CN106587684B - 一种陶瓷质彩砂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明现提供一种陶瓷质彩砂及其制备方法，原料包括固体废弃物、增塑剂、硅灰、色料、减水剂和水，各原料重量份数分别为：固体废弃物100份；增塑剂5‑110份；硅灰12‑28份；色料0.1‑10份；减水剂0.5‑2份；水22‑39份。本发明利用固体废弃物作为主要原料，结合其他陶瓷原料与色料，经造粒、干燥、烧结制备出一种一体化人工彩色陶砂，即能有效的缓解固体废弃物的污染问题，又能克服人工彩砂制备工艺复杂、破坏生态环境、球形度差、外层包裹层与内核易剥落分离、寿命短等问题。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物利用领域，具体涉及一种陶瓷质彩砂及其制备方法。
背景技术
部分固体废弃物，如粉煤灰、煤矸石、尾矿、矿渣等，在我国堆放量庞大且利用率较低，长期堆放会对环境造成污染，危害人类健康。因此，十分有必要为这些固体废弃物的资源化利用提供新的途径。利用这些固体废弃物制备彩砂就是一种新的利用途径，这些固体废弃物中含有大量的硅铝成分，可作为制备彩砂的主要原料。
彩砂可作为透水砖、沥青瓦、彩色路面等的面层骨料，是一种重要的建筑装饰材料，分为天然彩砂和人造彩砂。天然彩砂因其杂色较多，储量有限，大量开采破坏生态环境，并不能满足人们的使用需求，而人工彩砂因其色彩丰富的特点越来越受到人们的关注。
目前人工彩砂的制备方法主要有三种方法，分别为有机染料染色法、粘结剂固化法以及高温烧结法，这三种方法都是将有机颜料或无机色料包覆或固化在基础材料外表面，常用的基础材料为石英、矿物颗粒、玄武岩砂粒或废矿渣颗粒等，这些基础原料一般是由矿物矿渣进行破碎得到，长期开采破坏生态环境，工艺成本较高；且破碎后基础材料颗粒一般呈非球形状，用作装饰面层骨料，装饰效果不佳；另外将色料包覆在原有的基础材料外表面，而这并不能真正融为一体，长期使用易脱落。
公开号为CN102464460A的中国专利《一种彩砂及其制备方法》中彩砂基础材料为石英砂、方解石、玻璃等经过初级破碎后，在进行球磨处理，工艺复杂，同时需要使用石英等矿物颗粒，破坏生态环境，浪费资源，成本较高。
公开号为CN1300031C的中国专利《彩砂及其制备方法》中彩砂由基础材料和包裹色层组成，其中基础材料为石英、矿物颗粒或废矿渣颗粒，这些无机矿物或矿渣经颚式破碎机破碎后，再经圆锥形破碎机破碎，形成三方锥、四方锥等非球形颗粒，使得最终彩砂也不规则，影响装饰效果。
公开号为CN104761286A的中国专利《一种烧结彩砂》中彩砂是将彩色陶瓷涂层包裹在玄武岩砂粒外表面，再经500-600℃烧结，制得烧结彩砂，但是骨料玄武岩砂粒与彩色陶瓷涂层成分差异很大，经烧结包覆后长期使用容易脱落，影响彩砂使用寿命。
发明内容
本发明的目的提供一种强度高、色彩丰富不褪色且粉煤灰用量高的一体化陶瓷质彩砂及其制备方法。
为实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：
一种陶瓷质彩砂，原料包括固体废弃物、增塑剂、硅灰、色料、减水剂和水，各原料重量份数分别为：
固体废弃物 100份；
增塑剂 5-110份；
硅灰 12-28份；
色料 0.1-10份；
减水剂 0.5-2份；
水 22-39份。
各原料优选重量份数分别为：
固体废弃物 100份；
增塑剂 20-60份；
硅灰 12-28份；
色料 0.1-10份；
减水剂 0.5-2份；
水 22-39份。
所述固体废弃物为细度200-300的目流化床粉煤灰、煤粉炉粉煤灰、煤矸石、尾矿和矿渣一种或多种。
所述增塑剂为煅烧高岭土、膨润土、白泥、球土和黑泥的一种或多种。
硅灰是铁合金在冶炼硅铁和工业硅时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体遇冷沉积而成的平均粒径在0.1-0.3μm的颗粒。
所用色料为应用于陶瓷行业各种颜色的耐高温无机色料，该类色料高温显色明显且不褪色。
所述耐高温无机色料在矿物相方面为简单化合物型、尖晶石型、硅酸盐型、固熔体-氧化物型、混合异晶型等一种或多种。
减水剂可以是木质素磺酸盐类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂和LightPolymers公司的 CT017减水剂类的一种或多种。
一种陶瓷质彩砂的制备方法，包括如下步骤：a、按配方要求称取固体废弃物、增塑剂、硅灰、色料和减水剂，在搅拌机中混合均匀，为待用的混合料；b、将步骤a得到的混合料倒入陶砂造粒机中，按一定喷水速率边喷水边造粒；c、将造好的粒放入50-120℃的干燥箱中烘干；d、烘干后的粒经筛分处理后，经一定烧成制度烧结得到彩砂，烧成制度为：以20-40℃/min升温至600℃，再以2-5min/℃升温至700℃，最后以10-30℃/min升温至900-1400℃，并保温10-30min。
所述造粒时喷水速率为10-20g/min。
本发明的优点在于：
1. 利用固体废弃物为原料制备人工彩砂，为固体废弃物提供了一种有效的资源化利用途径；
2. 制备人工彩砂时，无需内核骨料，减少了对矿物的开采与破碎，不破坏生态环境，且工艺简单，利于工业化生产；
