CN108585781A - 适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法 - Google Patents

适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适合低温快烧的低成本陶瓷透水砖的制备方法，步骤(1)，将废弃玻璃通过配料、破碎、混料、球磨后获得均匀的粉料混合物，辅以少量糊精粉、水与粘土进行造粒，作为透水砖的结合剂；步骤(2)，将建筑陶瓷与日用陶瓷废料与废渣破碎至一定颗粒度，作为透水砖的骨料；步骤(3)，将硅酸钠水玻璃调至一定浓度后按一定比例与骨料充分混合获得硅酸钠水玻璃包裹型骨料；步骤(4)，将造粒后的结合剂与包裹型骨料按一定比例进行配料、混合、造粒后进行布料成型、烧结，最后经表面修饰即获得陶瓷透水砖。本发明使得透水砖表面孔径与孔隙率较小但内部孔径与孔隙率较大，大幅度降低了表面孔隙被堵塞的情况，确保了透水砖能够持续保持较高透水率。

Description

适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法
技术领域
本发明涉及建筑陶瓷技术领域，具体涉及一种适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法。
背景技术
中国是陶瓷大国，不管是筑陶瓷还是日用陶瓷的产量都是全球第一。在陶瓷的生产过程中，由于原料或技术等问题不可避免的将产生大量的废瓷与废渣，由于该类废料是已经过高温烧结的产物，在自然界很难分解，也很难作为工业原料重新利用，因而大量废弃陶瓷被当作普通垃圾运往垃圾场进行填埋，这不仅浪费了大量宝贵的无机非金属原料，也浪费了填埋场的大量空间。更可悲的是，有不少厂家将废陶瓷随意丢弃在厂房周围、河沟边、空地上，严重地影响城市景观，不仅挤占土地，而且造成河道变窄致发内涝，滋生蚊蝇、老鼠，传播疾病，构成环境安全隐患，对生态环境造成严重的危害；目前，陶瓷垃圾已成为全国各大陶瓷产区的一大环境公害，所以将废陶瓷回收重新利用，对于保护环境具有十分重大的意义。
曾经一度有人提议将废弃陶瓷片粉磨后，作为原料掺入陶瓷配方中，由于组成成分比较接近，理论上对产品的影响不会很大。但经实施后发现，要将陶瓷碎片研磨至适用于陶瓷配料所需的颗粒度，该过程的成本太高，因而很少有陶瓷厂家愿意进行实际生产。江伟辉教授提出利用废弃瓷砖制作透水砖（专利号CN201410061365.5），这为提高废弃陶瓷的利用率提供了新的思路，但该专利中配料大部分为粉煤灰，对废弃陶瓷的使用量相对有限，且配方及工艺也比较复杂。王亚红采用废陶瓷制作的透水砖（专利号：CN201610247511.2）虽然可行，但其方法需要使用大量的矿物原料作为粘结剂，不仅增加粘土矿物的需求，并且其烧成温度也需要达到1200℃以上，高温烧成时间接近2小时，不仅生产效率比较低，能耗也很大。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种以陶瓷废料为主要原料在低温快烧条件下制备陶瓷透水砖的方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
步骤(1)，将废弃玻璃通过配料、破碎、混料、球磨后获得均匀的粉料混合物，辅以少量糊精粉、水与粘土进行造粒，作为透水砖的结合剂；
步骤(2)，将建筑陶瓷与日用陶瓷废料与废渣破碎至一定颗粒度，作为透水砖的骨料；
步骤(3)，将硅酸钠水玻璃调至一定浓度后按一定比例与骨料充分混合获得硅酸钠水玻璃包裹型骨料；
步骤(4)，将造粒后的结合剂与包裹型骨料按一定比例进行配料、混合、造粒后进行布料成型、烧结，最后经表面修饰即获得低成本陶瓷透水砖。
上述方案中，所述步骤（1）中，对废弃玻璃配料时，还需加入15%-30%粘土和1%-3%糊精粉。
上述方案中，所述步骤（2）中，对所述破碎后的骨料还需进行筛选分级备用。
上述方案中，所述步骤（3）中，造粒的过程中，要对水玻璃的浓度进行控制，使得黏性足够将结合剂粘附在骨料表面，又不应黏度过大而使骨料抱团。
