CN106365603B - 一种粉煤灰基瓷质砖的制备方法 - Google Patents

一种粉煤灰基瓷质砖的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粉煤灰基瓷质砖的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)原料处理：对粉煤灰进行除铁，除铁后粉煤灰与碱液混合，在50‑120℃下搅拌反应0.5‑10h，所得料浆固液分离并烘干后得到改性粉煤灰；2)将步骤1)中所得改性粉煤灰与高岭土、膨润土、长石、石英按照配比混合，加入水和电解质，入球磨机球磨，得到均匀的浆液，所得浆液过筛后干燥成颗粒状物料，进入料仓陈腐1‑3日得固体粉料备用；3)将步骤2)中所得固体粉料在压力下成型，成型后坯体烘干；4)将步骤3)中烘干所得坯体在高温下烧制冷却得到瓷质砖。本发明制备所得瓷质砖吸水率小于0.5％、抗折强度远大于35MPa，符合GB/T4100‑2006质量要求。

Description

一种粉煤灰基瓷质砖的制备方法
技术领域
本发明属于固体废物综合利用和陶瓷材料生产领域，具体地，本发明涉及一种工业固体废弃物的利用方法，具体而言是大批量利用电厂废弃物粉煤灰制备瓷质砖的方法。
背景技术
粉煤灰是煤燃烧后形成的粉状颗粒，是一种燃煤电厂在生产过程中产生的固体废弃物。随着我国电力工业的迅速发展，粉煤灰排放量大幅增加。2010年我国粉煤灰排放量为4.8亿吨，2015年预计达到5.8亿吨。由于产生量大、产地集中且有效利用不足，粉煤灰大量堆存，目前累计堆存量已近30亿吨，粉煤灰已成为我国最大单一固体污染源。粉煤灰的处置越来越受到整个社会的关注。
近年来，我国房地产行业迅猛发展，与此相关联的陶瓷砖生产行业也发生着日新月异的变化。然而随着陶瓷砖产量的大幅增长，其主要生产原料粘土也日益匮乏。陶瓷砖生产行业原料供需矛盾日益突出。
针对这种粉煤灰利用不足，陶瓷砖生产原料资源紧缺的问题，众多科研工作者与陶瓷生产厂家进行了积极的研究，成功地将粉煤灰资源利用到了陶瓷砖生产过程当中，实现了粉煤灰的高附加值资源化利用。
中国专利申请CN103172351A公开了一种粉煤灰炻瓷制品，粉煤灰掺量可达到50％-60％；中国专利CN103833330A公开了一种高铝粉煤灰制备瓷质砖的方法，其掺量达到30-75％。中国专利CN103833331A公开了一种利用高铝粉煤灰制备陶质砖的方法。然而粉煤灰是高温燃烧后的脊性物质，其可塑性极低。当大量掺加至陶瓷砖坯体后坯体容易碎裂，使得粉煤灰基陶瓷砖不适用于现实生产流程。传统干燥合格率仅为85％左右。这限制了粉煤灰大量地掺加于陶瓷砖坯体。针对这一问题，科研工作者进行了广泛的实验探索。
中国专利申请CN103936398A公布了一种利用粉煤灰制备陶瓷地板的方法。其粉煤灰加入量范围为20-70％，其采用高压方式解决粉煤灰可塑性差的问题，成型压力可高达60MPa，其烧成过程历时2-8h。中国专利申请CN104129972A公布了一种高效节能的粉煤灰烧结砖的制备，采用了多次搅拌、强制混合等手段提高了产品的稳定性，解决了粉煤灰砖在干燥过程中码坯强度低和易变形的问题。但上述专利申请中所制得的坯体容易碎裂，成品率低。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种粉煤灰基瓷质砖的制备方法，该方法可提高粉煤灰可塑性，将粉煤灰大量掺加在陶瓷砖坯体中，使坯体不易碎裂，且能实现快烧流程，从而达到实现粉煤灰高附加值利用的目的，缓解陶瓷生产原料日益紧缺的现状。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种粉煤灰基瓷质砖的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)原料处理：采用磁选机或其他方法对粉煤灰进行除铁，除铁后粉煤灰与碱液混合，在50-120℃下搅拌反应0.5-10h，所得料浆固液分离并烘干后得到改性粉煤灰；
