CN106187090A - 一种利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，其特征在于，所述湿法成型所用的浆料由下列重量份的原料制成：花岗岩粉料：50‑70份、水：30‑50份、刺槐豆胶与海藻酸钠：1份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：0.5‑2份。本发明还涉及上述陶瓷的制备方法。本发明采用全瘠性料花岗岩制备建筑陶瓷，缓解了粘土等传统陶瓷原料的日益短缺问题，与同类建筑陶瓷相比价格更低，可带来更高的经济效益，为建陶行业开发了储量巨大、廉价易得的替代原料。本发明的制备方法可用于制备玻化砖、抛光砖、仿古砖等建筑陶瓷。

Description

一种利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑陶瓷技术领域，具体地说，是一种利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷及其制备方法。
背景技术
中国世界上最大的建筑陶瓷生产和出口第一大国，据统计，2013年全国建筑陶瓷总产量超过90亿平方米，按消耗原材料20～24kg/m2计算，需要原材料1.8～2.1亿t；按耗电5kWh/m2计算，电耗为450亿kWh，建筑陶瓷生产企业通常都是高消耗、高污染型企业。传统用以生产陶瓷原料主要是粘土、长石及石英。陶瓷粘土是适用于作陶瓷原料用的粘土总称，主要由高岭土组成。其特点是一般具有高的粘结力、可塑性和良好的烧结性能，在1360℃时能烧成白色的坯，烧结温度和耐火度间隔大，焙烧后无疤痕和斑点，化学成分中FeO、Fe2O3、TiO2等有害杂质含量甚微。它是制造各种工业技术陶瓷、建筑卫生陶瓷和日用陶瓷的主要原料。但目前用以生产陶瓷的优质粘土已经日益枯竭，佛山、景德镇等地区粘土已经开采殆尽，陶瓷产业正逐渐向内地转移。中国内地按照目前粘土的开采速度，内地自然粘土资源在30年后也将被开采完。
花岗岩是由火山爆发的岩浆在地底下经高压慢慢冷却凝固后形成的火成岩[1]。由于花岗岩有硬度高、耐磨损、难以被酸碱或风化作用侵蚀的特性，常被加工成建筑材料。又由于其颜色美观、品种多样，被广泛应用于建筑物的装饰工程和家具装饰品，如纪念碑、雕刻、地面砖、花岗岩家具等。通常来说花岗岩的主要是由石英、长石及少量的白云母组成，一般石英含量约为20％～35％，长石含量为55％～70％。我国是世界上主要的花岗岩资源大国和生产大国，据《96中国矿产资源报告》不完全统计，中国花岗岩矿产资源总量约为230～240立方平米，目前探明的储量仅占资源总量的4％。
由于花岗岩属于瘠性原料，利用花岗岩湿法成型制备建筑陶瓷的关键在于制备固相含量高、粘度低、分散性能好、稳定性能好的陶瓷浆料，同时在湿法成型后陶瓷生坯具有一定的生坯强度(至少大于2MPa)。中国专利2014103679391公开了一种用花岗岩废料湿法浇注成型制备建筑陶瓷的方法，采用花岗岩废料为主要原料，水为分散介质，外加卡拉胶、田箐胶、低分子聚丙烯酸钠为添加剂混合得到浆料，然后采用湿法浇注成型工艺制得建筑陶瓷砖坯体，经干燥、修坯后在1140-1180℃烧制，冷却后得到抗折强度为50-70MPa的建筑陶瓷砖。该专利使用卡拉胶、田箐胶做为胶凝剂成型，所制备的生坯强度最高只有1.9MPa，且其没有涉及到陶瓷浆料的流动性能评价。我们知道，使用高分子胶成型由于胶溶解后会急剧增加液相的粘度，通常粘度小于1000mpa·s的浆料可以流动，粘度小于500mpa·s的浆料具有较好的流动性。而粘度大于1000mpa·s的浆料较难流动，难以用于大规模煎煮陶瓷的生产。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷。
本发明的再一的目的是，提供如上所述建筑陶瓷的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，所述湿法成型所用的浆料由下列重量份的原料制成：
花岗岩粉料：50-70份、
水：30-50份、
刺槐豆胶与海藻酸钠：1份、
腐植酸钠与六偏磷酸钠：0.5-2份。
优选地，所述湿法成型所用的浆料由下列重量份的原料制成：
花岗岩粉料：50-60份、
水：40-50份、
刺槐豆胶与海藻酸钠：1份、
腐植酸钠与六偏磷酸钠：0.5-2份。
优选地，所述湿法成型所用的浆料由下列重量份的原料制成：
花岗岩粉料：55份、
水：45份、
刺槐豆胶与海藻酸钠：1份、
腐植酸钠与六偏磷酸钠：1份。
所述湿法成型包含如下步骤：
(1)将花岗岩粗颗粒与水、球磨子按照1:2:1的比例放入球磨罐中球磨8h，将球磨好的浆料烘干，过160-250目筛，得花岗岩粉料；
(2)将刺槐豆胶与海藻酸钠溶解在水中，配置成质量分数为1-5％的溶液，然后放在磁力搅拌机中加热40-60℃搅拌，得到预配液；
(3)将制备好的花岗岩粉料与水、腐植酸钠、六偏磷酸钠按照比例配料，在40-60℃搅拌混合均匀，然后与2制备的预配液按比例混合，加热搅拌半小时然后注入模具中；
(4)待浆料冷却后60-80℃烘干，然后脱模；
(5)将脱模后的生坯在1140-1180℃下烧成，得到成品陶瓷。
优选地，所述步骤3所用的模具为金属模具。
优选地，所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。