上述方案中，所述陶瓷碎颗粒直径为2mm-5mm，加入的水玻璃含量控制在6%-13%，所述粉末状结合剂粒度控制在61μm以下。
上述方案中，所述步骤（2）中，陶瓷碎颗粒、粉末状结合剂的用量比为5：（2-3）。
上述方案中，所述步骤（2）中，成型具体为压制成型，成型压力为10-70 MPa；烧结具体为低温快烧，烧制温度为950-1050℃，烧制时间为30-60min。
上述方案中，所述骨料与结合剂在水玻璃的作用下，造粒后可以呈现出核壳结构，并以此骨料通过分级布料，所压制出来的透水砖拥有梯度孔隙率。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过烧结后制备的透水砖具有比水泥制品更高的强度，适用于承载力需求较大的道路铺设；本发明所需原料以废弃陶瓷与废弃玻璃为主，符合绿色环保的发展趋势；产品烧成温度低、烧成周期短，符合节能减排的要求；合成配方简单，可以根据原料来源随时调整配方，调整技术难度低，适合应用推广；此外由于骨料为已经高温烧制过的陶瓷颗粒，不存在烧不熟导致的夹心、黑心等质量问题，具有产品质量高、生成成本低、产业化优势大等优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例提供一种适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法中骨料与结合剂在水玻璃的作用下造粒后呈现出的核壳结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，如图1所示，该制备方法通过以下步骤实现：
步骤(1)，将废弃玻璃通过配料、球磨、混料获得均匀的粉末状结合剂。
所述步骤（1）中的废弃玻璃来源广泛，可以是废弃的平板玻璃、车窗玻璃、啤酒瓶等。一方面，普通的玻璃属Na2O-CaO-SiO2体系，具有较低的软化熔融温度（一般在800℃-1000℃），符合低温烧成的要求；另一方面，玻璃已经经过高温熔融，分解彻底，再次熔融时，无气体等生成，同时符合快烧工艺。
所述步骤（1）中，对废弃玻璃进行配料时，还需加入占玻璃质量15%-30%的粘土。一方面，由于玻璃的膨胀系数比较高，粘土的加入可以调节结合剂的膨胀系数，使得结合剂与骨料的膨胀系数相匹配，从而增加产品的抗折强度；另一方面，利用粘土的黏性可以为所述步骤（4）中的成型工艺提供一定的成型强度。所述粘土可以是苏州土、高岭土、龙岩土、揭阳土等具有黏性的矿物原料。
所述步骤（1）中，在配料时还需要加入占玻璃质量1%-3%的糊精粉，由于糊精粉属于高分子有机物，在高温加热后会被分解而留下空洞，使得结合剂在烧成后存在大量的微气孔，增加了透水砖的透水性能。此处的有机物分解反应不同于无机非金属反应那么漫长，所以并不影响产品的快速烧成。
步骤(2)，将建筑陶瓷与日用陶瓷废料与废渣破碎至一定颗粒度，作为透水砖的骨料。
所述步骤（2）中将骨料破碎成粒度为1-5mm的颗粒后，还需将颗粒进行筛分备用。一方面，筛分后可以防止不同级配颗粒的堆积，使得堆积密度过大，减小了气孔的尺寸。另一方面，不同尺寸的骨料通过分批布料，可以在透水砖内部形成梯度孔隙率。
步骤(3)，将硅酸钠水玻璃调至一定浓度后按一定比例与骨料充分混合获得硅酸钠水玻璃包裹型骨料。
所述步骤（3）中要求水玻璃的浓度为4%-7%，对于颗粒较小的骨料应采用浓度较低的水玻璃，此时的水玻璃在混料之后可以均匀附着在骨料表面，但不因黏度过高而使骨料抱团。
步骤(4)，将粉磨均匀的结合剂与包裹型骨料按一定比例进行配料、混合、造粒后进行布料成型、烧结，最后经表面修饰即获得低成本陶瓷透水砖。
所述步骤（4）中的粉末状结合剂粒度要控制在60μm以下，这样在混料的过程中才能依靠水玻璃的黏性将其均匀裹在骨料上，形成核壳结构。
所述步骤（4）中结合剂与骨料的比例为（1-3）：10
所述步骤（4）中不同粒度的配料方法一致，但在布料使应按骨料颗粒由小到大的顺序进行布料。
