CN111995436B - 固废陶瓷砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于陶瓷砖的制备技术领域，具体的涉及一种固废陶瓷砖及其制备方法。包括坯体层、底釉层和面釉层，所述的坯体层，以重量分数计，由以下原料组成：陶瓷废料25‑30％、赤泥35‑40％、煤矸石15‑20％、玄武岩5‑10％、膨润土5‑10％、锆英砂5‑8％。本发明所述的固废陶瓷砖，采用建筑垃圾和工业尾矿为原料制备陶瓷砖，大大降低了生产成本，且制备得到的陶瓷砖各层之间协同作用，层原料之间互相配合，具有很好的抗压强度和抗折强度。

Description

固废陶瓷砖及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷砖的制备技术领域，具体的涉及一种固废陶瓷砖及其制备方法。
背景技术
赤泥的碱性氧化物含量高，熔点较低，在高温时其微粒表面形成部分熔融状态，互相粘连并促进各矿物成分的反应，使新的矿物与生成物迅速结晶长大，在坯体内形成网络结构，从而使制品有较高的强度，同时由于其具有粒度细、质软，塑性较强等特点，通常被称为亚粘土，因此，可作为粘土的替代物用于烧结砖生产。
赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的最大固体废弃物，赤泥的堆存占用大量的土地和山丘、耗费大量的堆场建设和维护费用，并造成了严重的环境污染和地下水污染，它的综合治理成为人们所关注的焦点之一。由于烧结法赤泥中钙含量偏高，而拜耳法赤泥中铁含量高，且成分复杂，波动较大，使得目前赤泥的利用率偏低，已有的赤泥应用于烧结砖的研制普遍在掺入量在10-30％之间，达不到大规模开发利用赤泥的要求。
随着我国城市建设的快速发展，出现了大量外檐更新的需求。建筑外檐陶瓷砖饰面的更新，产生数量可观的废弃陶瓷砖饰面材料。废弃陶瓷砖饰面材料只能和其他建筑废料混杂在一起，以建筑垃圾的方式进行处理。大多数建筑垃圾采用填埋的方式进行处理，而建筑垃圾填埋会对生态环境造成破坏。
首先，建筑垃圾的填埋会占用土地，其次，大多数建筑垃圾在填埋后因雨水冲刷等原因会释放出多环芳烃等化学物质，这些化学物质与土壤中的微生物等发生化学反应，释放出多环芳烃等化学物质，对土壤危害较大；再次，建筑垃圾堆放会产生大量的粉尘，对空气质量也有不利影响；最后，建筑垃圾的填埋对地下水位和植物根系都会有破坏作用，尤其像陶瓷饰面砖这种由高岭土等矿物质烧制而成的建筑材料更是难以降解，对废弃陶瓷装饰面材料进行掩埋，无疑会对生态环境造成难以修复的破坏。
从上述记载可以看出，不管是建筑垃圾还是工业尾矿都没得到合理的、有效的、综合利用，因此，有必要探索一种固废的综合利用方法，将产生的建筑垃圾和工业尾矿回用于陶瓷砖。
发明内容
本发明的目的是：提供一种固废陶瓷砖，该固废陶瓷砖采用固体废弃物为原料进行制备，大大降低了生产成本，本发明同时提供了其制备方法。
本发明所述的固废陶瓷砖，包括坯体层、底釉层和面釉层，所述的坯体层，以重量分数计，由以下原料组成：
Figure BDA0002673660280000021
其中：
所述的煤矸石包括如下化学组成：SiO2 55.0-65.0％、Al2O3 12.0-27.0％、K2O0.5-1.2％、Na2O 0.5-0.8％、CaO 1.0-5.0％、MgO 0.2-0.5％、Fe2O3 2.5-5.0％以及烧失量15.0-20.0％。
所述的陶瓷废料包括如下化学组成：SiO2 65.0-70.0％、Al2O3 18.0-23.0％、Fe2O30.5-2.0％、K2O 1.5-3.0％、Na2O 1.0-2.5％、CaO 0.8-1.5％、MgO 0.5-1.0％以及烧失量5-8％。
所述的赤泥包括如下化学组成：SiO2 12.0-18.0％、Al2O3 28.0-30.0％、Fe2O34.0-6.0％、TiO2 5.0-8.0％、Na2O 3.5-5.5％、CaO 25.0-28.0％以及烧失量8-15％。
