CN105236933A

CN105236933A - 一种地质聚合物化学键合陶瓷墙地砖及其制备方法

Info

Publication number: CN105236933A
Application number: CN201510726467.9A
Authority: CN
Inventors: 胡海泉; 赖明�; 陈长清; 李月明; 王竹梅; 陈云霞; 曹春娥
Original assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Current assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2035-11-02
Also published as: CN105236933B

Abstract

本发明涉及一种地质聚合物化学键合陶瓷墙地砖及其制备方法，采用粉煤灰、抛光渣、过滤钢、铜渣等固废物及工业级化工原料；所述质量百分比：固废物60～75%、液态激发剂19～38%、基料添加剂1～3%、复合液态添加剂1～3%，经混合、过筛造粒等工序制备免烧墙地砖；由于免烧工艺的实施，可实现节能降耗，减少污染，且产品性能达烧制陶瓷砖国家标准；该地聚物陶瓷砖,无需引入煅烧高岭,经12～48h简易可行的特殊养护后，快速形成陶瓷键合三维网络体，使其达到且部分性能优于同类地聚物材料60日龄期水平，既不消耗有限矿产资源，又避免煅烧耗能。本发明可变废为宝，节能降耗显著，作为新型建材具有广阔应用前景。

Description

一种地质聚合物化学键合陶瓷墙地砖及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料制备技术领域，具体涉及一种地质聚合物化学键合陶瓷墙地砖及其制备方法。

背景技术

我国是建筑陶瓷生产大国，每年生产的瓷砖约30亿平方米，每平方米的质量20～24千克，每年约有6000～7200万吨的原料消耗。每平方米耗油约1.4～1.5升，每年耗油量达4.2～4.5亿升。由此可见传统建筑陶瓷生产过程中的能源消耗量是非常巨大的，而且瓷砖生产过程中需要经过1100～1220℃的高温烧成，烧成过程中同时也排放了大量的废气CO₂。CO₂加剧了温室效应，严重影响人们赖以生存的自然环境。

粉煤灰在我国主要是火力发电厂燃煤所产生的，我国粉煤灰排放量2006年达到3亿吨，目前堆存量超过10亿吨，预计粉煤灰年排放量在2020年将达到5亿吨。我国粉煤灰利用率虽然近些年来在不断提高，但排放量也在不断增加，其堆存量仍会继续增长。所以有效合理利用粉煤灰资源将会带来巨大的经济、环境效益。抛光渣作为抛光砖生产过程中的副产品，排放量随着建陶产业的发展而持续增加，不仅侵占土地，污染水源、空气、土壤，还容易堵塞地下水管网和腐蚀建筑等，因而提高抛光渣的综合利用率将有助于节约自然资源、保护环境、变废为宝、节能减排和促进循环经济的发展。同时，金属冶炼产物，如过滤钢渣、铜渣、锡渣、铝渣、翻模废砂和高炉废渣等固体废弃物也同样如此。若能将粉煤灰、抛光渣、过滤钢渣、铜渣、锡渣、铝渣、翻模废砂和高炉废渣等固体废弃物资源化将有巨大的环保、社会和经济价值。

地质聚合物是一种新型的无定形到半结晶状态的铝硅酸盐聚合材料，地质聚合物材料中的特殊硅氧四面体和铝氧四面体之间化学键合而形成三维网络结构，使其具有良好的耐火耐高温性、耐化学腐蚀性和力学性能。本地质聚合物材料是一种新型材料，制作过程中全部采用未经煅烧原料，且制作过程中不需要重新高温烧成，有助于节约能源和减少污染物质的排放，达到节能减排的目的；并且100%利用粉煤灰、抛光渣、过滤钢渣、铜渣、锡渣、铝渣、翻模废砂和高炉废渣等固体废弃物，变废为宝，资源循环利用，符合环境友好型战略要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、生产成本低廉、节能环保的地质聚合物化学键合陶瓷墙地砖及其制备方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种地质聚合物化学键合陶瓷墙地砖，其特征在于:采用固体废弃物及工业级化工原料为主要原料，所述原料质量百分比组成为：固体废弃物60～75%、液态激发剂19～38%、基料添加剂为1～3%、复合液态添加剂1～3%，经混合、过筛造粒、压制成型、养护、抛光、磨边获得陶瓷墙地砖制品。

所述固体废弃物为粉煤灰、抛光渣、过滤钢渣、铜渣、锡渣、铝渣、翻模废砂和高炉废渣中的一种或多种。

所述粉煤灰为火力发电厂燃煤排出的细度小于150目的粉体；所述抛光渣为建筑陶瓷生产过程中产生的，经均化、除杂质处理后，细度小于150目的粉体；所述过滤钢渣、铜渣、锡渣、铝渣、翻模废砂和高炉废渣均为细度小于150目的粉体。

所述液态激发剂的质量百分比组成为：氢氧化钠9～37%，水玻璃60～90%，所述水玻璃为模数为1.0～3.7的工业级钠水玻璃。

所述基料添加剂为CaCl₂、CaF₂、Na₂SO₄、CaO、MgO、Na₂SiF₆、Na₂CO₃中的一种或多种，所述基料添加剂为多种物质构成时，其各种物质的添加量相等。

