CN104193203A - 采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物，其采用经过破碎处理的醴陵陶瓷废料和粉煤灰作为硅铝质原料，与水玻璃激发剂共同作用而制备；其重量百分数为：粒径2～3cm的废陶瓷颗粒20～30％；200目以下的废陶瓷粉20～30％；粉煤灰40～60％；激发剂氢氧化钠与钠水玻璃1:1的混合物为固体原料的30～50％；增强纤维5～10％和发泡剂1～3％。制备过程如下：先以陶瓷、粉煤灰、激发剂和发泡剂为原料，通过混合搅拌均匀形成浆料；再浇注、脱膜、养生即可。本发明的地质聚合物制备工艺简单，原材料价格低廉，其制品强度高、容重低，成型性好，可用作建筑材料。
Description
技术领域
提供一种采用醴陵陶瓷废料和粉煤灰制备的地质聚合物及其制备方法，以及其在建材领域的应用。
背景技术
醴陵是享有“瓷城”美誉，是举世闻名的釉下五彩瓷原产地。其生产的瓷器达到了；薄如纸、白如玉、明如镜、声如磬的境界。而且还具有瓷化强度高，釉面玻璃化程度强，无铅镉之毒，耐酸碱，耐磨损，花面永不褪色，经久耐用等特点，能同时满足人们对于审美和环保健康的双重要求，收藏和使用价值高。但陶瓷生产必然要伴随一定的废品产生，一般的废品率在15～20％，常年的生产废品量巨大，因为没有利用价值只能就地堆砌，占用土地，影响生态环境。
长期以来，陶瓷废料的利用一直是个世界性难题。其主要原因是：如果回作陶瓷原料，其本身有发泡作用，且晶化以后成形性非常不好，即便球磨到很细也难以与陶瓷坯体的其它原料结合，需要加入大量纤维素类粘合剂，而这又强化了其发泡作用，使得其烧结后胎体松散，严重影响陶瓷产品质量。而作为混凝土的骨料使用，由于其破碎很难形成复杂棱角，所以握持性本身就非常差，难以和胶凝物质有效结合，加之脆性大，膨胀系数小，极易造成混凝土的空洞，所以现在除了填埋堆砌基本上没有其它的处理方式。
地质聚合物(Geopolymer)是一种以无机[SiO4]、[AlO4]四面体为主要组成，结构上具有空间三维网络状键接结构的新型无机硅铝胶凝材料。地聚合物制备方便、能耗小、基本不排放CO2，同时具有较高的力学性能和非常优异的耐高温性能。地质聚合物通常采用偏高领土和水玻璃作为胶凝材料进行制备。而陶瓷也是由高岭土烧结而成，虽然其烧结温度要远远高于偏高岭土的600～900℃而产生了晶化，但其破碎以后仍然具有一定的反应活性，可以部分或全部替代偏高岭土作为硅铝质原料。
发明内容
提供一种采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物及其制备方法，陶瓷废料用量大、节能环保，缓解陶瓷废料堆存处理带来的环境污染问题，同时还可消纳火力发电厂的废料粉煤灰。
采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物，其采用经过破碎处理的醴陵陶瓷废料和粉煤灰作为硅铝质原料，与水玻璃激发剂共同作用而制备；按质量百分比，其原料为：粒径2～3cm的废陶瓷颗粒20～30％；200目以下的废陶瓷粉20～30％；粉煤灰40～60％；激发剂氢氧化钠与纳水玻璃1:1的混合物为固体原料的30～50％。其还可包括增强纤维和发泡剂。
增强纤维可以为有机纤维或无机纤维，有机纤维可以是天然纤维或人造纤维，天然纤维选自天然木纤维、天然竹纤维、天然麻纤维以及废纸浆，优选废纸浆；人造纤维选自聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚酯纤维等，优选聚丙烯纤维。无机纤维可以是陶瓷纤维、玄武岩纤维等，优选玄武岩纤维。纤维材料优选占固体物料质量的5～10％。
地质聚合物还可引入发泡剂制备成多孔材料，发泡剂可以是铝粉或双氧水，其占固体物料质量的1～3％。
采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物的制备方法，其包括以下步骤：
1.陶瓷废料的清洗与破碎，