所述步骤（4）中，成型具体为压制成型，成型压力为10-70 MPa；烧结为低温快烧，烧制温度为950-1050 ℃，高温烧制时间为30-60 min。
所述骨料与结合剂在水玻璃的作用下，造粒后可以呈现出核壳结构（如图2所示），并以此骨料通过分级布料，所压制出来的透水砖拥有梯度孔隙率。
实施例1
本发明实施例1提供一种适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，该制备方法通过以下步骤实现：
①采用颚式破碎机，将废弃陶瓷碾压成直径约为2-5mm的颗粒，将其筛成2-3mm、3-4mm、4-5 mm分别为A、B、C三种颗粒备用。
②采用滚筒式球磨机将平板玻璃与高岭土质量比为5：3进行混料，加入1%糊精粉，进行干粉球磨后取出，得到结合剂备用。
③将所述步骤①所得陶瓷颗粒装入混料机中，在颗粒由大到小的骨料中分别加入8%的浓度为4%、3%、2%的水玻璃溶液。待混合均匀后加入20%所述步骤②的结合剂，造粒使得结合剂均匀裹在碎瓷颗粒表面，形成核壳结构，从而得到三种粉料。
④将所述步骤③得到的三种粉料安装颗粒由大到小布于模具中，先用10MPa压力保压30s后撤除压力，再增加压力至30 MPa保压30s后取出。
⑤将压制取出的制品置于快烧炉中，30min升温至1000℃，保温30min后于10min内快速冷却至600℃，然后在20min内缓慢降温至300℃，产品随后自然冷却至室温。
由此工艺制备出来的透水砖不易变形，烧结温度为1000℃，抗折强度为38.2MPa，透水率为2.6×10-2 cm/s。
实施例2
本发明实施例2提供一种适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，该制备方法通过以下步骤实现：
①采用颚式破碎机，将废弃瓷盘、碗碟碾压成直径约为2-5mm的颗粒，将其筛成2-3mm、3-4mm、4-5mm分别为A、B、C三种颗粒备用。
②采用滚筒式球磨机将平板玻璃与高岭土质量比为5：2进行混料，加入1.5%糊精粉，进行干粉球磨后取出，得到结合剂备用。
③将所述步骤①所得陶瓷颗粒装入混料机中，在颗粒由大到小的骨料中分别加入7%的浓度为4%、3%、2%的水玻璃溶液。待混合均匀后加入15%所述步骤②的结合剂，造粒使得结合剂均匀裹在碎瓷颗粒表面，形成核壳结构，从而得到三种粉料。
④将所述步骤③得到的三种粉料安装颗粒由大到小布于模具中，先用10MPa压力保压30s后撤除压力，再增加压力至50 MPa保压30s后取出。
⑤将压制取出的制品置于快烧炉中，30min升温至1050℃，保温25min后于10 min内快速冷却至600℃，然后在20min内缓慢降温至300℃，产品随后自然冷却至室温。
由此工艺制备出来的透水砖不易变形，烧结温度为1050℃，抗折强度为33.7MPa，透水率为2.1×10-2cm/s。
实施例3
本发明实施例3提供一种适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，该制备方法通过以下步骤实现：
①采用颚式破碎机，将废弃瓷盘、碗碟碾压成直径约为2-5mm的颗粒,将其筛成2-3mm、3-4mm、4-5mm分别为A、B、C三种颗粒备用。
②采用滚筒式球磨机将平板玻璃与高岭土质量比为5：2进行混料，加入1%糊精粉，进行干粉球磨后取出，得到结合剂备用。
③将所述步骤①所得陶瓷颗粒装入混料机中，在颗粒由大到小的骨料中分别加入8%的浓度为4%、3%、2%的水玻璃溶液。待混合均匀后加入20%所述步骤②的结合剂，造粒使得结合剂均匀裹在碎瓷颗粒表面，形成核壳结构，从而得到三种粉料。
④将所述步骤③得到的三种粉料安装颗粒由大到小布于模具中，先用10MPa压力保压30s后撤除压力，再增加压力至40 MPa保压20s后取出。
⑤将压制取出的制品置于快烧炉中，30min升温至1050℃，保温45min后于10 min内快速冷却至600℃，然后在20min内缓慢降温至300℃，产品随后自然冷却至室温。
由此工艺制备出来的透水砖不易变形，烧结温度为1050℃，抗折强度为41.2MPa，透水率为1.6×10-2 cm/s。