3. 制备的人工彩砂球形度高，装饰效果好，可用于透水砖、沥青瓦、彩色路面等的面层骨料；
4. 制备人工彩砂时，无机色料直接添加在原料中一次共烧，具有陶瓷质效果，避免了外层脱落、褪色、寿命短等问题。
5、本发明制备的彩砂为0.1-4.0mm的球形颗粒，具体颗粒粒径可根据具体需求通过添加水量进行调节。
具体实施方式
为了更详细地说明本发明，给出下述制备实例。但本发明的范围并不局限于此。
实施例1
（1）称取100份粉煤灰（200~300目）、80份煅烧高岭土、10份膨润土、15份硅灰、5份铬锡红色料及2份木质素磺酸钠，将其在搅拌机中混合均匀待用；
（2）将步骤（1）得到的混合料倒入陶砂造粒机中，并称取35份水，按18g/min的喷水速率边喷水边造粒；
（3）将造好的粒放入70℃的干燥箱中烘干；
（4）烘干后的粒经20目与40目简单筛分处理后，经一定烧成制度（以20℃/min升温至600℃，再以2min/℃升温至700℃，最后以10℃/min升温至1250℃，并保温20min）烧结得到20-40目彩砂。
实施例2
（1）称取100份矿渣（200~300目）、10份煅烧高岭土、5份白泥、16份硅灰、7份钒锆黄色料及2份聚羧酸减水剂，将其在搅拌机中混合均匀待用；
（2）将步骤（1）得到的混合料倒入陶砂造粒机中，并称取25份水，按10g/min的喷水速率边喷水边造粒；
（3）将造好的粒放入90℃的干燥箱中烘干；
（4）烘干后的粒经40目与70目简单筛分处理后，经一定烧成制度（以30℃/min升温至600℃，再以3min/℃升温至700℃，最后以20℃/min升温至1280℃，并保温25min）烧结得到40-70目彩砂。
实施例3
（1）称取100份煤矸石（200~300目）、60份煅烧高岭土、20份球土、25份硅灰、10份钴蓝色料及1份萘系高效减水剂，将其在搅拌机中混合均匀待用；
（2）将步骤（1）得到的混合料倒入陶砂造粒机中，并称取33份水按20g/min的喷水速率边喷水边造粒；
（3）将造好的粒放入120℃的干燥箱中烘干；
（4）烘干后的粒经20目与50目简单筛分处理后，经一定烧成制度（以25℃/min升温至600℃，再以5min/℃升温至700℃，最后以25℃/min升温至1230℃，并保温30min）烧结得到20-50目彩砂。
对以上实施例1-3和现有市场购买的人工彩砂进行测试，样品性能测试结果如下：
| 浸水24h后彩砂颜色 | 人工气候箱紫外灯照射14d后彩砂颜色 | |
| 实施例1 | 红色不变 | 红色不变 |
| 实施例2 | 黄色不变 | 黄色不变 |
| 实施例3 | 蓝色不变 | 蓝色不变 |
| 市场购买的彩砂（红色） | 红色变浅 | 褪色、颜色变浅 |
| 市场购买的彩砂（蓝色） | 蓝色变浅 | 褪色、颜色变浅 |
通过以上数据可以看出，本发明的实施例1-3和市场上销售的人工彩砂相比，颜色更加稳定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种陶瓷质彩砂，原料包括固体废弃物、增塑剂、硅灰、色料、减水剂和水，其特征在于：各原料重量份数分别为：
所述固体废弃物为细度200-300目的流化床粉煤灰、煤粉炉粉煤灰、煤矸石、尾矿和矿渣一种或多种；所述增塑剂为煅烧高岭土、膨润土、白泥、球土和黑泥的一种或多种；所用色料为应用于陶瓷行业各种颜色的耐高温无机色料,该色料经高温煅烧后显色更明显且不会褪色；其制备方法包括如下步骤：a、按配方要求称取固体废弃物、增塑剂、硅灰、色料和减水剂，在搅拌机中混合均匀，为待用的混合料；b、将步骤a得到的混合料倒入陶砂造粒机中，按一定喷水速率边喷水边造粒；c、将造好的粒放入50～120℃的干燥箱中烘干；d、烘干后的粒经筛分处理后，经一定烧成制度烧结得到彩砂，烧成制度为：以20-40℃/min升温至600℃，再以2-5℃/min升温至700℃，最后以10-30℃/min升温至900-1400℃，并保温10-30min。
2.根据权利要求1所述的陶瓷质彩砂，其特征在于：各原料重量份数分别为：
3.根据权利要求1所述的陶瓷质彩砂，其特征在于：硅灰是铁合金在冶炼硅铁和工业硅时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体遇冷沉积而成的平均粒径在0.1-0.3μm的颗粒。
4.根据权利要求1所述的陶瓷质彩砂，其特征在于：所述耐高温无机色料在矿物相方面为简单化合物型、尖晶石型、硅酸盐型、固熔体-氧化物型、混合异晶型中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的陶瓷质彩砂，其特征在于：减水剂为木质素磺酸盐类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂类和Light Polymers公司的CT017减水剂类的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的陶瓷质彩砂，其特征在于：所述造粒时喷水速率为10-20g/min。
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