优选地，所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
所述浆料浇注成型后干燥的生坯强度大于2.5MPa。
所述浆料的在固相含量为40-60％条件下浆料粘度为300-500mpa·s。
为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：
如上任一所述的花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
(1)将花岗岩粗颗粒与水、球磨子按照1:2:1的比例放入球磨罐中球磨8h，将球磨好的浆料烘干，过160-250目筛，得花岗岩粉料；
(2)将刺槐豆胶与海藻酸钠溶解在水中，配置成质量分数为1-5％的溶液，然后放在磁力搅拌机中加热40-60℃搅拌，得到预配液；
(3)将制备好的花岗岩粉料与水、腐植酸钠、六偏磷酸钠按照比例配料，在40-60℃搅拌混合均匀，然后与2制备的预配液按比例混合，加热搅拌半小时然后注入模具中；
(4)待浆料冷却后60-80℃烘干，然后脱模；
(5)将脱模后的生坯在1140-1180℃下烧成，得到成品陶瓷。
本发明优点在于：
1、本发明的技术不仅可以简化陶瓷成型过程、降低制备成本，而且提高了制品的成份和组织均匀性。
2、本发明采用全瘠性料花岗岩制备建筑陶瓷，缓解了粘土等传统陶瓷原料的日益短缺问题，与同类建筑陶瓷相比价格更低，可带来更高的经济效益，为建陶行业开发了储量巨大、廉价易得的替代原料。
3、本发明将来源广泛、价格便宜、绿色环保和可再生的胶体应用于建筑陶瓷的成型中，不仅为制备传统陶瓷材料的湿法成型技术开创了新的途径，而且避免了建筑陶瓷生产过程中大吨位压机、喷雾塔等高能耗设备的使用，简化了建筑陶瓷生产过程，将生态环境材料这一新兴交叉学科引入了传统陶瓷制备的一个新的尝试。
4、本发明制备陶瓷生坯强度大于2.5MPa，同时浆料的粘度小于500mpa·s。
5、本发明制备的陶瓷结构紧密、孔隙率小，烧结后抗折强度高。
附图说明
附图1为不同种类的胶体所制备的生坯照片。
附图2为实施例1制备的成品陶瓷SEM照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(一)
花岗岩粉料：55份、水：45份、刺槐豆胶与海藻酸钠：1份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：1份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例2 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(二)
花岗岩粉料：50份、水：50份、刺槐豆胶与海藻酸钠：0.5份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：2份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例3 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(三)
花岗岩粉料：70份、水：30份、刺槐豆胶与海藻酸钠：2份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：0.5份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例4 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(四)
花岗岩粉料：50份、水：30份、刺槐豆胶与海藻酸钠：0.5份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：0.5份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例5 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(五)
花岗岩粉料：55份、水：45份、刺槐豆胶与海藻酸钠：0.5份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：1份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例6 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(六)
花岗岩粉料：70份、水：50份、刺槐豆胶与海藻酸钠：0.5份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：0.5份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例7 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(七)
花岗岩粉料：70份、水：50份、刺槐豆胶与海藻酸钠：2份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：0.5份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例8 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(八)