2)将步骤1)中所得改性粉煤灰与高岭土、膨润土、长石、石英按照配比混合，加入水以及电解质，入球磨机球磨，得到均匀的浆液，所得浆液过筛后干燥成颗粒状物料，进入料仓陈腐1-3日得固体粉料备用；
3)将步骤2)中所得固体粉料在压力下成型，成型后坯体烘干；
4)将步骤3)中烘干所得坯体在高温下烧制冷却得到瓷质砖。
优选地，步骤1)所采用碱液中Na2O浓度为50-300g/L。
优选地，步骤2)中的原料配比为：改性粉煤灰30-80％、长石10-50％、膨润土0-10％、高岭土0-40％、石英0-10％。
优选地，步骤2)中水的加入量为浆液总质量的20-50％。
优选地，步骤2)中加入的电解质选自水玻璃、三聚磷酸钠、碳酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种，电解质加入量为浆液总质量的0-1％。在本发明中，电解质可以加入也可以不加入。
优选地，步骤2)中，球磨后浆液经250目筛后筛余小于1.0％。
优选地，步骤3)中，成型压力为30-60MPa。
优选地，步骤4)中，坯体烧制温度范围为1100-1300℃，烧制温度保温0.1-2h。
本发明中，经过前期改性后粉煤灰具有一定可塑性，使得干燥合格率达到99％以上。
本发明具有如下的优点和特点：
1、通过碱液预处理提升了粉煤灰的可塑性，解决了粉煤灰基陶瓷砖在生产过程中坯体强度低的问题，成功地将干燥合格率从85％提升到99％以上，突破了粉煤灰利用于陶瓷砖生产时瓶颈难题，为实现粉煤灰的更大掺量提供了可行方法。
2、实现了粉煤灰的高附加值利用，解决了大量粉煤灰堆积污染环境的问题，同时也为粘土资源找到了良好的替代资源，具有重要的经济、社会和环保意义。
3、本发明采用的成型压力低、烧成工艺快，可大范围节省陶瓷砖生产过程中的能耗，同时也有利于在实践中推广。
4、本发明制备所得瓷质砖吸水率小于0.5％、抗折强度远大于35MPa，符合GB/T4100-2006质量要求。本发明成功解决了传统粉煤灰陶瓷坯体干燥过程中码坯强度低和易变形等问题，粉煤灰的掺量可加大至80％，实现了粉煤灰高附加值利用，具有巨大的工业化应用前景。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实例采用山西长治某电厂粉煤灰，其主要成分为49.60％的SiO2、35.66％的Al2O3和3.48％的Fe2O3。参见图1，将除铁后粉煤灰在浓度为300g/L，温度为100℃的NaOH溶液预处理0.5h。处理后粉煤灰主要成分为45.46％的SiO2、34.66％的Al2O3和2.31％的Fe2O3。使用坯体配方为：50％改性粉煤灰、25％长石及25％高岭土，按照配方配料后，加入35％(球磨后浆液总质量的35％，其他实施例中水的添加量定义相同)的水，球磨至化为均匀浆液(球磨后浆液经250目筛后筛余小于1.0％)，并将浆液过筛，获得浆体干燥后得到均匀颗粒，将得到颗粒粉体陈腐24h。陈腐后干压成型，成型压力为30MPa，成型后干燥(干燥合格率99.5％，坯体抗折6.03MPa，满足日常生产需要)。干燥后烧成，烧成温度为1200℃，保温0.5h。冷却后得到瓷砖产品，其抗折强度为60.34MPa、吸水率0.3％。
实施例2
