CN104446510A - 一种陶瓷砖硅粉的制备方法及其利用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陶瓷砖硅粉的制备方法及其利用。本发明属于建材技术领域。一种陶瓷砖硅粉的制备方法，其特点是：陶瓷砖硅粉的制备过程是采用陶瓷砖抛光污泥，通过立式烘干机烘干、分选，然后经成品捕集器收集获得富含二氧化硅并具有水化活性的辅助胶凝材料。一种陶瓷砖硅粉的利用，其特点是:陶瓷砖硅粉作为水泥混合材和高性能混凝土掺合料应用。本发明具有工艺简单、操作便捷、节能高效、成本低廉、节能环保，应用市场前景广阔、用量巨大、绿色建材产品等优点。本发明由于陶瓷砖硅粉具有较高的水化反应活性，而且颗粒细小，成为水泥或混凝土的优质混合掺合材料,不仅可以等量取代水泥,而且可以使混凝土的多项性能得到改善。

Description

一种陶瓷砖硅粉的制备方法及其利用

技术领域

本发明属于建材技术领域，特别是涉及一种陶瓷砖硅粉的制备方法及其利用。

背景技术

目前，随着陶瓷行业的快速发展，在陶瓷生产制备过程中产生的废料也越来越多。这些废料大都以堆弃和填埋的方式简单处理，占用了大量土地并影响生态环境，造成了二次污染，是当前急需解决的问题。

陶瓷制备过程中通常需要将砖坯进行研磨抛光从而除去其表面0.5-0.7mm的表面层，有时甚至需要除掉1-2mm的表面层以满足使用要求。据统计，每生产1m²的抛光砖会产生1.5kg左右的砖屑，同时刀具和磨具的磨损也将产生0.6kg左右的碎屑，据估算，我国每年大约有几百万吨的陶瓷抛光砖的废料产生。由于产业链的不完善以及技术水平的限制，许多废料只能通过简单的掩埋等方式进行处理，而如此大规模的陶瓷‘山’对环境的影响及其深远，所以如何对陶瓷砖废料进行回收再利用，进行资源化处理变废为宝成为当下急需解决的课题，其对能源节约、环境保护都具有极其重要的意义。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种陶瓷砖硅粉的制备方法及其利用。

本发明提供陶瓷砖抛光污泥生产陶瓷砖硅粉的方法，包括以下步骤：

满足水分要求的陶瓷砖抛光污泥经过立式烘干机对其烘干、分选，然后经成品捕集器对其收集并储存。烘干热源来自燃烧生物质燃料的热风炉。

其中的“满足水分要求”的物料是指经自然晾晒后，水分满足≤25％的陶瓷砖抛光污泥才可以进入立式烘干机进行烘干，否则，水分过高烘干机将无法发挥本身的设计产能。

其中“立式烘干机”具有烘干和分选双重功能。粗细不同的物料被提升的高度不同，只有合适粗细的物料才能提升到上部动态选粉区由分离器进行分选，分离成细粉和粗粉。细粉随气流通过选粉机进入成品捕集器进行细粉与气体的分离，收集后的细粉输送至成品库储存；而粗粉落入内锥体后经过溜子与翻板阀落到烘干机外部，然后经输送设备输送至粗粉库储存。位于烘干机顶部分离器的转速控制着产品细度。

烘干热源来自热风炉，其燃料为生物质颗粒。热风通过管道进入立式烘干机，出烘干机气体经成品捕集器净化后由系统风机排入大气，其中一部分作为循环风再次进入烘干机。

所述的细分和粗粉的比例，可以通过调节位于烘干机顶部分离器的转速来调整。该分离器的电机采用的是变频调速。

另一方面：本发明提供了一种简便易行、节能高效、成本低廉地利用陶瓷砖硅粉作为水泥混合材和高性能混凝土掺合料的方法。

1、超细陶瓷砖硅粉化学组成，如表1

表1 超细陶瓷砖硅粉的化学组成

Loss	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Na2O	K2O	Clˉ	∑
											3.84	68.54	20.38	0.62	1.31	1.04	0.30	0.51	0.57	0.05	97.16