将收集来的醴陵陶瓷废料用清水冲洗，去除泥土和其它杂质，再晾干或烘干；采用颚式破碎机将其粉碎成2～3cm的颗粒，过筛以后将其中的一半使用球磨机湿式球磨成200目的废陶瓷粉，过筛并烘干。
2.粉煤灰的处理，
将二级以上的粉煤灰过筛。
3.激发剂的配制，
将模数2～3的钠水玻璃与同等重量氢氧化钠溶液混合，配制成激发剂。
4.物料混合搅拌，
按配比使用搅拌机将废陶瓷颗粒、废陶瓷粉、粉煤灰、增强纤维混合至均匀，再加入发泡剂和激发剂继续混合成均匀的浆料。
5.浆料浇注，
在模具的四壁和底面涂抹脱模剂，将浆料浇注入模具，50～70℃静置24小时后脱模，根据需要切割成合适大小的块体，继续在50～70℃环境下养生7天。
6.强度测试，
采用无侧限抗压强度测试仪测试块体的强度。
采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物的制品，强度高，容重低，其可制成各种块体和板材，可用作建筑材料，块体可用作砌块、路沿石等，其制备的发泡板材可用作装饰板和保温板；其制备方法还可用于固化有毒废料。
具体实施方式
实施例1
采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物砌块，其原料按重量百分比为：粒径2～3cm的废陶瓷颗粒25％；200目以下的废陶瓷粉25％；粉煤灰40％；聚丙烯纤维10％；将固体原料混合后，加入激发剂氢氧化钠与钠水玻璃1:1的混合物为固体原料的50％制备成浆料；将浆料浇注入涂有脱模剂的模具，模具为240×120×60mm的矩形模具，连同模具在70℃静置24小时后脱模，继续在70℃环境下养生7天，产品外观光滑平整，无缺角现象，测得饱水无侧限抗压强度25.7MPa，可用作承重墙体砌块。
实施例2
采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物发泡砌块，其原料按重量百分比为：粒径2～3cm的废陶瓷颗粒25％；200目以下的废陶瓷粉25％；粉煤灰40％；聚丙烯纤维7％；铝粉3％将固体原料混合后，加入激发剂氢氧化钠与钠水玻璃1:1的混合物为固体原料的50％制备成浆料；将浆料浇注入涂有脱模剂的模具，模具为240×120×60mm的矩形模具，连同模具在50℃静置24小时后脱模，继续在70℃环境下养生7天，产品外观光滑平整，无缺角现象，测得饱水无侧限抗压强度8.9MPa，可用作非承重墙体砌块。
实施例3
采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物保温板，其原料按重量百分比为：粒径2～3cm的废陶瓷颗粒25％；200目以下的废陶瓷粉25％；粉煤灰40％；聚丙烯纤维7％；铝粉3％将固体原料混合后，加入激发剂氢氧化钠与钠水玻璃1:1的混合物为固体原料的50％制备成浆料；将浆料浇注入涂有脱模剂的模具，模具为500×500×100mm的矩形模具，连同模具在50℃静置24小时后脱模，继续在70℃环境下养生7天，产品外观光滑平整，无缺角现象，测得饱水无侧限抗压强度5.4MPa，可用作外墙保温板。
Claims (10)
1.采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物，其特征在于：其采用经过破碎处理的醴陵陶瓷废料和粉煤灰作为硅铝质原料，与水玻璃激发剂共同作用而制备；按质量百分比，其原料为：粒径2～3cm的废陶瓷颗粒20～30％；200目以下的废陶瓷粉20～30％；粉煤灰40～60％；激发剂氢氧化钠与钠水玻璃1:1的混合物为固体原料的30～50％。
2.权利要求1所述的采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物，其特征在于：其还包括增强纤维。