所述的玄武岩包括如下化学组成：SiO2 45.0-50.0％、TiO2 1.5-3.0％、Al2O314.0-15.0％、Fe2O3 3.0-4.0％、CaO 8.0-9.0％、MgO 6.5-8.0％、K2O 1.5-2.0％、Na2O3.0-3.5％、P2O5 0.2-0.8％以及烧失量8-15％。
所述的底釉层，以重量份数计，由如下原料组成：煤矸石25-30份、陶瓷废料25-30份、钾长石10-15份、滑石5-8份、煅烧高岭土10-15份、锆英砂5-8份、棕刚玉10-15份、方解石5-8份、羧甲基纤维素钠0.3-0.5份和六偏磷酸钠0.2-0.4份。
所述的底釉层中还包括一定量的水。
所述的面釉层，以重量份数计，由如下原料组成：滑石粉8-12份、硅藻土10-15份、硅酸锆10-15份、氧化锌5-8份、赤泥20-35份、玄武岩20-25份、煅烧氧化铝15-25份、碳酸钡5-10份、氧化镁5-8份、羧甲基纤维素钠0.3-0.6份和六偏磷酸钠0.2-0.5份。
所述的面釉层中还包括一定量的水。
本发明所述的固废陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)坯体原料经球磨成浆料后形成坯体干粉，采用模压方式将干粉压制制备得到陶瓷砖生坯；
(2)陶瓷砖生坯干燥后，施底釉浆料，得底釉层，然后再喷湿面釉浆料得面釉层，最后经干燥和烧成，制备得到固废陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中所述的球磨时间为8-10h，浆料的密度为1.60-1.65g/cm3。
步骤(1)中所述于60-65MPa的压力下模压成型。
步骤(2)中所述的底釉浆料的密度为1.60-1.65g/cm3，面釉浆料的密度为1.60-1.65g/cm3。
步骤(2)中所述的于700-750℃干燥1-1.5h，然后以5-8℃/min的速率升温至1100-1250℃下烧成2-3h，然后以20-30℃/min的速率降温至650-800℃，保温1-1.5h，再以10-15℃/min的速率降温至室温即可。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的固废陶瓷砖，采用建筑垃圾和工业尾矿为原料制备陶瓷砖，大大降低了生产成本，且制备得到的陶瓷砖各层之间协同作用，层原料之间互相配合，具有很好的抗压强度和抗折强度。
(2)本发明所述的固废陶瓷砖的制备方法，制备工艺简单，参数合理，且适合工业化推广生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例1所述的固废陶瓷砖，包括坯体层、底釉层和面釉层，所述的坯体层，以重量分数计，由以下原料组成：
Figure BDA0002673660280000031
其中：
所述的煤矸石包括如下化学组成为：SiO2 58.0％、Al2O3 18.5％、K2O 1.2％、Na2O0.5％、CaO 0.7％、MgO 0.35％、Fe2O3 2.5％以及烧失量18％。
所述的陶瓷废料包括如下化学组成：SiO2 68.0％、Al2O3 20.0％、Fe2O3 0.5％、K2O3.0％、Na2O 1.5％、CaO 0.8％、MgO 0.8％以及烧失量5％。
所述的赤泥包括如下化学组成：SiO2 13.0％、Al2O3 28.5％、Fe2O3 4.0％、TiO27.5％、Na2O 4.5％、CaO 26.5％以及烧失量14.5％。
所述的玄武岩包括如下化学组成：SiO2 50.0％、TiO2 2.5％、Al2O3 14.5％、Fe2O33.5％、CaO 8.5％、MgO 7.0％、K2O 1.5％、Na2O 3.5％、P2O5 0.5％以及烧失量8％。