花岗岩粉料：70份、水：50份、刺槐豆胶与海藻酸钠：2份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：2份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例9 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(九)
花岗岩粉料：55份、水：45份、刺槐豆胶与海藻酸钠：2份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：1份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例10 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(十)
花岗岩粉料：60份、水：40份、刺槐豆胶与海藻酸钠：0.5份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：0.5份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例11 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(十一)
花岗岩粉料：60份、水：50份、刺槐豆胶与海藻酸钠：1份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：2份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例12 本发明利用花岗岩废料湿法成型的原料(十二)
花岗岩粉料：52份、水：45份、刺槐豆胶与海藻酸钠：1份、腐植酸钠与六偏磷酸钠：2份。所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
实施例13 本发明利用花岗岩废料湿法成型建筑陶瓷的制备
将实施例1-12所制备的原料按照下列方法湿法浇注成型制备建筑陶瓷：
(1)将花岗岩粗颗粒与水、球磨子按照1:2:1的比例放入球磨罐中球磨8h，将球磨好的浆料烘干，过160-250目筛，得花岗岩粉料；
(2)将刺槐豆胶与海藻酸钠溶解在水中，配置成质量分数为1-5％的溶液，然后放在磁力搅拌机中加热40-60℃搅拌，得到预配液；
(3)将制备好的花岗岩粉料与水、腐植酸钠、六偏磷酸钠按照比例配料，在40-60℃搅拌混合均匀，然后与2制备的预配液按比例混合，加热搅拌半小时然后注入金属模具中；
(4)待浆料冷却后60-80℃烘干，然后脱模；
(5)将脱模后的生坯在1140-1180℃下烧成，得到成品陶瓷。
实施例14 性能测试
一、抗折强度的测定
陶瓷材料抗折强度极限是指受到外力作用下到破坏时的最大应力。抗折强度是陶瓷材料的重要力学性质之一，具有一定强度的陶瓷素坯不仅能有效避免陶瓷生产过程中因为搬动而破碎，而且高强度的陶瓷制品能提高其使用时间。抗折强度在DWD-10型微机控制电子万能实验仪上进行，采用三点抗弯曲法测试材料的抗折强度，试样尺寸为10×10×60mm，跨距20mm，加载速率为0.5mm/min。每次取3组样品检测，取平均值，计算公式：R＝3PL/(2bh2)。
式中R——抗折强度(MPa)；
P——样品断裂时承受的负荷(N)；
L——跨距，即支点间的距离(mm)；
b——试样宽度(mm)；
h——试样的截面厚度(mm)。
二、浆料粘度的测试
浆料粘度使用上海尼润智能科技有限公司的SNB-2型数字式粘度计进行测量，测量温度为水浴50℃。
将实施例1-13的组分进行性能测试，测试结果如下表所示
组别 浆料粘度(mpa·s) 生坯抗折强度(MPa) 烧结后抗折强度(MPa)
实施例1 357.5 3.45 88
实施例2 342.6 3.15 72
实施例3 493.6 3.22 73
实施例4 485.7 3.35 71
实施例5 480.2 3.04 69
实施例6 378.1 2.81 70
实施例7 360.6 2.93 73
实施例8 380.7 3.47 75
实施例9 453.3 3.34 74
从表中的结果可以看出，本发明原料所制备浆料粘度均在500mpa·s以下，这说明浆料具有很好的流动性。同时，浆料浇注成型后干燥的生坯强度均在2.5MPa以上，这说明使用湿法浇筑成型所制备的生坯具有较高的强度，能满足大批量工业陶瓷生产的需要。烧结后成品陶瓷的抗折强度在69-88MPa之间，满足了成品陶瓷的抗折强度要求。
对比例
实施例1-13的组方是发明人通过大量实验筛选的，为了便于对比，将其中对粘度及抗折强度影响较大的因素列举如下：
一、不同种类的胶体对生坯的影响
筛选的胶体如下：海藻酸钠、卡拉胶、刺槐豆胶、黄原胶、田箐胶、瓜尔豆胶、果胶、魔芋胶、亚麻籽胶。
按照下表的组分配比，利用湿法浇注成型制备条形生坯样品。
注：-表示抗折强度过低，机器无法读取数据。
成型后生坯照片如图1所示，可以看到，只有对比例1、2、7、8才能成型出较完整的配体，而对比例子3、4、5、6成型的坯体有较大缺陷。同时可以看到，所有对比例所制备的生坯强过低，最高只有0.73MPa，显然单独使用一种胶体无法满足生坯强度的生产要求。
二、不同两种胶体配比对生坯的影响