本实例采用山西长治某电厂粉煤灰，其主要成分为49.60％的SiO2、35.66％的Al2O3和3.48％的Fe2O3。将除铁后粉煤灰在浓度为50g/L，温度为120℃的NaOH溶液预处理10h。处理后粉煤灰主要成分为39.49％的SiO2、37.48％的Al2O3和2.38％的Fe2O3。使用坯体配方为：75％改性粉煤灰、13％长石、10％高岭土及2％膨润土，按照配方配料后，加入35％的水，加入1％的三聚磷酸钠，球磨至化为均匀浆液(球磨后浆液经250目筛后筛余小于1.0％)，并将浆液过筛。获得浆体干燥后得到均匀颗粒，将得到颗粒粉体陈腐24h。陈腐后干压成型，成型压力为40MPa，成型后干燥(干燥合格率99.3％，坯体抗折3.64MPa，满足日常生产需要)。干燥后烧成，烧成温度为1300℃，保温0.1h。冷却后得到瓷砖产品，其抗折强度为41.23MPa、吸水率0.45％。
实施例3
本实例采用内蒙古某电厂粉煤灰，其主要成分为39.04％的SiO2、48.19％的Al2O3和2.19％的Fe2O3。将除铁后粉煤灰在浓度为300g/L，温度为50℃的NaOH溶液预处理8h。处理后粉煤灰主要成分为30.24％的SiO2、52.37％的Al2O3和1.48％的Fe2O3。使用坯体配方为：30％改性粉煤灰、20％长石、40％高岭土及10％石英，按照配方配料后，加入40％的水，加入1％的水玻璃，球磨至化为均匀浆液(球磨后浆液经250目筛后筛余小于1.0％)，并将浆液过筛。获得浆体干燥后得到均匀颗粒，将得到颗粒粉体陈腐24h。陈腐后干压成型，成型压力为40MPa，成型后干燥(干燥合格率99.6％，坯体抗折4.36MPa，满足日常生产需要)。干燥后烧成，烧成温度为1200℃，保温1h。冷却后得到瓷砖产品，其抗折强度为36.69MPa、吸水率0.5％。
实施例4
本实例采用山东德州某电厂粉煤灰，其主要化学成分为：47.05％的SiO2、33.49％的Al2O3和8.78％的Fe2O3将除铁后粉煤灰在浓度为150g/L，温度为100℃的NaOH溶液预处理2h。处理后粉煤灰主要成分为41.82％的SiO2、32.48％的Al2O3和4.02％的Fe2O3。使用坯体配方为80％改性粉煤灰、18％长石及2％膨润土，按照配方配料后，加入50％的水，球磨至化为均匀浆液(球磨后浆液经250目筛后筛余小于1.0％)，并将浆液过筛。获得浆体干燥后得到均匀颗粒，将得到颗粒粉体陈腐24h。陈腐后干压成型，成型压力为60MPa，成型后干燥(干燥合格率99.1％，坯体抗折3.52MPa，满足日常生产需要)。干燥后烧成，烧成温度为1100℃，保温1h。冷却后得到瓷砖产品，其抗折强度为49.54MPa、吸水率0.5％。
实施例5
本实例采用内蒙古某电厂粉煤灰，其主要成分为39.04％的SiO2、48.19％的Al2O3和2.19％的Fe2O3。将除铁后粉煤灰在浓度为300g/L，温度为50℃的NaOH溶液预处理8h。处理后粉煤灰主要成分为30.24％的SiO2、52.37％的Al2O3和1.48％的Fe2O3。使用坯体配方为：30％改性粉煤灰、50％长石、10％高岭土、10％膨润土，按照配方配料后，加入40％的水，加入1％的三聚磷酸钠，球磨至化为均匀浆液(球磨后浆液经250目筛后筛余小于1.0％)，并将浆液过筛。获得浆体干燥后得到均匀颗粒，将得到颗粒粉体陈腐24h。陈腐后干压成型，成型压力为40MPa，成型后干燥(干燥合格率99.2％，坯体抗折2.46MPa，满足日常生产需要)。干燥后烧成，烧成温度为1200℃，保温2h。冷却后得到瓷砖产品，其抗折强度为39.82MPa、吸水率0.5％。
实施例6