从表1可以看出超细陶瓷砖硅粉具有极高的火山灰特性。

超细陶瓷砖硅粉：比表面积≥850㎡/㎏，45um筛余≤1％

2、陶瓷砖硅粉粒度分布，如表2

表2 超细陶瓷砖硅粉的粒度分布

0-3um	3-6um	6-8um	8-10um	10-20um	20-30um	30-45um	＞45um	D50
									10.38	32.28	21.77	23.14	6.67	4.19	1.37	0.2	5.32

从表2可以看出超细陶瓷砖硅粉粒度超细，＜10um颗粒含量接近90％，中位粒径仅为5.32um，已达到超细级。

3、陶瓷砖硅粉的活性试验，如表3

表3 超细陶瓷砖硅粉Si和Al离子溶出总量(㎎/g)

0.5h	1h	2h	4h	8h	1d	3d	7d	28d
									0.3307	0.5443	0.5898	0.6724	0.9485	1.9165	3.3446	5.2128	8.2888

从表3可以看出超细陶瓷砖硅粉具有较高的化学反应活性，即具有较高的潜在水硬性。

4、掺入超细陶瓷砖硅粉的混凝土性能

4.1提高混凝土强度尤其是后期强度

通过活性试验证明：其28d活性指数达0.82以上，而且其混凝土28d至60d的强度增长率可达15％以上。

4.2改善了骨料和水泥浆体之间的界面结构

由于超细陶瓷砖硅粉的物理微观填充效应和火山灰活性，使得其界面过渡带孔隙率降低及Ca(OH)₂结晶含量降低。图2为以超细陶瓷砖硅粉取代10％的水泥后，得到的混凝土(W/C＝0.33)的骨料-水泥浆界面过渡区孔隙率和原生CH明显降低。

图2中：a)不含超细陶瓷砖硅粉的新拌混凝土，由于泌水在粗骨料表面周围形成水囊，而界面连接处水泥粒子也不足；b)是在a)所示基体系统硬化后的过渡区。在过渡区存在着CH相、C-S-H相及流线的大量孔隙，还有一些类似于针状物填充其间；c)含超细陶瓷砖硅粉新拌混凝土，硅粉微粒填充于粗骨料周围的空间，而不是被水占据；d)是在c)的基体中的过渡区，孔隙率很低。

4.3提高了混凝土的耐久性

经测定其28d的电通量值和侵蚀系数均明显小于不含超细陶瓷砖硅粉的试件，表明超细陶瓷砖硅粉更有利于提高混凝土的抗氯离子渗透能力及抗硫酸盐侵蚀能力，因而具有更高的耐久性。

4.4降低了水化热

通过X-衍射分析可知，由于超细陶瓷砖硅粉中的Al₂O₃处于“酸性”环境下呈固熔态，自由焓和表面活化能均较低，因此超细陶瓷砖硅粉参与混凝土水化硬化反应的速率较慢，时间和龄期较长，水化放热峰下降，从而使单位时间内放出的水化热降低。

4.5提高了混凝土的体积稳定性

由于超细陶瓷砖硅粉的物理微观填充作用使混凝土结构密实，毛细孔大量减少，毛细水渗透量显著降低，使混凝土水化硬化过程中内部收缩应力减少，从而提高了体积稳定性。

4.6抑制了碱-骨料反应

大量研究表明碱-骨料反应需要在水和碱度很高的条件下进行。由于超细陶瓷砖硅粉掺合料能与水泥石中的Ca(OH)₂反应，降低了混凝土中碱的浓度，而且混凝土中加入超细陶瓷砖硅粉使混凝土结构密实，毛细孔很少，使毛细水渗透量减小，从一定程度上抑制碱-骨料反应。通过超细陶瓷砖硅粉对碱-骨料反应(ASR)抑制性研究可知，当超细陶瓷砖硅粉取代混凝土中10％水泥，可以有效地抑制碱硅反应的有害膨胀，优于矿渣超细粉和粉煤灰超细粉。

综上所述，通过超细陶瓷砖硅粉在高性能混凝土中的应用，改善了骨料与水泥石的界面结构,改善了混凝土的施工性能，提高了混凝土的抗渗性、抗蚀性、耐久性和强度，大大提高了混凝土的和易性及泵送的流动性。

