CN106977188B - 以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，制备步骤为：将10‑40份无机颜料、3‑8份纳米氧化锌、5‑10份白炭黑、10‑30份无机粘结剂、3‑8份分散剂、2‑5份硅烷偶联剂、5‑10份氧化钙、2‑5份多元醇和5‑10份水混匀，得到的浆料磨至粒度小于5微米得混合色浆；将3‑8份硅酸锆、2‑5份多聚磷酸钠、2‑5份纯碱、15‑30份水与1000份再生回收的石英砂混合搅拌均匀得混合砂料；将混合色浆和混合砂料在回转窑中先预热除去水分，然后升温至300‑900℃煅烧20‑30min，冷却过筛即可。为铸造废弃石英砂的资源化利用提供了新的途径，产品耐火性好，不褪色，色泽鲜艳。

Description

以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法
技术领域
本发明属于彩砂制备方法技术领域，具体涉及一种以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法。
背景技术
随着国内真石漆建筑涂料的兴起，作为真石漆的主体原料天然彩砂资源日益枯竭，尤其2012年后，北方受雾霾天气影响，国家陆续强制停止了大多数彩砂矿源的开采，造成了涂料行业彩砂供货紧张、彩砂质量日益下降的现象，彩砂资源的匮乏对真石漆的发展无疑是最大的障碍。国内的真石漆厂家开始采用高温煅烧陶瓷彩砂逐步替代天然彩砂。高温煅烧陶瓷彩砂与天然彩砂相比，具有色彩鲜艳、性能稳定等优点，在建筑装饰领域得到了广泛的应用。但是高温陶瓷彩砂的原料砂仍然来自于天然开采的矿石，矿石开采过程中仍然会对环境造成污染，破坏地表环境，矿石也是不可再生资源，因此寻找新的彩砂原料具有重要的意义。
中国是当今世界上最大的铸件生产国家，铸造厂点多达两万多个，每年耗用的水玻璃石英砂超过3000万吨，大量石英砂的排放，既污染环境(水玻璃砂含碱)又浪费资源。目前已实现了水玻璃铸造废弃石英砂的高质、低成本再生利用。如能采用回收再生后的铸造废弃石英砂为原料，生产高温煅烧陶瓷彩砂，将为石英砂的资源化再利用提供新的途径，有利于环保。现有技术的文献中尚未有以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法。
以天然石英砂为原料生产高温陶瓷彩砂的工艺已经比较成熟，国内也有很多产品。天然石英砂表面新鲜，容易着色，色料用量也低。
例如：授权公告号CN104844036B，名为“一种陶瓷彩砂及其制备工艺方法”的中国专利中，其陶瓷彩砂，主要由骨料、着色剂和粘结剂组成，着色剂通过粘结剂均匀地粘附于骨料的表层，所述骨料为细度12-40目的玄武岩，其化学成分为AL2O3 10-18％，SiO2 40-70％，Fe2O3 4-13％，CaO+MgO 1-5％。
所述粘结剂为CMC乳液；彩砂中各组分原料的重量比例为：
Figure BDA0001269045640000011
所述陶瓷涂层熔剂粉料由熔块和助剂组成，其组分和重量配比为：
熔块中：
石英：18-30份 锆英砂：5-14份
长石：19-39份 萤石：2-5份
无水硼砂：24-30份 氧化锌：6-12份
将熔块按100份计，助剂的重量配比为：高岭土3-8份，硝酸钾2-6份。
所述无机颜料的组成和重量配比为：氧化钴8份，氧化锌10份，氢氧化铝75份，无水硼砂5份，长石粉5份。
所述骨料的选择的工艺是，对玄武岩进行分选后细粗碎，对辊制砂，过筛分级包装后，经过水洗或风选去除表面灰尘，其细度为12-40目，化学成份为：AL2O3 10-18％，SiO240-70％，Fe2O3 4-13％，CaO+MgO 1-5％。
着色剂的制备的工艺方法是：
1)制备无机颜料，将一种或多种颜料的原料进行混合、研磨、煅烧、清洗和干燥，获得所需的无机颜料，煅烧温度为1100～1200℃；
2)制备熔块：将原料按照
石英：18-30份 锆英砂：5-14份
长石：19-39份 萤石：2-5份
无水硼砂：24-30份 氧化锌：6-12份的配比，装入坩埚内，在760～800℃下熔化4小时以后，倒入冷水中淬冷；
3)将制得的熔块按100份计，并与高岭土3-8份和硝酸钾2-6份，和水混在一起研磨、测量细度，获得细度250目的陶瓷涂层溶剂，再经喷雾干燥或经压滤、烘干和打粉，即得陶瓷涂层溶剂粉料。
骨料的着色和烧结的工艺方法是：
1)将玄武岩骨料、陶瓷涂层溶剂粉料与无机颜料按照下列重量比例混合：陶瓷涂层熔剂粉料7-15份，无机颜料0.2-1.8份，12-40目玄武岩骨料100份，经混合机干搅拌3-15分钟，然后加入2-6份1∶50的CMC乳液再搅拌3-15分钟；