本实例采用山西长治某电厂粉煤灰，其主要成分为49.60％的SiO2、35.66％的Al2O3和3.48％的Fe2O3。参见图1，将除铁后粉煤灰在浓度为300g/L，温度为100℃的NaOH溶液预处理0.5h。处理后粉煤灰主要成分为45.46％的SiO2、34.66％的Al2O3和2.31％的Fe2O3。使用坯体配方为：80％改性粉煤灰、10％长石及10％膨润土，按照配方配料后，加入35％的水和0.5％的十二烷基苯磺酸钠，球磨至化为均匀浆液(球磨后浆液经250目筛后筛余小于1.0％)，并将浆液过筛。获得浆体干燥后得到均匀颗粒，将得到颗粒粉体陈腐24h。陈腐后干压成型，成型压力为30MPa，成型后干燥(干燥合格率99.5％，坯体抗折4.25MPa，满足日常生产需要)。干燥后烧成，烧成温度为1200℃，保温0.5h。冷却后得到瓷砖产品，其抗折强度为38.65MPa、吸水率0.5％。
实施例7
本实例采用山西长治某电厂粉煤灰，其主要成分为49.60％的SiO2、35.66％的Al2O3和3.48％的Fe2O3。参见图1，将除铁后粉煤灰在浓度为300g/L，温度为100℃的NaOH溶液预处理0.5h。处理后粉煤灰主要成分为45.46％的SiO2、34.66％的Al2O3和2.31％的Fe2O3。使用坯体配方为：50％改性粉煤灰、25％长石及20％高岭土以及5％石英，按照配方配料后，加入35％的水，球磨至化为均匀浆液(球磨后浆液经250目筛后筛余小于1.0％)，并将浆液过筛。获得浆体干燥后得到均匀颗粒，将得到颗粒粉体陈腐24h。陈腐后干压成型，成型压力为30MPa，成型后干燥(干燥合格率99.4％，坯体抗折6.03MPa，满足日常生产需要)。干燥后烧成，烧成温度为1200℃，保温0.5h。冷却后得到瓷砖产品，其抗折强度为60.34MPa、吸水率0.3％。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种粉煤灰基瓷质砖的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)原料处理：对粉煤灰进行除铁，除铁后粉煤灰与碱液混合，在50-120℃下搅拌反应0.5-10h，所得料浆固液分离并烘干后得到改性粉煤灰；
2)将步骤1)中所得改性粉煤灰与高岭土、膨润土、长石、石英按照配比混合，加入水以及电解质，入球磨机球磨，得到均匀的浆液，所得浆液过筛后干燥成颗粒状物料，进入料仓陈腐1-3日得固体粉料备用；
3)将步骤2)中所得固体粉料在压力下成型，成型后坯体烘干；
4)将步骤3)中烘干所得坯体在高温下烧制冷却得到瓷质砖；
步骤1)所采用碱液中Na2O浓度为50-300g/L；
步骤2)中的原料配比为：改性粉煤灰50-80％、长石10-20％、膨润土0-10％、高岭土0-10％、石英0-10％；
步骤2)中加入的电解质选自水玻璃、三聚磷酸钠、碳酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种，电解质加入量为浆液总质量的0.5-1％。
2.根据权利要求1所述粉煤灰基瓷质砖的制备方法，其特征在于，步骤2)中水的加入量为浆液总质量的20-50％。
3.根据权利要求1所述粉煤灰基瓷质砖的制备方法，其特征在于，步骤2)中，球磨后浆液经250目筛后筛余小于1.0％。
4.根据权利要求1所述粉煤灰基瓷质砖的制备方法，其特征在于，步骤3)中，成型压力为30-60MPa。
5.根据权利要求1所述粉煤灰基瓷质砖的制备方法，其特征在于，步骤4)中，坯体烧制温度范围为1100-1300℃，烧制温度保温0.1-2h。
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