所述复合液态添加剂为KOH、LiOH中的一种或两种，所述复合液态添加剂为两种物质构成时，其各种物质的添加量相等。

所述陶瓷墙地砖制品的性能指标为：抗折强度：50～80MPa；变形率：小于5%；热稳定性：200～20℃循环十次不开裂。

上述陶瓷墙地砖的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：在固体废弃物中加入一定量的基料添加剂，经搅拌或球磨得到混合均匀的基料；

步骤二：在液态激发剂中加入一定量的复合液态添加剂，经混合均匀后陈化24～48h获得复合液态激发剂；

步骤三：将步骤一制得的基料与步骤二制得的复合液态激发剂混合均匀后，依次经过过筛造粒、压制成型、养护、抛光、磨边，获得陶瓷墙地砖制品。

所述步骤三中压制成型的成型压强为25～50MPa，保压时间15～60s。

所述步骤三中养护的步骤为先在室温下养护4～16h，然后放入60～100℃的温度条件养护4～16h，最后在120～250℃的温度条件下养护4～16h。

本发明的创新点及有益效果如下：

（1）百分之百利用粉煤灰、抛光渣、过滤钢渣、铜渣、锡渣、铝渣、翻模废砂和高炉废渣制作化学键合墙地砖，将废物重新利用，变废为宝，完全符合环境友好、可持续发展战略要求；

（2）用粉煤灰、抛光渣、过滤钢渣、铜渣、锡渣、铝渣、翻模废砂和高炉废渣制作化学键合墙地砖，是对传统建陶的一大创新，突破了陶瓷需经过高温烧制的传统制作理念和技术瓶颈，节能减排；

（3）利用地质聚合物的高力学，耐高温、低导热、强耐化学腐蚀、耐久、低膨胀和低收缩等优良性能制作化学键合陶瓷墙地砖，与市场上的免烧砖和免烧板材相对比，有着安全无毒、成本低廉、性能优越与强度高等良好性能。因而地质聚合物化学键合墙地砖具有明显优越于传统烧成砖和免烧板材的性能且可用于制作面砖、耐磨地砖、功能型面砖、超低温釉面烧结基础砖等多种产品，因而具有巨大的潜在市场价值，便于生产实施，产业化应用推广。

附图说明

图1是本发明制备一种地质聚合物化学键合陶瓷墙地砖的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

一种地质聚合物化学键合陶瓷墙地砖的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：原料预处理：将粉煤灰经均化、除杂质预处理后备用；

步骤二：制粉：将经过预处理后的粉煤灰经110℃烘干后，干法球磨至过150目筛，筛余小于0.5%；

步骤三：复合液态激发剂配制：将氢氧化钠4g、模数为1.0的水玻璃19g、氢氧化钾1g，混合均匀后放置陈化24h；

步骤四：均匀混料、过筛造粒：将粉煤灰74g，CaCl₂2g，混合均匀后再将步骤三中配制好的复合液态激发剂加入，混合均匀后造粒；

步骤五：压制成型：将步骤四中得到的粉粒加入到压机内，在40MP的压强下压实，保压16s，获得半成品的化学键合陶瓷墙地砖；

步骤六：养护:将步骤五中得到的半成品墙地砖，依次经过室温、12h，80℃、8h和200℃、12h的条件下养护处理，再将养护后的砖做表面抛光、磨边和拣选处理，即得到化学键合陶瓷墙地砖。

获得的墙地砖的性能指标为：抗折强度：72.84MPa；变形率：4%；热稳定性：200～20℃循环十次不开裂。

实施例2

步骤一：原料预处理：将粉煤灰、抛光渣经均化，除杂质等预处理；

步骤二：制粉：将经过预处理后的粉煤灰、抛光渣经110℃烘干后干法球磨至过150目筛，筛余小于0.5%；

步骤三：复合液态激发剂配制：将氢氧化钠5g、模数为1.5的水玻璃4g、氢氧化钾0.5g、氢氧化锂0.5g，混合均匀后放置陈化35h；

步骤四：均匀混料、过筛造粒：将粉煤灰34g、抛光渣34g、CaO1g、MgO1g，混合均匀后再将步骤三中配制好的复合液态激发剂加入，混合均匀后造粒；

步骤五：压制成型：将步骤四中得到的粉粒加入到压机内，在25MP的压强下压实，保压30s，获得半成品的化学键合陶瓷墙地砖；

步骤六：养护:将步骤五中得到的半成品墙地砖，依次经过室温、8h，70℃、8h和140℃、8h的条件下养护处理，再将养护后的砖做表面抛光、磨边和拣选处理，即得到化学键合陶瓷墙地砖。