2)将上述产物在低温下热风干燥，使玄武岩砂分散成粒状；
3)将上一步骤中得到的材料放入高温窑炉中，在氧化气氛中，烧结温度控制在700℃-1000℃之间，烧结保温1-6小时后，强风冷却后再自然冷却至低于80℃，出窑。
步骤1)中的无机颜料的制备工艺是：
1)将氧化钴5-8份，氧化锌6-10份，氢氧化铝60-75份，无水硼砂3-5份，长石粉1-5份混合，经过水球磨后，达到细度320目；
2)将步骤1获得的色浆压滤、烘干，经梭式窑中温烧成，烧成温度1100℃，保温3小时，自然冷却；
上述原料出窑后再经过球磨、压滤、烘干、粉碎和包装。
采用以上技术的陶瓷彩砂及其制备工艺方法当然可以使用，但是如采用铸造废弃石英砂为基材原料则存在问题。因为铸造废弃石英砂的砂粒经过铸造过程超过1500℃的煅烧后，砂粒表面光滑，部分砂子表面具有其他杂质，难以着色，需开发对铸造废弃石英砂在高温下重新活化后进行着色的全新工艺，解决再生铸造砂的着色问题。
综上所述，现有技术的陶瓷彩砂及其制备工艺方法，对于以铸造废弃石英砂作为原料并不适用，使用效果还不够理想。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法。
本发明为达到上述技术目的所采用的技术方案是：以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其制备步骤为：
A、色料配料混合，将10-40重量份的无机颜料、3-8重量份的纳米氧化锌、5-10重量份的白炭黑、10-30重量份的无机粘结剂、3-8重量份的分散剂、2-5重量份的硅烷偶联剂、5-10重量份的氧化钙、2-5重量份的多元醇和5-10重量份的水置入搅拌装置中搅拌混合均匀，得到混合色料；
B、色浆制备，将混合色料置入球磨机磨至色浆中的颗粒细度小于5微米，得混合色浆；
C、混合砂料，将3-8重量份的硅酸锆、2-5重量份的多聚磷酸钠、2-5重量份的纯碱、15-30重量份的水与1000重量份的再生回收的铸造废弃石英砂混合，搅拌均匀，得混合砂料；
D、煅烧、将上述混合色浆和混合砂料在回转窑中先在100-150℃温度下预热除去水分，然后升温至300-900℃煅烧20-30min，冷却后过筛即可。
所述的再生回收的铸造废弃石英砂为铸造厂高温煅烧后的水玻璃石英砂经过再生回收处理得到的石英砂，其砂体中SiO2的含量要求高于98％，其砂体的砂粒径包括有以下四种规格：80-120目、40-80目、20-40目、5-20目。
所述的无机颜料是氧化铁红、氧化铁绿、氧化铁黄、钴黑、钴蓝、钛白粉六者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合，其中任意两种的组合或任意多种的组合时的重量份组合搭配比例根据调色要求自由搭配。
所述的纳米氧化锌的粒径为30-60nm；所述白炭黑的粒径为10-20nm；所述硅酸锆的细度为200目以上；所述氧化钙为细度200目以上的新鲜生石灰；所述纯碱为纯度大于95％的化学纯碳酸钠；所述多聚磷酸钠为纯度大于90％的工业级多聚磷酸钠。
所述的无机粘结剂为硼酸、膨润土、磷酸二氢铝、浓度为30％的硅溶胶四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的硅烷偶联剂为KH系列硅烷偶联剂中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的多元醇为乙二醇、丙二醇、甘油、聚乙二醇四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的分散剂为阴离子型表面活性剂。
所述的分散剂为聚羧酸盐或磺酸盐。
本发明的有益效果是：由于其制备步骤为：将10-40重量份的无机颜料、3-8重量份的纳米氧化锌、5-10重量份的白炭黑、10-30重量份的无机粘结剂、3-8重量份的分散剂、2-5重量份的硅烷偶联剂、5-10重量份的氧化钙、2-5重量份的多元醇和5-10重量份的水置入搅拌装置中搅拌混合均匀，得到混合色料；将混合色料置入球磨机磨至色浆中的颗粒细度小于5微米，得混合色浆；将3-8重量份的硅酸锆、2-5重量份的多聚磷酸钠、2-5重量份的纯碱、15-30重量份的水与1000重量份的再生回收的铸造废弃石英砂混合，搅拌均匀，得混合砂料；将混合色浆和混合砂料在回转窑中先在100-150℃温度下预热除去水分，然后升温至300-900℃煅烧20-30min，冷却后过筛即可。