本发明的目的之一是提供一种具有工艺简单、操作便捷、节能高效、成本低廉、节能环保，产品具有较高水化反应活性，而且颗粒细小等特点的陶瓷砖硅粉的制备方法。

本发明陶瓷砖硅粉的制备方法所采取的技术方案是：

一种陶瓷砖硅粉的制备方法，其特点是：陶瓷砖硅粉的制备过程是采用陶瓷砖抛光污泥，通过立式烘干机烘干、分选，然后经成品捕集器收集获得富含二氧化硅并具有水化活性的辅助胶凝材料。

本发明陶瓷砖硅粉的制备方法还可以采用如下技术方案：

所述的陶瓷砖硅粉的制备方法，其特点是：陶瓷砖抛光污泥含水率≤25％，立式烘干机用热风炉的烘干热源将陶瓷砖抛光污泥进行烘干。

所述的陶瓷砖硅粉的制备方法，其特点是：热风炉的出口温度500-600℃，循环风的温度70-80℃，热风炉产生的热风与循环风经混合后进入立式烘干机，烘干机入口的温度250-350℃。

所述的陶瓷砖硅粉的制备方法，其特点是：烘干后陶瓷砖硅粉采用分离器进行分选，分离成细粉和粗粉。

所述的陶瓷砖硅粉的制备方法，其特点是：细粉的粒度为比表面积≥800m²/kg，32μm筛余≤3.5％。

本发明的目的之二是提供一种具有简便易行、节能高效、成本低廉、用量巨大、市场前景广阔、绿色建材产品等特点的陶瓷砖硅粉的利用。

本发明陶瓷砖硅粉的利用所采取的技术方案是：

一种陶瓷砖硅粉的利用，其特点是:瓷砖硅粉作为水泥混合材和高性能混凝土掺合料应用。

所述的“水泥混合材”是指，在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥标号，而加到水泥中去的人工的或天然的矿物材料。

所述的“高性能混凝土掺合料”是指，为了改善混凝土性能，节约用水，调节混凝土强度等级，在混凝土拌合时掺入天然的或人工的能改善混凝土性能的粉状矿物质。

本发明陶瓷砖硅粉的利用还可以采用如下技术方案：

所述的陶瓷砖硅粉的利用，其特点是：瓷砖硅粉中粗粉作为水泥混合材应用，粒度比表面积≥800m²/kg、32μm筛余≤3.5％的细粉作为高性能混凝土掺合料应用。

所述的陶瓷砖硅粉的利用，其特点是：瓷砖硅粉中粗粉作为水泥混合材时，掺量质量比为20-40％；细粉作为高性能混凝土掺合料时，掺量质量比为20-40％。

本发明具有的优点和积极效果是：

陶瓷砖硅粉的制备方法及其利用由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明由于陶瓷砖硅粉具有较高的水化反应活性，而且颗粒细小，成为水泥或混凝土的优质混合掺合材料,用陶瓷砖硅粉作混凝土掺合料不仅可以等量取代水泥,而且可以使混凝土的多项性能得到改善。

经混凝土搅拌站使用证明，在混凝土中加入超细陶瓷砖硅粉，是获得高性能混凝土非常重要的一条途径。在此领域，其用量巨大，市场前景广阔。与其它混合材相比，用陶瓷砖硅粉作为混合材的加工成本更低，对水泥企业而言经济效益是非常显著的。该生产线不仅处理了陶瓷厂的废料，而且节约了资源，符合国家环保的要求，是一种有发展前景的绿色建材产品。

附图说明

图1是本发明陶瓷砖硅粉的制备方法及其利用结构示意图；

图中，1、立式烘干机，2、成品捕集器，3、热风炉，4、系统风机，5、细粉，6、粗粉，7、振动筛，8、提升机，9、提升机，10、细粉库，11、粗粉库；其中箭头表示物料流向或气流走向。

图2是含超细陶瓷砖硅粉(c、d)与不含超细陶瓷砖硅粉(a、b)的混凝土中，水泥浆与粗骨料界面区形成简图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参阅附图1和图2。

