CN109863128B - 生产用于制造陶瓷砖的粉体形式的可流动陶瓷材料的方法 - Google Patents

Abstract

生产用于制造陶瓷砖的颗粒形式的可流动陶瓷材料的方法，包括以下步骤：从原料混合物制备浆体，所述原料包括粘土、惰性物质和助熔剂，并且根据所述陶瓷砖的陶瓷混合物的确定配方，将所述浆体造粒以获得陶瓷颗粒。

Description

生产用于制造陶瓷砖的粉体形式的可流动陶瓷材料的方法

本发明涉及生产粉体形式的可流动陶瓷材料的方法，所述粉体形式的可流动陶瓷材料特别是适于通过压制制造陶瓷砖(ceramic tile)的陶瓷颗粒，所述陶瓷砖特别是炻瓷砖(porcelain stoneware tile)。

为获得高度致密的陶瓷砖，即具有低吸水性和高抗破损性，特别是为获得炻瓷砖，有必要选择合适的原料，例如基本不含铁的原料，通过研磨减小颗粒的尺寸以增加原料组分的活性表面，将研磨的原料混合以使各组分均匀分布并使各组分更紧密地接触以促进烧制过程中的玻璃化。经研磨后生产的陶瓷颗粒可通过压制形成陶瓷砖。此外，陶瓷颗粒表现出比精细陶瓷粉体更大的流动性，另一方面，精细陶瓷粉体由于其大的比表面积而难以通过生产系统中的输送装置准确地移动。

根据所使用的水量，可以区分两种已知的制备陶瓷砖原料的方法，分别表示为“湿”法和“干”法。

在湿法工艺中，投入的原料与大量水一起研磨，例如在圆柱形研磨机中研磨，以获得称为泥浆的液体悬浮液，其在雾化器中喷射。在雾化器中，喷射出的泥浆滴被热空气流撞击，热空气流蒸发泥浆中的水从而获得雾化粉体，即圆形陶瓷颗粒，其尺寸平均在0.2mm至0.9mm之间，并且具有约4％-7％的残留含水量，即湿度。然后将雾化粉体供给到成形压力机，在该压力机中将对压制的半成品进行压制，然后在水平窑例如辊道窑中烧制，从而生产陶瓷砖。在雾化过程中大部分的水被用作研磨的载体，这需要很大的热能，并因此需要很高的燃料消耗。

此外，为允许空气-液滴进行热交换，雾化器需有较大的尺寸，以使泥浆滴流动的路径足以提取必要的含水量；因此，有必要为雾化器的安装提供足够的空间，但雾化器并不总是可用的，这涉及到设备的复杂性。

在干法工艺中，根据预设配方在辊式粉碎机或锤式粉碎机中研磨原料，随后通过添加定量的水在转鼓中造粒，如果与湿法中使用的水相比，干法工艺中使用的水通常相当有限。

尽管这种“干”法技术已经克服了雾化过程的各种缺点，表明它是有效的替代方案，但是原料的干混可能产生不均匀的陶瓷材料区域，只有在将陶瓷砖烧成具有不同吸水性和因此产生的不同孔隙率特征的区域后，才能检测到这些区域。这在陶瓷砖中通常是不希望的，特别是在炻瓷砖中，炻瓷砖需要具有很大的抗弯曲断裂载荷能力，而另一方面由于这种区域具有较小的密实度，会导致抗弯曲断裂载荷能力降低。

生产陶瓷砖的传统方法为，将通过润湿研磨粘土混合物制备的浆体挤压从而形成陶瓷砖。然而，这一成型方法不允许获得像炻瓷那样具有低孔隙率—接近零孔隙率的陶瓷炻器。事实上，如上所述，通过挤压成型的炻瓷砖是通过润湿雾化粉体获得的，因此能耗较高。