本发明填补了以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂技术的空白，为铸造废弃石英砂的资源化利用提供了新的途径，节能减排环保，产品耐火性好，不褪色，色泽鲜艳，可代替天然彩砂。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明的实施例1，以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：其制备步骤为：
A、色料配料混合，将10重量份的无机颜料、3重量份的纳米氧化锌、5重量份的白炭黑、10重量份的无机粘结剂、3重量份的分散剂、2重量份的硅烷偶联剂、5重量份的氧化钙、2重量份的多元醇和5重量份的水置入搅拌装置中搅拌混合均匀，得到混合色料；
B、色浆制备，将混合色料置入球磨机磨至色浆中的颗粒细度小于5微米，得混合色浆；
C、混合砂料，将3重量份的硅酸锆、2重量份的多聚磷酸钠、2重量份的纯碱、15重量份的水与1000重量份的再生回收的铸造废弃石英砂混合，搅拌均匀，得混合砂料；
D、煅烧、将上述混合色浆和混合砂料在回转窑中先在100℃温度下预热除去水分，然后升温至300℃煅烧20min，冷却后过筛即可。
所述的再生回收的铸造废弃石英砂为铸造厂高温煅烧后的水玻璃石英砂经过再生回收处理得到的石英砂，其砂体中SiO2的含量要求高于98％，其砂体的砂粒径包括有以下四种规格：80-120目、40-80目、20-40目、5-20目。
所述的无机颜料是氧化铁红、氧化铁绿、氧化铁黄、钴黑、钴蓝、钛白粉六者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合，其中任意两种的组合或任意多种的组合时的重量份组合搭配比例根据调色要求自由搭配。
所述的纳米氧化锌的粒径为30nm；所述白炭黑的粒径为10nm；所述硅酸锆的细度为200目以上；所述氧化钙为细度200目以上的新鲜生石灰；所述纯碱为纯度大于95％的化学纯碳酸钠；所述多聚磷酸钠为纯度大于90％的工业级多聚磷酸钠。
所述的无机粘结剂为硼酸、膨润土、磷酸二氢铝、浓度为30％的硅溶胶四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的硅烷偶联剂为KH系列硅烷偶联剂中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的多元醇为乙二醇、丙二醇、甘油、聚乙二醇四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的分散剂为阴离子型表面活性剂。
所述的分散剂为聚羧酸盐或磺酸盐。
本发明的实施例2，以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：其制备步骤为：
A、色料配料混合，将40重量份的无机颜料、8重量份的纳米氧化锌、10重量份的白炭黑、30重量份的无机粘结剂、8重量份的分散剂、5重量份的硅烷偶联剂、10重量份的氧化钙、5重量份的多元醇和10重量份的水置入搅拌装置中搅拌混合均匀，得到混合色料；
B、色浆制备，将混合色料置入球磨机磨至色浆中的颗粒细度小于5微米，得混合色浆；
C、混合砂料，将8重量份的硅酸锆、5重量份的多聚磷酸钠、5重量份的纯碱、30重量份的水与1000重量份的再生回收的铸造废弃石英砂混合，搅拌均匀，得混合砂料；
D、煅烧、将上述混合色浆和混合砂料在回转窑中先在150℃温度下预热除去水分，然后升温至900℃煅烧30min，冷却后过筛即可。
所述的再生回收的铸造废弃石英砂为铸造厂高温煅烧后的水玻璃石英砂经过再生回收处理得到的石英砂，其砂体中SiO2的含量要求高于98％，其砂体的砂粒径包括有以下四种规格：80-120目、40-80目、20-40目、5-20目。
所述的无机颜料是氧化铁红、氧化铁绿、氧化铁黄、钴黑、钴蓝、钛白粉六者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合，其中任意两种的组合或任意多种的组合时的重量份组合搭配比例根据调色要求自由搭配。
所述的纳米氧化锌的粒径为60nm；所述白炭黑的粒径为20nm；所述硅酸锆的细度为200目以上；所述氧化钙为细度200目以上的新鲜生石灰；所述纯碱为纯度大于95％的化学纯碳酸钠；所述多聚磷酸钠为纯度大于90％的工业级多聚磷酸钠。