所述的底釉层，以重量份数计，由如下原料组成：煤矸石25份、陶瓷废料25份、钾长石15份、滑石5份、煅烧高岭土12份、锆英砂6份、棕刚玉12份、方解石8份、羧甲基纤维素钠0.3份和六偏磷酸钠0.3份。
所述的底釉层中还包括一定量的水。
所述的面釉层，以重量份数计，由如下原料组成：滑石粉8份、硅藻土10份、硅酸锆12份、氧化锌5份、赤泥30份、玄武岩20份、煅烧氧化铝15份、碳酸钡5份、氧化镁5份、羧甲基纤维素钠0.5份和六偏磷酸钠0.3份。
所述的面釉层中还包括一定量的水。
本实施例1所述的固废陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)坯体原料经球磨成浆料后形成坯体干粉，采用模压方式将干粉压制制备得到陶瓷砖生坯；
(2)陶瓷砖生坯干燥后，施底釉浆料，得底釉层，然后再喷湿面釉浆料得面釉层，最后经干燥和烧成，制备得到固废陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中所述的球磨时间为10h，浆料的密度为1.65g/cm3。
步骤(1)中所述于60MPa的压力下模压成型。
步骤(2)中所述的底釉浆料的密度为1.60g/cm3，面釉浆料的密度为1.60g/cm3。
步骤(2)中所述的于700℃干燥1.5h，然后以5℃/min的速率升温至1100℃下烧成2h，然后以20℃/min的速率降温至650℃，保温1h，再以10℃/min的速率降温至室温即可。
对实施例1制备的固废陶瓷砖进行性能测试，结果如下：抗折强度为86.2MPa；抗压强度为352MPa。
实施例2
本实施例2所述的固废陶瓷砖，包括坯体层、底釉层和面釉层，所述的坯体层，以重量分数计，由以下原料组成：
Figure BDA0002673660280000041
其中：
所述的煤矸石包括如下化学组成为：SiO2 58.0％、Al2O3 18.5％、K2O 1.2％、Na2O0.5％、CaO 0.7％、MgO 0.35％、Fe2O3 2.5％以及烧失量18％。
所述的陶瓷废料包括如下化学组成：SiO2 68.0％、Al2O3 20.0％、Fe2O3 0.5％、K2O3.0％、Na2O 1.5％、CaO 0.8％、MgO 0.8％以及烧失量5％。
所述的赤泥包括如下化学组成：SiO2 13.0％、Al2O3 28.5％、Fe2O3 4.0％、TiO27.5％、Na2O 4.5％、CaO 26.5％以及烧失量14.5％。
所述的玄武岩包括如下化学组成：SiO2 50.0％、TiO2 2.5％、Al2O3 14.5％、Fe2O33.5％、CaO 8.5％、MgO 7.0％、K2O 1.5％、Na2O 3.5％、P2O5 0.5％以及烧失量8％。
所述的底釉层，以重量份数计，由如下原料组成：煤矸石30份、陶瓷废料30份、钾长石12份、滑石8份、煅烧高岭土10份、锆英砂8份、棕刚玉15份、方解石6.5份、羧甲基纤维素钠0.5份和六偏磷酸钠0.2份。
所述的底釉层中还包括一定量的水。
所述的面釉层，以重量份数计，由如下原料组成：滑石粉10份、硅藻土12份、硅酸锆15份、氧化锌8份、赤泥35份、玄武岩22份、煅烧氧化铝25份、碳酸钡10份、氧化镁8份、羧甲基纤维素钠0.6份和六偏磷酸钠0.4份。
所述的面釉层中还包括一定量的水。
本实施例2所述的固废陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)坯体原料经球磨成浆料后形成坯体干粉，采用模压方式将干粉压制制备得到陶瓷砖生坯；
(2)陶瓷砖生坯干燥后，施底釉浆料，得底釉层，然后再喷湿面釉浆料得面釉层，最后经干燥和烧成，制备得到固废陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中所述的球磨时间为8h，浆料的密度为1.60g/cm3。
步骤(1)中所述于65MPa的压力下模压成型。
步骤(2)中所述的底釉浆料的密度为1.62g/cm3，面釉浆料的密度为1.65g/cm3。