本发明的一个目的是改进生产用于制造陶瓷砖特别是炻瓷砖的粉体形式的可流动陶瓷材料的已有技术。

本发明的另一目的是提供生产粉体形式的可流动陶瓷材料的方法，该方法能够实现均匀混合的优点，这些优点可通过湿磨保持，同时降低能耗。

本发明的又一目的是生产粉体形式的可流动陶瓷材料，其具有每颗粉体基本均匀的组成。

根据本发明，提供了如权利要求1定义的用于生产粉体形式的可流动陶瓷材料的方法。

由于本发明，可以通过减少工艺水的量并因此减少除去工艺水所需的能量，以生产足够可流动的陶瓷粉体，以供给陶瓷压机(ceramic press)。

由于根据本发明的方法，所生产的陶瓷颗粒具有比已知干法可获得的组合物更高程度的组分均匀性。

仍然由于本发明，可以获得具有湿度、表观密度、粒度和流动性特征的陶瓷颗粒，其与通过雾化获得的已知类型的雾化粉体的特征相当。

参考附图可以更好地理解和实施本发明，附图以非限制性实施例的方式示出了本发明的一些实施方案，其中：

图1是根据本发明的方法的步骤流程图；

图2是根据图1的方法总结的制备浆体的步骤图；

图3是根据图1的方法总结的制备浆体之前的预备步骤图。

参考附图，根据本发明的方法生产粉体形式特别是颗粒形式的可流动性陶瓷材料，用于通过在水媒介中制备包含原料混合物的浆体来制造陶瓷砖，根据陶瓷砖(特别是炻瓷砖)的陶瓷混合物的配比或配方来选择原料和用量。因此，原料包括粘土、惰性物质和助熔剂。

由于混合物中存在粘土，浆体具有含水量，以显示出“塑性”性能。在获得浆体所采用的步骤的基础上，可获得块状形式的浆体，其具有相当受控的尺寸，其平均尺寸通常约为1cm。

然后用刮擦浆体的造粒技术将浆体造粒。例如，将浆体制成与刷子相互作用，刷子从浆体中除去球粒，从而获得陶瓷颗粒。如果浆体是块状的，通过刮擦造粒将块状物减小为较小尺寸的颗粒。

然后，通过滚压使静止的塑性陶瓷颗粒呈圆形，从而获得圆形颗粒。

之后，将圆形颗粒干燥以获得颗粒粉体形式的可流动陶瓷材料，该可流动陶瓷材料适于供给到用于形成陶瓷砖的陶瓷压机。或者，造粒后可以干燥浆体球粒而无需使陶瓷颗粒变圆。

根据所使用的原料，所制备的浆体具有18重量％至20重量％的含水量，即湿度。

基于制备方法，浆体可具有较低的湿度，例如14重量％至17重量％，特别是14重量％至16重量％，甚至更特别是约15重量％。

为了制备浆体，必须首先按照包括原料用量、研磨和混合的预备步骤处理原料。

制备浆体的这些预备步骤可根据“湿”法技术进行，在该技术中原料被湿磨；或者根据“混合(hybrid)”技术进行，在该技术中部分原料被湿磨且部分原料干磨。换句话说，用混合技术制备浆体包括将部分的干磨原料与其余部分的湿磨原料混合。

在混合技术的一实施方案中，部分原料，特别是由专家认为是“硬的”或“非塑性的”材料组成的原料(例如长石和石英)且是通过干法制备的原料和专家认为是“塑性的”部分原料(因为它们在水的存在下具有塑性，例如粘土)被溶解，即分散在水媒介中，从而形成水基悬浮液。换句话说，干磨配方的部分包括非粘土原料，湿磨原料的其余部分包括粘土原料，使得当它们结合在一起时它们与配方相对应。

在该情况下，通过混合干磨配方部分和湿磨配方部分来获得浆体。得到的浆体可以是团块或小块的形式。在混合技术的另一个实施方案中，湿磨部分和干磨部分具有相同的陶瓷混合物配方，而不是具有不同原料组成的配方部分，另一方面，正如在之前公开的混合技术实施方案中所提供的。在相同配方的实施方案中，浆体是通过将湿磨原料配方与具有相同配方的干磨原料按预设的比例投入混合而获得的。换句话说，具有给定配方的材料的一部分被湿磨，而相对于给定配方具有相同原料组成的其余部分材料被干磨。然后将两部分混合在一起。