使用不同胶体两两按照1:1的重量份配比，由于实验数据较多，此处只列举出生坯强度大于1.0的配比数据。组分及结果如下表所示。
从表中的结果可以看出，选用卡拉胶、田箐胶、刺槐豆胶、海藻酸钠两两配比能显著增加生坯强度，且选择刺槐豆胶与海藻酸钠两两配比对生坯强度增加效果最好。
三、不同胶体比例对生坯的影响
选择刺槐豆胶与海藻酸钠复配，测试不同配比对生坯强度的影响
从表中的结果可以看出，选择刺槐豆胶与海藻酸钠复配，当刺槐豆胶与海藻酸钠质量比为2:1时，所制备的陶瓷生坯强度最高。
四、不同分散剂对浆料的影响
分别在固相量为53％，刺槐豆胶与海藻酸钠(2:1)添加量为1.4％的浆料中分别加入腐植酸钠、柠檬酸钠、碳酸钠、六偏磷酸钠、低分子聚丙烯酸钠，分别观察浆料的流动性如下表所示：
注：当浆料粘度大于1000mpa·s，表示无法流动；当浆料粘度介于500-1000mpa·s时，表示流动性能差；当浆料粘度小于500mpa·s时，表示流动性能好。
从表中的结果可以看到，单独使用一种分散剂时，浆料流动性差。
五、选择腐植酸钠与六偏磷酸钠复配对浆料的影响
分别在固相量为53％,刺槐豆胶与海藻酸钠(2:1)添加量为1.4％的浆料中外加不同比例的腐植酸钠与六偏磷酸钠(外加量为1％)。
注：当浆料粘度大于1000mpa·s，表示无法流动；当浆料粘度介于500-1000mpa·s时，表示流动性能差；当浆料粘度小于500mpa·s时，表示流动性能好。
从表中的结果可以看到，当腐植酸钠与六偏磷酸钠质量比为1:1时，浆料的流动性能最好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，其特征在于，所述湿法成型所用的浆料由下列重量份的原料制成：
花岗岩粉料：50-70份、
水：30-50份、
刺槐豆胶与海藻酸钠：1份、
腐植酸钠与六偏磷酸钠：0.5-2份。
2.根据权利要求1所述利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，其特征在于，所述湿法成型所用的浆料由下列重量份的原料制成：
花岗岩粉料：50-60份、
水：40-50份、
刺槐豆胶与海藻酸钠：1份、
腐植酸钠与六偏磷酸钠：0.5-2份。
3.根据权利要求1所述利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，其特征在于，所述湿法成型所用的浆料由下列重量份的原料制成：
花岗岩粉料：55份、
水：45份、
刺槐豆胶与海藻酸钠：1份、
腐植酸钠与六偏磷酸钠：1份。
4.根据权利要求1所述利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，其特征在于，所述湿法成型包含如下步骤：
(1)将花岗岩粗颗粒与水、球磨子按照1:2:1的比例放入球磨罐中球磨8h，将球磨好的浆料烘干，过160-250目筛，得花岗岩粉料；
(2)将刺槐豆胶与海藻酸钠溶解在水中，配置成质量分数为1-5％的溶液，然后放在磁力搅拌机中加热40-60℃搅拌，得到预配液；
(3)将制备好的花岗岩粉料与水、腐植酸钠、六偏磷酸钠按照比例配料，在40-60℃搅拌混合均匀，然后与2制备的预配液按比例混合，加热搅拌半小时然后注入模具中；
(4)待浆料冷却后60-80℃烘干，然后脱模；
(5)将脱模后的生坯在1140-1180℃下烧成，得到成品陶瓷。
5.根据权利要求4所述利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，其特征在于，所述步骤3所用的模具为金属模具。
6.根据权利要求1所述利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，其特征在于，所述刺槐豆胶与海藻酸钠的质量比为2:1。
7.根据权利要求1所述利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，其特征在于，所述腐植酸钠与六偏磷酸钠的质量比为1:1。
8.根据权利要求1所述利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，其特征在于，所述浆料浇注成型后干燥的生坯强度大于2.5MPa。
9.根据权利要求1所述利用花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷，其特征在于，所述浆料的在固相含量为40-60％条件下浆料粘度为300-500mpa·s。
10.权利要求1-10任一所述的花岗岩废料湿法成型的建筑陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将花岗岩粗颗粒与水、球磨子按照1:2:1的比例放入球磨罐中球磨8h，将球磨好的浆料烘干，过160-250目筛，得花岗岩粉料；
(2)将刺槐豆胶与海藻酸钠溶解在水中，配置成质量分数为1-5％的溶液，然后放在磁力搅拌机中加热40-60℃搅拌，得到预配液；
(3)将制备好的花岗岩粉料与水、腐植酸钠、六偏磷酸钠按照比例配料，在40-60℃搅拌混合均匀，然后与2制备的预配液按比例混合，加热搅拌半小时然后注入模具中；
(4)待浆料冷却后60-80℃烘干，然后脱模；
(5)将脱模后的生坯在1140-1180℃下烧成，得到成品陶瓷。
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