步骤(2)中所述的于720℃干燥1.2h，然后以6℃/min的速率升温至1200℃下烧成2.5h，然后以25℃/min的速率降温至750℃，保温1.5h，再以15℃/min的速率降温至室温即可。
对实施例2制备的固废陶瓷砖进行性能测试，结果如下：抗折强度为105.3MPa；抗压强度为452.5MPa。
实施例3
本实施例3所述的固废陶瓷砖，包括坯体层、底釉层和面釉层，所述的坯体层，以重量分数计，由以下原料组成：
Figure BDA0002673660280000061
其中：
所述的煤矸石包括如下化学组成为：SiO2 58.0％、Al2O3 18.5％、K2O 1.2％、Na2O0.5％、CaO 0.7％、MgO 0.35％、Fe2O3 2.5％以及烧失量18％。
所述的陶瓷废料包括如下化学组成：SiO2 68.0％、Al2O3 20.0％、Fe2O3 0.5％、K2O3.0％、Na2O 1.5％、CaO 0.8％、MgO 0.8％以及烧失量5％。
所述的赤泥包括如下化学组成：SiO2 13.0％、Al2O3 28.5％、Fe2O3 4.0％、TiO27.5％、Na2O 4.5％、CaO 26.5％以及烧失量14.5％。
所述的玄武岩包括如下化学组成：SiO2 50.0％、TiO2 2.5％、Al2O3 14.5％、Fe2O33.5％、CaO 8.5％、MgO 7.0％、K2O 1.5％、Na2O 3.5％、P2O5 0.5％以及烧失量8％。
所述的底釉层，以重量份数计，由如下原料组成：煤矸石27份、陶瓷废料27份、钾长石10份、滑石6份、煅烧高岭土15份、锆英砂5份、棕刚玉10份、方解石5份、羧甲基纤维素钠0.3份和六偏磷酸钠0.2份。
所述的底釉层中还包括一定量的水。
所述的面釉层，以重量份数计，由如下原料组成：滑石粉12份、硅藻土15份、硅酸锆10份、氧化锌6份、赤泥25份、玄武岩25份、煅烧氧化铝20份、碳酸钡8份、氧化镁6份、羧甲基纤维素钠0.4份和六偏磷酸钠0.5份。
所述的面釉层中还包括一定量的水。
本实施例3所述的固废陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)坯体原料经球磨成浆料后形成坯体干粉，采用模压方式将干粉压制制备得到陶瓷砖生坯；
(2)陶瓷砖生坯干燥后，施底釉浆料，得底釉层，然后再喷湿面釉浆料得面釉层，最后经干燥和烧成，制备得到固废陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中所述的球磨时间为9h，浆料的密度为1.62g/cm3。
步骤(1)中所述于63MPa的压力下模压成型。
步骤(2)中所述的底釉浆料的密度为1.65g/cm3，面釉浆料的密度为1.62g/cm3。
步骤(2)中所述的于750℃干燥1h，然后以8℃/min的速率升温至1250℃下烧成2h，然后以30℃/min的速率降温至800℃，保温1h，再以10℃/min的速率降温至室温即可。
对实施例3制备的固废陶瓷砖进行性能测试，结果如下：抗折强度为93.6MPa；抗压强度为396.5MPa。
对比例1
本对比例1所述的固废陶瓷砖，包括坯体层、底釉层和面釉层，所述的坯体层，以重量分数计，由以下原料组成：
Figure BDA0002673660280000071
其余工艺及原料均与实施例2相同。
对对比例1制备的固废陶瓷砖进行性能测试，结果如下：抗折强度为37.9MPa；抗压强度为150.3MPa。
对比例2
本对比例2所述的陶瓷砖与实施例2相同，唯一的不同点在于底釉不同，所述的底釉层，以重量份数计，由如下原料组成：煤矸石30份、钾长石12份、滑石8份、煅烧高岭土40份、锆英砂8份、棕刚玉15份、方解石6.5份、羧甲基纤维素钠0.5份和六偏磷酸钠0.2份。
对对比例2制备的固废陶瓷砖进行性能测试，结果如下：抗折强度为50.2MPa；抗压强度为223MPa。