例如，如果陶瓷混合配方包括35％的“塑性”，即粘土原料，和65％的“硬的”、非塑性原料，通过将78重量％的干磨配方和22重量％的相同的湿磨配方混合来制备浆体。干磨配方的百分比通常在约69重量％至约82重量％之间变化。从而湿磨配方的百分比通常在约18重量％至约31重量％之间变化。

由此获得的浆体可以为团块形式(aggelomerate)或小块形式(small lump)。

湿法制备原料时，得到液体混合物。随后，从液体混合物中除去过量的水以获得浆体，这将在下面说明。

在混合情况下，部分原料构成水基悬浮液，因此其为混合物的液体部分，剩余部分构成混合物的固体部分。在该情况下，液体部分和固体部分整体地决定了根据预设配方期望获得的混合物的量，并且即使这两部分还未被混合在一起，该混合物也将在下文中表示为“杂系混合物(hybrid mixture)”。在杂系混合物的情况下，例如在连续混合器或不连续混合器中，通过混合固体部分和液体部分来获得浆体。特别地，在固体部分混合时注入液体部分，通过凝聚而形成浆体。在这些情况下获得的为团块形式或小块形式的浆体。

也可根据“干”法技术即例如在辊式粉碎机中通过干磨制备原料的整个配方，而不仅仅是混合情况下的一个实施方案中的“非塑性”部分。在干磨过程中，组分也被干磨。随后，将干磨的原料与一定量的水基液体混合，使得能够获得具有所需湿度的浆体。同样在该实施方案中，获得的浆体可以为块状的形式。

然而，从能量的角度来看，这种技术并不那么有利，因为必须利用能量研磨配方中的“塑性”部分，另一方面，能够以较低成本有效地分散在水中。

在所有的情况下，浆体可由液体混合物或杂系混合物制备，或者可由固体混合物制备。

液体混合物为水基悬浮液，并且可通过已知类型的湿磨在陶瓷砖生产情况下(例如在具有或不具有研磨体的、连续或不连续的圆柱形研磨机中)以水基悬浮液(也称为泥浆)的形式获得，所述水基悬浮液包含分散在水媒介中的原料的固体颗粒。原料在研磨的上游投入，在最后一步中发生混合物的组分的充分研磨。

湿法技术的一个版本提供了“非塑性”即“硬的”原料的预干磨，并且之后将这些预干磨的材料与配方的剩余原料一起在例如圆柱形研磨机中研磨整个湿配方。这提高了湿磨机的生产效率，并改善了泥浆的均匀性。

由于“非塑性”原料的预干磨，湿磨对于从相应液体混合物的陶瓷颗粒获得的陶瓷砖的烧制的影响程度更显著。事实上，已通过实验确定，这一陶瓷砖可在比通常烧制温度低1％至1.2％的温度下烧制，这使得烧制窑的燃料消耗更低。尽管“非塑性”原料的预干磨需要更大的能量，但整体的能量平衡使这一方案经济实惠。

在湿法实施方案中，制备浆体包括从水基悬浮液中提取水，即除去过量的水，直到获得具有所需含水量即所需湿度的浆体。然后将水基悬浮液浓缩，直到悬浮液的固体组分形成具有所需含水量的浆体。这可以通过压滤水基悬浮液以将固形物(solid content)与水基悬浮液的液形物(liquid content)分离来实现。

或者，过量的水可通过倾析水基悬浮液(例如在倾析槽中)和提取过量的水媒介(例如通过泵送系统)来除去。

在一实施方案中，通过离心倾析除去多余的水，利用离心力倾析出比密度较低液体的密度更大的液体。因此，密度较大的液体限定了浆体，随后将浆体缩减成球粒或颗粒。在一实施方案中，通过从水基悬浮液中除去水而获得的固形物或稠密液体可具有高湿度，例如约20％-22％。在该情况下，分离的固形物或分离的稠密液体可与刮擦过程中产生的部分精细产品预混合并回收，从而形成具有所需湿度(例如约15％)的浆体。该预混合是在造粒的上游通过刮擦进行的，从而降低了通过脱水步骤获得的产品的湿度，确保了浆体块的形成，并且回收了原本会被丢弃的其它过于精细的材料，并以浆体的形式返回到材料生产循环中。