获得的墙地砖的性能指标为：抗折强度：58.28MPa；变形率：3%；热稳定性：200～20℃循环十次不开裂。

实施例3

步骤一：原料预处理：将粉煤灰、抛光渣、过滤钢渣经均化，除杂质等预处理；

步骤二：制粉：将经过预处理后的粉煤灰、抛光渣、过滤钢渣经110℃烘干后干法球磨至过200目筛，筛余小于0.5%；

步骤三：复合液态激发剂配制：将氢氧化钠5g、模数为2.0的水玻璃26g、氢氧化钾1g，混合均匀后放置陈化40h；

步骤四：均匀混料、过筛造粒：将粉煤灰30g、抛光渣30g、过滤钢渣5g、CaO1g、MgO1g、Na₂SO₄1g，混合均匀后再将步骤三中配制好的复合液态激发剂加入，混合均匀后造粒；

步骤五：压制成型：将步骤四中得到的粉粒加入到压机内，在50MP的压强下压实，保压40s，获得半成品的化学键合陶瓷墙地砖；

步骤六：养护:将步骤五中得到的半成品墙地砖，依次经过室温、12h，70℃、12h和150℃、12h的条件下养护处理，再将养护后的砖做表面抛光、磨边和拣选处理，即得到化学键合陶瓷墙地砖。

获得的墙地砖的性能指标为：抗折强度：62.51MPa；变形率：3%；热稳定性：200～20℃循环十次不开裂。

实施例4

步骤一：原料预处理：将粉煤灰、抛光渣、过滤钢渣、铝渣经均化，除杂质等预处理；

步骤二：制粉：将经过预处理后的粉煤灰、抛光渣、过滤钢渣、铝渣经110℃烘干后干法球磨至过200目筛，筛余小于0.5%；

步骤三：复合液态激发剂配制：将氢氧化钠5g、模数为3.2的水玻璃25g、氢氧化钾1g、氢氧化锂1g，混合均匀后放置陈化48h；

步骤四：均匀混料、过筛造粒：将粉煤灰30g、抛光渣30g、过滤钢渣3g、铝渣3g、CaO0.5g、MgO0.5g、Na₂SO₄0.5g、Na₂SiF₆0_.5g，混合均匀后再将步骤三中配制好的复合液态激发剂加入，混合均匀后造粒；

步骤五：压制成型：将步骤四中得到的粉粒加入到压机内，在30MP的压强下压实，保压50s，获得半成品的化学键合陶瓷墙地砖；

步骤六：养护:将步骤五中得到的半成品墙地砖，依次经过室温、12h，80℃、8h和150℃、12h的条件下养护处理，再将养护后的砖做表面抛光、磨边和拣选处理，即得到化学键合陶瓷墙地砖。

获得的墙地砖的性能指标为：抗折强度：58.82MPa；变形率：2%；热稳定性：200～20℃循环十次不开裂。

Claims

1.一种地质聚合物化学键合陶瓷墙地砖，其特征在于:采用固体废弃物及工业级化工原料为主要原料,所述原料质量百分比组成为：固体废弃物60～75%、液态激发剂19～38%、基料添加剂为1～3%、复合液态添加剂1～3%，经混合、过筛造粒、压制成型、养护、抛光、磨边获得陶瓷墙地砖制品。

2.根据权利要求1所述的陶瓷墙地砖，其特征在于：所述固体废弃物为粉煤灰、抛光渣、过滤钢渣、铜渣、锡渣、铝渣、翻模废砂和高炉废渣中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的陶瓷墙地砖，其特征在于：所述粉煤灰为火力发电厂燃煤排出的细度小于150目的粉体；所述抛光渣为建筑陶瓷生产过程中产生的，经均化、除杂质处理后，细度小于150目的粉体；所述过滤钢渣、铜渣、锡渣、铝渣、翻模废砂和高炉废渣均为细度小于150目的粉体。

4.根据权利要求1所述的陶瓷墙地砖，其特征在于：所述液态激发剂的质量百分比组成为：氢氧化钠9～37%，水玻璃60～90%，所述水玻璃为模数为1.0～3.7的工业级钠水玻璃。

5.根据权利要求1所述的陶瓷墙地砖，其特征在于：所述基料添加剂为CaCl₂、CaF₂、Na₂SO₄、CaO、MgO、Na₂SiF₆、Na₂CO₃中的一种或多种，所述基料添加剂为多种物质构成时，其各种物质的添加量相等。

6.根据权利要求1所述的陶瓷墙地砖，其特征在于：所述复合液态添加剂为KOH、LiOH中的一种或两种，所述复合液态添加剂为两种物质构成时，其各种物质的添加量相等。

7.根据权利要求1所述的陶瓷墙地砖，其特征在于：所述陶瓷墙地砖制品的性能指标为：抗折强度：50～80MPa；变形率：小于5%；热稳定性：200～20℃循环十次不开裂。

8.根据权利1—7任一所述陶瓷墙地砖的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤三：将步骤一制得的基料与步骤二制得的复合液态激发剂混合均匀后，依次经过过筛造粒、压制成型、养护、抛光、磨边获得陶瓷墙地砖制品。

9.根据权利要求8所述的陶瓷墙地砖的制备方法，其特征在于：所述步骤三中压制成型的成型压强为25～50MPa，保压时间15～60s。

10.根据权利要求8所述的陶瓷墙地砖的制备方法，其特征在于：所述步骤三中养护的步骤为依次为室温养护4～16h，60～100℃养护4～16h，120～250℃养护4～16h。