实施例1

一种陶瓷砖硅粉的制备方法，陶瓷砖硅粉的制备过程是采用陶瓷砖抛光污泥，通过立式烘干机烘干、分选，然后经成品捕集器收集获得富含二氧化硅并具有水化活性的辅助胶凝材料。

陶瓷砖抛光污泥含水率≤25％，立式烘干机用热风炉的烘干热源将陶瓷砖抛光污泥进行烘干。热风炉的出口温度500-600℃，循环风的温度70-80℃，热风炉产生的热风与循环风经混合后进入立式烘干机，烘干机入口的温度250-350℃。烘干后陶瓷砖硅粉采用分离器进行分选，分离成细粉和粗粉。细粉的粒度为比表面积≥800m²/kg，32μm筛余≤3.5％。

本实施例的具体实施过程：

水分满足烘干要求的陶瓷砖抛光污泥通过铲车进入卸车坑，然后通过胶带式定量给料机、胶带输送机、螺旋喂料机送入立式烘干机。通过螺旋喂料装置喂入新料和内循环的物料通过下料管落到转盘中心，转盘在其传动装置的驱动下作水平面旋转运动，撒落在转盘中心位置上的物料随转盘旋转，在离心力的连续驱使下物料不断向转盘外缘运动，离开转盘的物料遇到通过风环进入烘干机内的热气体后随之上升，经烘干机中部壳体进入到分离器中，在此过程中物料与热气体进行了充分的热交换，水分迅速被蒸发。

粗细不同的物料被提升的高度不同，只有合适粗细的物料才能提升到上部动态选粉区由分离器进行分选，分离成细粉和粗粉。细粉随气流通过选粉机进入成品捕集器进行细粉与气体的分离，收集下来的细粉通过空气输送斜槽、提升机输送至细粉库储存。而粗粉落入内锥体后经过溜子与翻板阀落到烘干机外部，然后经振动筛、空气输送斜槽、提升机输送至粗粉库储存。

烘干热源来自热风炉，其燃料为生物质颗粒。热风通过管道进入立式烘干机，出烘干机气体经成品捕集器净化后由系统风机排入大气，其中一部分作为循环风再次进入烘干机，达到节能减排的目的。

细粉和粗粉的比例，可以通过调节位于烘干机顶部分离器的转速来调整，以满足不同市场和客户的需要。该分离器的电机采用的是变频调速，因此转子的转数可以实现无级调节。

循环风与热风炉产生的热风经混合后进入立式烘干机，以满足烘干机对风温和风量的要求。由于循环风的温度在70-80℃，本身具有一定的热值，从而减少了燃料的使用，降低了热耗，而且也减少了排放的废气，从而减轻了对环境的污染。

所述的热风炉的出口温度控制在500-600℃，烘干机入口的温度控制在300℃左右，以上温度可以通过风管的阀门进行适度调节，从而达到满足生产的需要。

本发明使用陶瓷抛光污泥作为烘干原料。陶瓷抛光污泥是瓷砖经过刮平定厚、研磨抛光以及磨边倒角等一系列深加工之后，所产生的具有一定细度的粉体废料。由于其水分含量高，因此需要预先进行自然晾晒，满足烘干要求的物料方可进行烘干处理，水分含量成为限制烘干机产量的主要因素。如果有其它机械措施可以进一步降低水分含量和/或缩短脱水时间，将会使烘干机的产量得到显著提高。

实施例2

一种陶瓷砖硅粉的利用，其创新点是瓷砖硅粉作为水泥混合材和高性能混凝土掺合料应用。

瓷砖硅粉中粗粉作为水泥混合材应用，粒度比表面积≥800m²/kg、32μm筛余≤3.5％的细粉作为高性能混凝土掺合料应用。瓷砖硅粉中粗粉作为水泥混合材时，掺量质量比为20-40％；细粉作为高性能混凝土掺合料时，掺量质量比为20-40％。

本实施例的具体实施应用：

经烘干获得的陶瓷砖硅粉的活性试验，如表4

表4 陶瓷砖硅粉、粉煤灰、矿渣粉的抗压强度及活性指数

注：陶瓷砖硅粉的活性指数方法参照GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》。

分析表4的实验数据得知，陶瓷砖硅粉的28天活性指数达到了86％，比Ⅱ级粉煤灰的活性高，活性指数的实验表明陶瓷砖硅粉在技术上具备替代传统矿物掺和料应用于水泥和混凝土材料的可行性。