然而，除去多余的水，能够混合限定浆体的固形物以保持浆体的均匀性。

从水基悬浮液中除去的过量水可在粉体形式的可流动陶瓷材料的新的生产循环中重复使用，用于制备另一种水基悬浮液。

在湿磨过程中为获得液体混合物(即之后用于获得浆体的水基悬浮液)而输送的水量，以比雾化过程中蒸发的水量少得多的量(约一半的量)从水溶液中除去。事实上，液体混合物的含水量通常为35％-38％-40％，降低到雾化过程中雾化粉体中5％-7％的含水量，例如根据本发明的方法降低到浆体中18％-20％或者甚至15％的含水量。因此，除去多余水以获得浆体所需的能量明显少于雾化器从水溶液中蒸发水所需的能量。

应该注意的是，所采用的除水方法是机械类型的，即它们利用机械能而不是热能，如雾化的情况，即水是在不向液体混合物供热的情况下除去的。

节约的不仅是能量，而且节约了水，事实上，除去以获得浆体的过量水不会像在雾化中那样通过蒸发损失，而是在本发明的新的浆体制备循环中回收以被利用。

在混合情况下也可制备水基悬浮液，其中投入塑性的部分原料(特别是粘土)并将其溶解在水基液体中。溶解可以通过在例如高速溶解器进行。在该情况下，水基悬浮液不具有与混合物的配方相对应的组成，所述混合物是在干燥制备(通过投入干燥和机械干燥)的所述混合物的原料的剩余部分中所述期望获得的。

在该实施方案中，通过将水基悬浮液与原料中剩余的干磨部分混合而获得浆体。以这种方式，水基悬浮液中包含的水足以获得具有含水量的浆体。因此，在杂系混合物的粘土部分的溶解步骤中，可加入足以形成浆体的水基液体的量，或者在将水基悬浮液与部分干磨原料捏和的步骤中，可通过加入另外的水基液体来达到。所使用的水基液体的总量可根据所用粘土原料的固有湿度而变化；因此，有必要在制备浆体的预备步骤中测量原料的湿度。

水基液体为可以添加添加剂的水或水基液体，例如用于调节水溶液或希望制备的浆体的流变性能，或两者的流变性能。在本说明书中，词语水和水基液体被认为是可互换的。

提供了从杂系混合物制备浆体的方法的实施方案能够使用最少量的水来获得浆体，因此与已知的雾化技术相比节省了能量和水消耗量。混合可分为两个时间间隔，第一时间间隔为固体部分与混合物的液体部分实际捏和并获得浆体的时间，第二时间间隔为已经获得的浆体均质化所必需的时间。例如，在从杂系混合物获得浆体的情况下，均质化间隔也可以持续超过获得浆体的时间间隔。

如上所述，所得浆体被缩减为颗粒，即通过刮擦进行后续造粒。浆体可以是小块形式，放置成与刷子例如转刷接触。刷子与浆体的相互作用产生浆体球粒，这些球粒收集后限定陶瓷颗粒。

陶瓷颗粒可通过例如在滚筒中滚压而变得更圆。

随后干燥仍然为塑性的(也可能为圆形的)陶瓷颗粒，以获得粉体形式的可流动陶瓷材料。

考虑到捏和和由此获得浆体、混合以使浆体均质化、造粒、可能使陶瓷颗粒变圆和干燥颗粒以产生粉体形式的可流动陶瓷材料所需的总能量消耗，这比传统雾化的总能量消耗的少。

从根据本发明的方法步骤获得的粉体形式的可流动陶瓷材料具有与相同类型的混合物组成即配方的已知类型的雾化粉体相当的特性。

在如下所示的表1中，示出了陶瓷颗粒样品的特征参数，这些特征参数是用具有相同配方的本发明的方法的不同实施方案获得的。样品A是由混合技术制备的浆体得到的粉体形式的可流动陶瓷材料，样品B是由湿法技术制备的浆体得到的粉体形式的可流动陶瓷材料。参照两个样品A和B的组分相同的雾化粉体，并作为参考。