实施例4
本发明实施例4提供一种适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，该制备方法通过以下步骤实现：
①采用颚式破碎机，将废弃瓷盘、碗碟碾压成直径约为3-6mm的颗粒,将其筛成3-4mm、4-5mm、5-6mm分别为A、B、C三种颗粒备用。
②采用滚筒式球磨机将平板玻璃与高岭土质量比为5：3进行混料，加入2%糊精粉，进行干粉球磨后取出，得到结合剂备用。
③将所述步骤①所得陶瓷颗粒装入混料机中，在颗粒由大到小的骨料中分别加入7%的浓度为4%、3%、2%的水玻璃溶液。待混合均匀后加入15%所述步骤②的结合剂，造粒使得结合剂均匀裹在碎瓷颗粒表面，形成核壳结构，从而得到三种粉料。
④将所述步骤③得到的三种粉料安装颗粒由大到小布于模具中，先用10MPa压力保压30s后撤除压力，再增加压力至70 MPa保压20s后取出。
⑤将压制取出的制品置于快烧炉中，30min升温至1000℃，保温60min后于10 min内快速冷却至600℃，然后在20 min内缓慢降温至300℃，产品随后自然冷却至室温。
由此工艺制备出来的透水砖不易变形，烧结温度为1000℃，抗折强度为37.6 MPa，透水率为2.1×10-2 cm/s。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于，该制备方法通过以下步骤实现：
步骤(1)，将废弃玻璃通过配料、破碎、混料、球磨后获得均匀的粉料混合物，辅以少量糊精粉、水与粘土进行造粒，作为透水砖的结合剂；
步骤(2)，将建筑陶瓷与日用陶瓷废料与废渣破碎至一定颗粒度，作为透水砖的骨料；
步骤(3)，将硅酸钠水玻璃调至一定浓度后按一定比例与骨料充分混合获得硅酸钠水玻璃包裹型骨料；
步骤(4)，将造粒后的结合剂与包裹型骨料按一定比例进行配料、混合、造粒后进行布料成型、烧结，最后经表面修饰即获得低成本陶瓷透水砖。
2.根据权利要求1所述的适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于，该方法还包括：所述步骤（1）中，对废弃玻璃配料时，还需加入15%-30%粘土和1%-3%糊精粉。
3.根据权利要求1或2所述的适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于，该方法还包括：所述步骤（2）中，对所述破碎后的骨料还需进行筛选分级备用。
4.根据权利要求1所述的适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，造粒的过程中，要对水玻璃的浓度进行控制，使得黏性足够将结合剂粘附在骨料表面，又不应黏度过大而使骨料抱团。
5.根据权利要求1所述的适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于，所述陶瓷碎颗粒直径为2mm-5mm，加入的水玻璃含量控制在6%-13%，所述粉末状结合剂粒度控制在61μm以下。
6.根据权利要求1所述的适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，陶瓷碎颗粒、粉末状结合剂的用量比为5：（2-3）。
7.根据权利要求1所述的适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，成型具体为压制成型，成型压力为10-70 MPa；烧结具体为低温快烧，烧制温度为950-1050℃，烧制时间为30-60min。
8.根据权利要求1所述的适合低温快烧的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于，所述骨料与结合剂在水玻璃的作用下，造粒后可以呈现出核壳结构，并以此骨料通过分级布料，所压制出来的透水砖拥有梯度孔隙率。
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