CN107827435A - 一种轻质陶瓷大板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质陶瓷大板，包括以下按重量比计的原料：粉煤灰35‑60％，废玻璃5‑10％，高岭土5‑12％，发泡剂0.1‑0.5％，钾长石10‑20％，钠长石10‑2％，陶瓷砖抛光废渣5‑30％，电解质0.1‑0.2％；上述轻质陶瓷大板的制备方法，包括(1)配料，(2)球磨，(3)制浆，(4)陈腐，(5)均化，(6)分层处理，(7)筛分，(8)分层处理，(9)喷雾干燥，(10)陈腐，(11)分层处理，(12)烧制：(13)冷却；本发明的轻质大板表面可以任意装饰各种效果的涂料、变性树脂、墙布、墙纸、安装钉、钻孔等，市场前景广泛，也符合国家主导的固体废料利用政策及世界建筑业节能、环保的趋势。

Description

一种轻质陶瓷大板及其制备方法
技术领域
本发明属于资源再利用技术领域，尤其涉及一种轻质陶瓷大板及其制备方法。
背景技术
近年来，我国建筑陶瓷工业得到了迅猛发展，建筑陶瓷产量已经占据了世界的半壁江山，廉价的劳动力成本和资源优势使中国企业在国际陶瓷市场中的竞争力不断提高。然而其带来的负面影响——资源(原材料和能源)的过度消耗以及环境污染问题也越来越突出。据不完全统计，我国建筑陶瓷工业每年消耗的原材料量超过1.5亿吨(平均每天消耗22万吨)，而其中每年排放的陶瓷废料量预计超过1500万吨。另外，我国煤渣(含粉煤灰)的年排放量预计在5亿吨左右，城市污泥的年排放量预计超过3000万吨(湿重)。如此大量的固体废弃物堆积如山，不仅严重污染着我们的水土资源和空气环境，也造成了我国矿产资源的极度浪费，并严重阻碍了我国工业的可持续发展。
因此，充分利用陶瓷废料、煤渣、城市污泥及疏浚泥等固体废弃物制备轻质陶瓷用于我国建筑节能具有重要的社会意义和经济价值。
目前国内利用粉煤灰等工业废渣制造轻质泡沫陶瓷的厂家不少，但都是只能生产较小规格PP1000×1000mm或1200×900mm以下规格。究其原因主要受两方面限制，第一是工艺原理及控制，第二是生产设备及辅助设备的限制。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种轻质陶瓷大板及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种轻质陶瓷大板，包括以下按重量比计的原料：
粉煤灰 35-60％，
废玻璃 5-10％
高岭土 8-12％，
发泡剂 0.1-0.5％，
钾长石 10-20％，
钠长石 15-20％，
陶瓷砖抛光废渣 10-30％，
电解质 0.1-0.2％。
优选地，所述发泡剂为无机化合物，在1050～1150℃之间发生分解产生气体，细度600-1000目。
优选地，所述电解质为玻璃和三聚磷酸钠中的至少一种。
上述的轻质陶瓷大板的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料，即将粉煤灰、玻璃废料、高岭土、发泡剂、钾长石、钠长石、陶瓷砖抛光废渣、电解质按重量比进行混合均匀；
(2)球磨，将步骤(1)得到的物料加入球磨机中，并加入水进行研磨，得到浆料；
(3)制浆，将步骤(2)得到的浆料送入浆池中进行充分混合，同时不断地进行搅拌，搅拌速度为15-19转/分钟；
(4)陈腐，将步骤(3)得到的物料在常温(10～30℃)储存2-5天；
(5)均化，将经过步骤(4)处理后的物料进入旋转滚筒内进行均化混合，滚筒转速为13～16转/分钟，均化时间48小时以上；优选地48-60小时；
(6)分层处理，将经过步骤(5)处理后的物料进行分层堆积；
(7)筛分，将经过步骤(6)处理后的物料进行筛分；
(8)分层处理，将过筛的物料进行分层堆积；
(9)喷雾干燥，将经过步骤(8)处理后的物料进行喷雾干燥，制得含水量为5-8％的粉料后，放粉料进料仓中；