表1

所采用的造粒和干燥条件与两个样品A和B采用的条件相同。

可以观察到，粒度曲线接近雾化粉体的粒度曲线，特别是对于样品B。此外，样品的流动性和湿度使粉体陶瓷材料能够通过压制形成陶瓷砖。

最后，根据本发明的方法使陶瓷压机能够以粉体形式的可流动陶瓷材料供给，以形成陶瓷砖，特别是炻瓷砖。

根据以上公开的内容，根据本发明的方法能够避免现有技术的雾化步骤，从而减少在制备处理陶瓷材料过程中对其加热和从陶瓷材料中除去水(以使陶瓷材料适于通过压制成形)所需的燃料消耗。通过减少燃料消耗，排放到大气中的二氧化碳也随之减少，这对环境明显有利。此外，在利用湿法技术制备浆体的实施方案中，上述方法不会改变与可流动陶瓷材料的生产上游和可流动陶瓷材料下游的压制步骤相关的研磨步骤，这使得该方法的实施方案得以采用，将该实施方案应用于现有工厂中以生产陶瓷砖，尤其是炻瓷砖。

Claims (16)

1.生产用于制造陶瓷砖的颗粒形式的可流动陶瓷材料的方法，包括以下步骤：

-由原料混合物制备浆体，所述原料包括根据所述陶瓷砖的陶瓷混合物的确定配方的粘土、惰性物质和助熔剂；

-将所述浆体造粒以获得陶瓷颗粒；

其中，所述造粒包括刮擦所述浆体以从所述浆体中除去球粒，从而获得所述陶瓷颗粒；

所述浆体的湿度为14重量％至17重量％或18重量％至20重量％。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制备浆体包括将干磨原料的部分与湿磨原料的其余部分混合。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述干磨原料的部分和所述湿磨原料的其余部分具有与所述配方相同的原料组成，或者所述干磨原料的部分包括非粘土原料并且所述湿磨原料的其余部分包括粘土原料，使得所述干磨原料的部分与所述湿磨原料的其余部分结合在一起时与所述配方相对应。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制备浆体包括制备所述原料的水基悬浮液。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述制备浆体还包括从所述水基悬浮液中除去过量的水，直到获得具有所需湿度的浆体。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述除去过量的水包括对所述水基悬浮液施用压滤技术或倾析所述水基悬浮液或对所述水基悬浮液施用离心倾析技术，以从所述水基悬浮液的固形物中分离液形物，其中所述固形物限定所述浆体。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，收集并重复利用所述过量的水以制备另一种水基悬浮液。

8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述制备水基悬浮液包括湿磨所述原料混合物。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述湿磨的上游投入所述配方的固体非粘土组分，所述固体非粘土组分在干燥条件下被预研磨。

10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述制备水基悬浮液包括将所述原料的粘土部分溶解在水基液体中。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述溶解后，通过将所述水基悬浮液与其余部分的所述原料混合而捏和所述浆体，所述其余部分的所述原料被干磨。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述刮擦包括使所述浆体与刷子相互作用。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述造粒之后，通过滚压使所述陶瓷颗粒呈圆形，从而获得圆形颗粒。

14.根据权利要求1或13所述的方法，其中，在所述造粒之后，干燥所述陶瓷颗粒以获得粉体形式的所述可流动陶瓷材料，所述粉体形式的所述可流动陶瓷材料适于供给用于形成所述陶瓷砖的陶瓷压机。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述干燥之后，向陶瓷压机供给所述粉体形式的所述可流动陶瓷材料，以形成所述陶瓷砖。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述配方是用于炻瓷砖的陶瓷混合物的配方。

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