所述的无机粘结剂为硼酸、膨润土、磷酸二氢铝、浓度为30％的硅溶胶四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的硅烷偶联剂为KH系列硅烷偶联剂中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的多元醇为乙二醇、丙二醇、甘油、聚乙二醇四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的分散剂为阴离子型表面活性剂。
所述的分散剂为聚羧酸盐或磺酸盐。
本发明的实施例3，以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：其制备步骤为：
A、色料配料混合，将20重量份的无机颜料、5重量份的纳米氧化锌、7重量份的白炭黑、15重量份的无机粘结剂、5重量份的分散剂、3重量份的硅烷偶联剂、7重量份的氧化钙、3重量份的多元醇和7重量份的水置入搅拌装置中搅拌混合均匀，得到混合色料；
B、色浆制备，将混合色料置入球磨机磨至色浆中的颗粒细度小于5微米，得混合色浆；
C、混合砂料，将5重量份的硅酸锆、3重量份的多聚磷酸钠、3重量份的纯碱、20重量份的水与1000重量份的再生回收的铸造废弃石英砂混合，搅拌均匀，得混合砂料；
D、煅烧、将上述混合色浆和混合砂料在回转窑中先在120℃温度下预热除去水分，然后升温至400℃煅烧25min，冷却后过筛即可。
所述的再生回收的铸造废弃石英砂为铸造厂高温煅烧后的水玻璃石英砂经过再生回收处理得到的石英砂，其砂体中SiO2的含量要求高于98％，其砂体的砂粒径包括有以下四种规格：80-120目、40-80目、20-40目、5-20目。
所述的无机颜料是氧化铁红、氧化铁绿、氧化铁黄、钴黑、钴蓝、钛白粉六者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合，其中任意两种的组合或任意多种的组合时的重量份组合搭配比例根据调色要求自由搭配。
所述的纳米氧化锌的粒径为40nm；所述白炭黑的粒径为15nm；所述硅酸锆的细度为200目以上；所述氧化钙为细度200目以上的新鲜生石灰；所述纯碱为纯度大于95％的化学纯碳酸钠；所述多聚磷酸钠为纯度大于90％的工业级多聚磷酸钠。
所述的无机粘结剂为硼酸、膨润土、磷酸二氢铝、浓度为30％的硅溶胶四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的硅烷偶联剂为KH系列硅烷偶联剂中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的多元醇为乙二醇、丙二醇、甘油、聚乙二醇四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的分散剂为阴离子型表面活性剂。
所述的分散剂为聚羧酸盐或磺酸盐。
本发明的实施例4，以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：其制备步骤为：
A、色料配料混合，将30重量份的无机颜料、7重量份的纳米氧化锌、9重量份的白炭黑、25重量份的无机粘结剂、7重量份的分散剂、4重量份的硅烷偶联剂、8重量份的氧化钙、4重量份的多元醇和8重量份的水置入搅拌装置中搅拌混合均匀，得到混合色料；
B、色浆制备，将混合色料置入球磨机磨至色浆中的颗粒细度小于5微米，得混合色浆；
C、混合砂料，将7重量份的硅酸锆、4重量份的多聚磷酸钠、4重量份的纯碱、25重量份的水与1000重量份的再生回收的铸造废弃石英砂混合，搅拌均匀，得混合砂料；
D、煅烧、将上述混合色浆和混合砂料在回转窑中先在140℃温度下预热除去水分，然后升温至800℃煅烧25min，冷却后过筛即可。
所述的再生回收的铸造废弃石英砂为铸造厂高温煅烧后的水玻璃石英砂经过再生回收处理得到的石英砂，其砂体中SiO2的含量要求高于98％，其砂体的砂粒径包括有以下四种规格：80-120目、40-80目、20-40目、5-20目。
所述的无机颜料是氧化铁红、氧化铁绿、氧化铁黄、钴黑、钴蓝、钛白粉六者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合，其中任意两种的组合或任意多种的组合时的重量份组合搭配比例根据调色要求自由搭配。
所述的纳米氧化锌的粒径为50nm；所述白炭黑的粒径为18nm；所述硅酸锆的细度为200目以上；所述氧化钙为细度200目以上的新鲜生石灰；所述纯碱为纯度大于95％的化学纯碳酸钠；所述多聚磷酸钠为纯度大于90％的工业级多聚磷酸钠。