(10)陈腐，将步骤(9)得到的粉料在常温下储存48-60小时；
(11)分层处理，将经过步骤(10)处理后的粉料进行分层堆积；
(12)烧制：将经过步骤(11)处理后的粉料压制成型后，送入隧道窑或辊道窑中烧制；
(13)冷却，即得。
泡沫陶瓷的基料是固体废料，其比重在1.3～2.6g/cm3之间，而发泡剂的比重在3.0～3.2g/cm3，传统的生产方法，浆池是平底的，发泡剂在泥浆中(在搅拌时)很容易沉淀，造成泥浆中上、下部的含量差别很大，高比重的固体(发泡剂)沉淀后基本无法再让其均匀悬浮在各层高度的泥浆中，导致用泥浆造出的板中含发泡剂的比例差别大，发泡剂少则在烧制后不产生或少产生泡；发泡剂过多则产生泡太多，膨胀系数远大于设计值，致烧成后严重内空心，其强度和抗压指标都不达标，以致成为废品。
在本发明的一个实施方案中，所述步骤(3)的制浆过程，所用的浆池为等边六边形，底部锥形，浆池的宽度为3-6m,高度为6-8mm，以15—19转/分的速度进行搅拌，同时采用4—6kg/cm2压缩空气从浆池的底部往上吹气，使沉淀在底部比重最大(细度在600—800目之间)的发泡剂被压缩空气吹起来，再通过搅拌机搅拌，最终保证浆池中的各位置的成分的均匀性。所述浆池的结构示意图参见图1。
喷雾干燥的原理是在温度从90～200℃的壳体中，把泥浆加压雾化成小颗粒泥浆后热气烘干而取得半成品的颗粒，其颗粒的范围从Φ0.1mm～Φ2.2mm连续分布，而大颗粒中含的发泡剂多、流动性好，故在粉料中输送、贮存过程中又极易出现分层。
在本发明的一个实施方案中，在所述步骤(9)的喷雾干燥出粉料时，采用可移动的料管(软管)放入料仓中，以水平布料的方式进行移动，防止因高度差粉料向下流动造成的大、小颗粒分层的现象。同时，从粉仓放料时，在料仓底部安装输送带将粉料位移方式送出，最大限度控制粉料自动流动过程的分层现象。所述粉仓的结构示意图参见图2。
优选地，所述料管的移动速度为5-10米/分钟；所述料仓底部的输送带的送料速度为5-10米/分钟。
在本发明的一个实施方案中，所述步骤(12)的烧制过程：在辊道窑中进行烧制，在辊道窑中：以0.5-0.7米/分钟的速度，从25℃加热到600℃(预热带)；以0.5-0.7米/分钟的速度，从600℃加热到1200℃(烧成带)，在1150-1200℃，保温50-70min。
在本发明的一个实施方案中，所述步骤(13)的冷却过程：以0.5-0.7米/分钟的速度，从1200℃急速降温到600-750℃(急冷区)；以12～17分钟的速度，从750℃缓慢冷却至350℃(缓冷带)；以0.5-0.7米/分钟的速度，从350℃快速强制冷却到50-100℃(强冷带)。
制品在辊道窑中的烧制具体情况见表1。
表1制品在辊道窑中烧制
序号 窑区 速度(米/分钟) 时间(分钟)
1 预热带 0.5～0.7 35-49
2 烧成带 0.5～0.7 90-126
3 保温 0.5～0.7 50-70
4 急冷区 0.5～0.7 15-21
5 缓冷带 0.5～0.7 60-84
6 强冷带 0.5～0.7 60-84
因发泡陶瓷在预热段，粉料是松散堆集的，其气孔隙为40～60％，故在预热和烧成带没有特殊的要求，但因其在烧成到高温时，表面瓷化完成，其体积膨胀达2～4倍，其内部气孔率达到60％～70％，而且都是闭气孔，制品的物理化学性能发生了根本性的变化。主要体现在：
1.制品是整体，其空隙率已达60％～70％；都是均匀分布的Φ0.2～Φ1.0闭气孔
2.在冷却过程中其放热的速度很小及其比热很小；
3.在缓冷过程中，其制品大、厚，其表面易降温，但其放热慢，其内部温度极难与表面同步；
4.制品厚度达200～300mm厚，在冷却过程中因放热不均匀(中间和两边)、不同步(表面和中心点位置)极易造成制品收缩不均匀、不同步而开裂(也是目前只能生产小板的主要原因之一)。
