根据配方要求配料，各原料的重量百分比为：硅钙渣30%，粘土15%，长石15%，生焦10%，石英25%，滑石5%，在该原料中加入0.3%的三聚磷酸钠，0.1%的羧甲基纤维素钠。混料后与水按一定配比放入球磨机中球磨，制成过250目筛的泥浆后干燥，将干燥后的泥浆加水造粒以压制成坯体，经干燥后坯体含水量少于0.1%，入辊道窑烧成温度在1140℃。烧成后样品的失重率在10%左右，抗折强度49MPa，吸水率<0.2%，是一种性能良好的建筑陶瓷材料。

如以上所诉，仅仅为本发明的一些实际实施例子而已，不能以此来限定本发明的权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的类比实验，仍属于本发明所涵盖的内容。

Claims (8)

1.一种利用硅钙渣制备陶瓷砖的方法，其特征在于利用高铝粉煤灰提取氧化铝铝后产生的硅钙渣生产陶瓷材料，具体步骤如下：

a、配料，取经过破碎干燥处理后的硅钙渣、粘土、长石、石英及叶腊石、滑石或者生焦，配加0.3%的三聚磷酸钠、0.1%的羧甲基纤维素钠；

b、配料加水放入球磨机中球磨，可无需除铁环节，直接将过筛后泥浆干燥，干燥后造粒备用；

c、将造粒后的原料利用压样机干压成型，并将成型后的坯体干燥；

d、将干燥后的陶瓷坯体送入辊道窑炉内，在1130-1180℃内烧制成瓷；

e、烧成后的样品测得各项性能，达到出厂标准后作为粗坯备用，进一步磨光、抛光、分选、涂釉成品。

2.根据权利要求1所述的利用硅钙渣生产陶瓷的方法，其特征在于，上述工艺步骤a过程中采用的原料各组分的重量百分比各配比为：硅钙渣30~60%，粘土10~30%，石英2~25%，长石0~20%，叶腊石0~10%，生焦0-10%，滑石0~10%。

3.根据权利要求1所述的利用硅钙渣生产陶瓷的方法，其特征在于，上述工艺步骤a过程中硅钙渣的成分重量比为：CaO：50.79%；SiO₂：25.64%；Al₂O₃：9.99%；Fe₂O₃：4.62%；K₂O：0.37%；Na₂O：4.27%；MgO：1.6%。

4.根据权利要求1所述的利用硅钙渣生产陶瓷的方法，其特征在于，上述工艺步骤a过程中粘土的成分重量比为：CaO：5.35%；SiO₂：67.87%；Al₂O₃：18.1%；Fe₂O₃：1.38%；K₂O：2.17%；Na₂O：0.33%；MgO：4.09%。

5.根据权利要求1所述的利用硅钙渣生产陶瓷的方法，其特征在于，上述工艺步骤a过程中长石的成分按重量比为：CaO：2.19%；SiO₂：74.01%；Al₂O₃：15.18%；Fe₂O₃：0.81%；K₂O：3.8%；Na₂O：3.04%；MgO：0.51%。

6.根据权利要求1所述的利用硅钙渣生产陶瓷的方法，其特征在于，上述工艺步骤a过程中叶腊石的成分按重量比为：CaO：0.25%；SiO₂：79.22%；Al₂O₃：16.93%；Fe₂O₃：2.07%；K₂O：0.25%；Na₂O：0.1%；MgO：0.12%。

7.根据权利要求1所述的利用硅钙渣生产陶瓷的方法，其特征在于，上述工艺步骤a过程中石英的成分按重量比为：CaO：0.05%；SiO₂：97.66%；Al₂O₃：1.52%；Fe₂O₃：0.16%；K₂O：0.36%；MgO：0.06%。

8.根据权利要求1所述的利用硅钙渣生产陶瓷的方法，其特征在于，上述工艺步骤a过程中滑石的成分按重量比为：CaO：4.45%；SiO₂：62.5%；Al₂O₃：0.84%；Fe₂O₃：2.28%；K₂O：0.04%；Na₂O：0.09%；MgO：28.38%。