对比例3
本对比例3所述的陶瓷砖与实施例2相同，唯一的不同点在于面釉不同，所述的面釉层，以重量份数计，由如下原料组成：滑石粉10份、硅藻土12份、氧化锌8份、赤泥35份、玄武岩22份、煅烧氧化铝25份、碳酸钡10份、氧化镁8份、羧甲基纤维素钠0.6份和六偏磷酸钠0.4份。
对对比例3制备的固废陶瓷砖进行性能测试，结果如下：抗折强度为43.5MPa；抗压强度为198MPa。

Claims (4)

1.一种固废陶瓷砖，其特征在于：包括坯体层、底釉层和面釉层，所述的坯体层，以重量分数计，由以下原料组成：
陶瓷废料 25-30%
赤泥 35-40%
煤矸石 15-20%
玄武岩 5-10%
膨润土 5-10%
锆英砂 5-8%；
其中：
所述的煤矸石包括如下化学组成：SiO2 55.0-65.0%、Al2O3 12.0-27.0%、K2O 0.5-1.2%、Na2O 0.5-0.8%、CaO 1.0-5.0%、MgO 0.2-0.5%、Fe2O3 2.5-5.0%以及烧失量15.0-20.0%；
所述的陶瓷废料包括如下化学组成：SiO2 65.0-70.0%、Al2O3 18.0-23.0%、Fe2O3 0.5-2.0%、K2O 1.5-3.0%、Na2O 1.0-2.5%、CaO 0.8-1.5%、MgO 0.5-1.0%以及烧失量5-8%；
所述的赤泥包括如下化学组成：SiO2 12.0-18.0%、Al2O3 28.0-30.0%、Fe2O3 4.0-6.0%、TiO2 5.0-8.0%、Na2O 3.5-5.5%、CaO 25.0-28.0%以及烧失量8-15%；
所述的玄武岩包括如下化学组成：SiO2 45.0-50.0%、TiO2 1.5-3.0%、Al2O3 14.0-15.0%、Fe2O3 3.0-4.0%、CaO 8.0-9.0%、MgO 6.5-8.0%、K2O 1.5-2.0%、Na2O 3.0-3.5%、P2O5 0.2-0.8%以及烧失量8-15%；
所述的底釉层，以重量份数计，由如下原料组成：煤矸石25-30份、陶瓷废料25-30份、钾长石10-15份、滑石5-8份、煅烧高岭土10-15份、锆英砂5-8份、棕刚玉10-15份、方解石5-8份、羧甲基纤维素钠0.3-0.5份和六偏磷酸钠0.2-0.4份；
所述的面釉层，以重量份数计，由如下原料组成：滑石粉8-12份、硅藻土10-15份、硅酸锆10-15份、氧化锌5-8份、赤泥20-35份、玄武岩20-25份、煅烧氧化铝15-25份、碳酸钡5-10份、氧化镁5-8份、羧甲基纤维素钠0.3-0.6份和六偏磷酸钠0.2-0.5份。
2.一种权利要求1所述的固废陶瓷砖的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
（1）坯体原料经球磨成浆料后形成坯体干粉，采用模压方式将干粉压制制备得到陶瓷砖生坯；
（2）陶瓷砖生坯干燥后，施底釉浆料，得底釉层，然后再喷湿面釉浆料得面釉层，最后经干燥和烧成，制备得到固废陶瓷砖。
3.根据权利要求2所述的固废陶瓷砖的制备方法，其特征在于：
步骤（1）中所述的球磨时间为8-10h，浆料的密度为1.60-1.65g/cm3；
步骤（1）中所述压制是于60-65MPa的压力下模压成型。
4.根据权利要求2所述的固废陶瓷砖的制备方法，其特征在于：
步骤（2）中所述的底釉浆料的密度为1.60-1.65g/cm3，面釉浆料的密度为1.60-1.65g/cm3；
步骤（2）中所述的最后经干燥和烧成工艺是于700-750℃干燥1-1.5h，然后以5-8℃/min的速率升温至1100-1250℃下烧成2-3h，然后以20-30℃/min的速率降温至650-800℃，保温1-1.5h，再以10-15℃/min的速率降温至室温即可。
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