而本发明在缓冷中，对制品的冷却进行人为的干预，使之实现制品中、左、右、前、后的均匀性，更能实现快速地中心与表面同步放热的(控制在50℃温差范围)
如图3所示，在辊道窑中，用高温风机从后部A位置抽热风(X℃)，再打入窑内A点[温度为(X+50)℃]，连续多次干预实现快速降温，提高冷却速度，提高产量的目的，又有效控制了冷却过程中产生的制品冷却收缩各向不均匀、不同步而开裂的问题。
本发明的有益效果：
本发明生产的轻质大板规格可达3100×1000mm，密度为0.3～0.9g/cm3，抗折强度：3.0mpa，抗压达2.0mpa(密度0.8g/cm3)时。可以加工成80～200mm厚，且可根据使用场地所需进行任意切割、加工。大规格产品不仅可以用于建筑物的隔热、保温、吸音内墙、外墙，更可用于建筑内部隔墙、加工成标准模块后，可以在建筑物内墙领域实现模块式安装，可降低内墙重量达60～80％，且安装时不需要水泥砂浆，在安装过程中没有二次污染。本发明的轻质大板表面可以任意装饰各种效果的涂料、变性树脂、墙布、墙纸、安装钉、钻孔等，市场前景广泛，也符合国家主导的固体废料利用政策及世界建筑业节能、环保的趋势。
附图说明
图1为浆池的结构示意图；
1-1.搅拌轴，1-2.搅拌叶，1-3.加压缩；
图2为粉仓的结构示意图；
2-1.料仓，2-2.料管，2-3.输送带，2-4.出料；
图3为在辊道窑中烧制的示意图。
具体实施方式
实施例1
一种轻质陶瓷大板，包括以下按重量比计的原料：
粉煤灰 50％，
废玻璃 8％
高岭土 10％，
发泡剂 0.2％，
钾长石 15％，
钠长石 11.7％，
陶瓷砖抛光废渣 5％，
电解质 0.1％。
上述轻质陶瓷大板的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料，即将粉煤灰、玻璃废料、高岭土、发泡剂、钾长石、钠长石、陶瓷砖抛光废渣、电解质按重量比进行混合均匀；
(2)球磨，将步骤(1)得到的物料加入球磨机中，并加入水进行研磨，得到浆料；
(3)制浆，将步骤(2)得到的浆料送入浆池中进行充分混合制浆，同时不断地进行搅拌，直至用完浆料；其中，所用的浆池为等边六边形，底部锥形，以16转/分的速度进行搅拌，同时采用5kg/cm2压缩空气从浆池的底部往上吹气。
(4)陈腐，将步骤(3)得到的物料在常温下储存48小时；
(5)均化，将经过步骤(4)处理后的物料进入旋转滚筒内进行均化混合，滚筒转速为15转/分钟，均化时间48小时以上；
(6)分层处理，将经过步骤(5)处理后的物料进行分层堆积；
(7)筛分，将经过步骤(6)处理后的物料过60目的筛；
(8)分层处理，将过筛的物料进行分层堆积；
(9)喷雾干燥，将经过步骤(8)处理后的物料进行喷雾干燥，制得含水量为5～8％的粉料后，放粉料进料仓中；其中，采用可移动的料管放入料仓中，以5米/分钟的速度进行移动，并在料仓底部安装输送带，以5米/分钟的速度将粉料送出，
(10)陈腐，将步骤(9)得到的粉料在常温下储存48小时；
(11)分层处理，将经过步骤(10)处理后的粉料进行分层堆积；
(12)烧制：将经过经过步骤(11)处理后的粉料压制成型后，送入辊道窑中烧制，以0.6米/分钟的速度，从25℃加热到600℃；以0.6米/分钟速度，从600℃加热到1200℃，在1150-1200℃下，保温1-1.5小时；
(13)以0.6米/分钟的速度，从1200℃急速降温到600-750℃；以0.6米/分钟的速度，从750℃缓慢冷却至350℃；以0.6米/分钟的速度，从350℃快速强制冷却到50-100℃，即得。
全窑是一个速度，只因各区长度不同，所需时间不同。
制品在辊道窑中的烧制具体情况见表2。
表2制品在辊道窑中烧制
实施例2
一种轻质陶瓷大板，包括以下按重量比计的原料：
粉煤灰 35％，
废玻璃 10％
高岭土 12％，
发泡剂 0.2％，
钾长石 20％，