所述的无机粘结剂为硼酸、膨润土、磷酸二氢铝、浓度为30％的硅溶胶四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的硅烷偶联剂为KH系列硅烷偶联剂中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的多元醇为乙二醇、丙二醇、甘油、聚乙二醇四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
所述的分散剂为阴离子型表面活性剂。
所述的分散剂为聚羧酸盐或磺酸盐。
本发明针对高温烧结后的水玻璃铸造废弃石英砂再生后所得的回收砂表面光滑，含有斑点杂质，着色不均匀，色粉用量大等缺点，通过新的配方，加入偶联剂、分散剂等助剂，可以得到颜色均匀，耐火性好，不会褪色的陶瓷彩砂，为水玻璃铸造废弃石英砂的资源化利用提供了一种新的途径。所得高温陶瓷彩砂色彩鲜艳、着色均匀、耐候性好，各项性能指标合格，可工业化生产。

Claims (9)

1.以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：其制备步骤为：
A：色料配料混合，将10-40重量份的无机颜料、3-8重量份的纳米氧化锌、5-10重量份的白炭黑、10-30重量份的无机粘结剂、3-8重量份的分散剂、2-5重量份的硅烷偶联剂、5-10重量份的氧化钙、2-5重量份的多元醇和5-10重量份的水置入搅拌装置中搅拌混合均匀，得到混合色料；
B：色浆制备，将混合色料置入球磨机磨至色浆中的颗粒细度小于5微米，得混合色浆；
C：混合砂料，将3-8重量份的硅酸锆、2-5重量份的多聚磷酸钠、2-5重量份的纯碱、15-30重量份的水与1000重量份的再生回收的铸造废弃石英砂混合，搅拌均匀，得混合砂料；
D：煅烧、将上述混合色浆和混合砂料在回转窑中先在100-150℃温度下预热除去水分，然后升温至300-900℃煅烧20-30min，冷却后过筛即可。
2.根据权利要求1所述的以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：所述的再生回收的铸造废弃石英砂为铸造厂高温煅烧后的水玻璃石英砂经过再生回收处理得到的石英砂，其砂体中SiO2的含量要求高于98％，其砂体的砂粒径包括有以下四种规格：80-120目、40-80目、20-40目、5-20目。
3.根据权利要求1所述的以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：所述的无机颜料是氧化铁红、氧化铁绿、氧化铁黄、钴黑、钴蓝、钛白粉六者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合，其中任意两种的组合或任意多种的组合时的重量份组合搭配比例根据调色要求自由搭配。
4.根据权利要求1所述的以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：所述的纳米氧化锌的粒径为30-60nm；所述白炭黑的粒径为10-20nm；所述硅酸锆的细度为200目以上；所述氧化钙为细度200目以上的新鲜生石灰；所述纯碱为纯度大于95％的化学纯碳酸钠；所述多聚磷酸钠为纯度大于90％的工业级多聚磷酸钠。
5.根据权利要求1所述的以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：所述的无机粘结剂为硼酸、膨润土、磷酸二氢铝、浓度为30％的硅溶胶四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
6.根据权利要求1所述的以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为KH系列硅烷偶联剂中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
7.根据权利要求1所述的以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：所述的多元醇为乙二醇、丙二醇、甘油、聚乙二醇四者中的任意一种或任意两种的组合或任意多种的组合。
8.根据权利要求1所述的以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：所述的分散剂为阴离子型表面活性剂。
9.根据权利要求8所述的以再生回收的铸造废弃石英砂为原料制备陶瓷彩砂的方法，其特征在于：所述的分散剂为聚羧酸盐或磺酸盐。
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