陶瓷砖硅粉、粉煤灰、矿渣粉与水泥分别单掺或两两复合与水泥复掺的砂浆流动度值、3d和28d强度值实验，如表5。

表5 各配方砂浆流动度值、3d和28d强度值

由表5可以看出，掺量均为30％的情况下，单掺陶瓷砖硅粉的水泥砂浆强度介于单掺矿粉和单掺粉煤灰水泥砂浆的强度之间，说明陶瓷砖硅粉对水泥砂浆的活性明显高于Ⅱ级粉煤灰，稍低于S95矿粉的活性。通过三种矿物掺和料两两复掺的水泥砂浆强度试验表明，20％陶瓷砖硅粉与20％矿粉复掺效果最好，与单掺40％陶瓷砖硅粉的水泥相比，28d强度提高了14％。一方面是因为陶瓷砖硅粉的活性优于粉煤灰，另一方面是因为陶瓷砖硅粉颗粒粒度小，能有效填充水泥和矿粉之间的空隙，使砂浆的密实度显著提高。从水泥砂浆流动度试验结果可以看出，因陶瓷砖硅粉颗粒粒度小单掺陶瓷砖硅粉会导致水泥砂浆流动度降低；而陶瓷砖硅粉和矿粉复掺时水泥砂浆流动性好于矿粉和粉煤灰复掺，导致这一结果的原因可能是陶瓷砖硅粉比矿粉和水泥的颗粒更细，能更好地填充在水泥和矿粉颗粒的空隙中从而使砂浆更密实，用于填充空隙的水减少而自由水增多使砂浆流动性有所改善。

混凝土配合比实验：

以计算配合比的水灰比为基数，调整出适合设计新拌性能要求的各个基准混凝土配合比，再上下各调整水灰比0.05，再相应调整其它材料用量，得到各3个试配混凝土配合比，经试配后得到如下试验结果(见表6)：

表6 试配混凝土材料用量及试配结果

由表6可以看出，掺量均为30％的情况下，单掺陶瓷砖硅粉的混凝土28天强度基本和单掺粉煤灰、纯基准水泥的强度相同，而明显高于单掺30％矿粉的混凝土强度。通过三种矿物掺和料两两复掺的混凝土强度试验表明，⑤⑥⑦三种状态下与⑧相比混凝土的强度的变化很小，基本在同一个等级线上。这说明陶瓷砖硅粉可以等量取代水泥和粉煤灰等混合材掺加到混凝土中，而且还优于矿渣，而不会对混凝土的强度产生影响。

Claims (8)

1.一种陶瓷砖硅粉的制备方法，其特征是：陶瓷砖硅粉的制备过程是采用陶瓷砖抛光污泥，通过立式烘干机烘干、分选，然后经成品捕集器收集获得富含二氧化硅并具有水化活性的辅助胶凝材料。

2.根据权利要求1所述的陶瓷砖硅粉的制备方法，其特征是：陶瓷砖抛光污泥含水率≤25％，立式烘干机用热风炉的烘干热源将陶瓷砖抛光污泥进行烘干。

3.根据权利要求2所述的陶瓷砖硅粉的制备方法，其特征是：热风炉的出口温度500-600℃，循环风的温度70-80℃，热风炉产生的热风与循环风经混合后进入立式烘干机，烘干机入口的温度250-350℃。

4.根据权利要求1所述的陶瓷砖硅粉的制备方法，其特征是：烘干后陶瓷砖硅粉采用分离器进行分选，分离成细粉和粗粉。

5.根据权利要求4所述的陶瓷砖硅粉的制备方法，其特征是：细粉的粒度为比表面积≥800m²/kg，32μm筛余≤3.5％。

6.根据权利要求1所述的陶瓷砖硅粉的利用，其特征是:瓷砖硅粉作为水泥混合材和高性能混凝土掺合料应用。

7.根据权利要求6所述的陶瓷砖硅粉的利用，其特征是：瓷砖硅粉中粗粉作为水泥混合材应用，粒度比表面积≥800m²/kg、32μm筛余≤3.5％的细粉作为高性能混凝土掺合料应用。

8.根据权利要求8所述的陶瓷砖硅粉的利用，其特征是：瓷砖硅粉中粗粉作为水泥混合材时，掺量质量比为20-40％；细粉作为高性能混凝土掺合料时，掺量质量比为20-40％。