3.权利要求2所述的采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物，其特征在于：增强纤维可以为有机纤维或无机纤维，有机纤维可以是天然纤维或人造纤维，天然纤维选自天然木纤维、天然竹纤维、天然麻纤维以及废纸浆，优选废纸浆；人造纤维选自聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚酯纤维等，优选聚丙烯纤维；无机纤维可以是陶瓷纤维、玄武岩纤维等，优选玄武岩纤维；纤维材料优选占固体物料质量的5～10％。
4.权利要求2和3所述的采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物，其特征在于：其原料还可包括发泡剂。
5.权利要求4所述的采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物，其特征在于：其发泡剂可以是铝粉或双氧水，其占固体物料质量的1～3％。
6.权利要求5所述的采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)陶瓷废料的清洗与破碎，
将收集来的醴陵陶瓷废料用清水冲洗，去除泥土和其它杂质，再晾干或烘干；采用颚式破碎机将其粉碎成2～3cm的颗粒，过筛以后将其中的一半使用球磨机湿式球磨成200目的废陶瓷粉，过筛并烘干；
(2)粉煤灰的处理，
将二级以上的粉煤灰过筛；
(3)激发剂的配制，
将模数2～3的钠水玻璃与同等重量氢氧化钠溶液混合，配制成激发剂；
(4)物料混合搅拌，
按配比使用搅拌机将废陶瓷颗粒、废陶瓷粉、粉煤灰、增强纤维混合至均匀，再加入发泡剂和激发剂继续混合成均匀的浆料；
(5)浆料浇注，
在模具的四壁和底面涂抹脱模剂，将浆料浇注入模具，50～70℃静置24小时后脱模，根据需要切割成合适大小的块体，继续在50～70℃环境下养生7天。
7.权利要求1～5所述的采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物的应用，其特征在于：其可以制成各种块体和板材，可用作建筑材料，块体可用作砌块、路沿石等，其制备的发泡板材可用作装饰板和保温板；其制备方法还可用于固化有毒废料。
8.权利要求7所述的采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物的应用，其特征在于：地质聚合物砌块，采用的原料按重量百分比为：粒径2～3cm的废陶瓷颗粒25％；200目以下的废陶瓷粉25％；粉煤灰40％；聚丙烯纤维10％；将固体原料混合后，加入激发剂氢氧化钠与钠水玻璃1:1的混合物为固体原料的50％制备成浆料；将浆料浇注入涂有脱模剂的模具，模具为240×120×60mm的矩形模具，连同模具在70℃静置24小时后脱模，继续在70℃环境下养生7天，可用作承重墙体砌块。
9.权利要求7所述的采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物的应用，其特征在于：地质聚合物发泡砌块，采用的原料按重量百分比为：粒径2～3cm的废陶瓷颗粒25％；200目以下的废陶瓷粉25％；粉煤灰40％；聚丙烯纤维7％；铝粉3％将固体原料混合后，加入激发剂氢氧化钠与钠水玻璃1:1的混合物为固体原料的50％制备成浆料；将浆料浇注入涂有脱模剂的模具，模具为240×120×60mm的矩形模具，连同模具在50℃静置24小时后脱模，继续在70℃环境下养生7天，可用作非承重墙体砌块。
10.权利要求7所述的采用醴陵陶瓷废料制备的地质聚合物的应用，其特征在于：地质聚合物保温板，采用原料按重量百分比为：粒径2～3cm的废陶瓷颗粒25％；200目以下的废陶瓷粉25％；粉煤灰40％；聚丙烯纤维7％；铝粉3％将固体原料混合后，加入激发剂氢氧化钠与钠水玻璃1:1的混合物为固体原料的50％制备成浆料；将浆料浇注入涂有脱模剂的模具，模具为500×500×100mm的矩形模具，连同模具在50℃静置24小时后脱模，继续在70℃环境下养生7天，可用作外墙保温板。
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