钠长石 11.7％，
陶瓷砖抛光废渣 11％，
电解质 0.1％。
所述轻质陶瓷大板的制备方法同实施例1。
实施例3
一种轻质陶瓷大板，包括以下按重量比计的原料：
粉煤灰 60％，
废玻璃 5％
高岭土 5％，
发泡剂 0.1％，
钾长石 10％，
钠长石 10％，
陶瓷砖抛光废渣 9.8％，
电解质 0.1％。
所述轻质陶瓷大板的制备方法同实施例1。

Claims (9)

1.一种轻质陶瓷大板，其特征在于，包括以下按重量比计的原料：
粉煤灰 35～60％，
废玻璃 5～10％
高岭土 8～12％，
发泡剂 0.1～0.5％，
钾长石 10～20％，
钠长石 15～20％，
陶瓷砖抛光废渣10-30％，
电解质 0.1～0.2％。
2.根据权利要求1所述的轻质陶瓷大板，其特征在于，所述发泡剂为无机化合物，在1050～1150℃之间发生分解产生气体。
3.根据权利要求1所述的轻质陶瓷大板，其特征在于，所述电解质为玻璃和三聚磷酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的轻质陶瓷大板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料，即将粉煤灰、玻璃废料、高岭土、发泡剂、钾长石、钠长石、陶瓷砖抛光废渣、电解质按重量比进行混合均匀；
(2)球磨，将步骤(1)得到的物料加入球磨机中，并加入水进行研磨，得到浆料；
(3)制浆，将步骤(2)得到的浆料送入浆池中进行充分混合制浆，同时不断地进行搅拌；
(4)陈腐，将步骤(3)得到的物料在常温下储存2-5天；
(5)均化，将经过步骤(4)处理后的物料进入旋转滚筒内进行均化混合，滚筒转速为13～16转/分钟，均化时间48小时以上；
(6)分层处理，将经过步骤(5)处理后的物料进行分层堆积；
(7)筛分，将经过步骤(6)处理后的物料进行筛分；
(8)分层处理，将过筛的物料进行分层堆积；
(9)喷雾干燥，将经过步骤(8)处理后的物料进行喷雾干燥，制得含水量为5～8％的粉料后，放粉料进料仓中；
(10)陈腐，将步骤(9)得到的粉料在常温下储存48-60小时以上；
(11)分层处理，将经过步骤(10)处理后的粉料进行分层堆积；
(12)烧制：将经过步骤(11)处理后的粉料压制成型后，送入隧道窑或辊道窑中烧制
(13)冷却，即得。
5.根据权利要求4所述的轻质陶瓷大板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的制浆过程，所用的浆池为等边六边形，底部锥形，以15—19转/分的速度进行搅拌，同时采用4—6kg/cm2压缩空气从浆池的底部往上吹气。
6.根据权利要求4所述的轻质陶瓷大板的制备方法，其特征在于，在所述步骤(9)的喷雾干燥出粉料时，采用可移动的料管放入料仓中，以水平布料的方式进行移动，并在料仓底部安装输送带将粉料送出。
7.根据权利要求6所述的轻质陶瓷大板的制备方法，其特征在于，所述料管的移动速度为5-10米/分钟；所述料仓底部的输送带的送料速度为5-10米/分钟。
8.根据权利要求4所述的轻质陶瓷大板的制备方法，其特征在于，所述步骤(12)的烧制过程：以0.5～0.7米/分钟的速度，从25℃加热到600℃；以0.5～0.7米/分钟，从600℃加热到1200℃，在1150-1200℃，保温50-70min。
9.根据权利要求4所述的轻质陶瓷大板的制备方法，其特征在于，所述步骤(13)的冷却过程：以0.5～0.7米/分钟的速度，从1200℃急速降温到600-750℃，用时12-17min；以0.5～0.7米/分钟de速度，从750℃缓慢冷却至350℃；以0.5～0.7米/分钟的速度，从350℃快速强制冷却到50-100℃。
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