CN113307612A - 一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料及其制备方法、陶瓷砖 - Google Patents

一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料及其制备方法、陶瓷砖 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料，按质量百分数，瓷砖坯料的化学组分为：65～68％SiO2、19.2～20.5％Al2O3、0.19～0.38％Fe2O3、0.29～0.37％TiO2、0.6～1.0％CaO、0.2～0.4％MgO、4.0～4.5％K2O和1.4～1.8％Na2O，4.5～6.0％烧失量。瓷砖坯料的原料包括10～15份高钾长石、20～30份钾钠砂、8～15份瓷石、10～15份高铝矸、3～5份膨润土、6～10份黑泥、3～5份高强土、10～20份砂岩和0.3～0.6份三聚磷酸钠。采用该瓷砖坯料所制备的陶瓷砖具有低吸水率高平整度的特点。

Description

一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料及其制备方法、陶瓷砖
技术领域
本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料及其制备方法、陶瓷砖。
背景技术
瓷砖作为一种重要的建筑用材料，在建筑装饰、室内装修中的应用越来越广泛。为保护建筑物的墙壁、地面以及增加美观度，通常会在墙面、地面、室内外铺贴瓷砖。为了达到预期效果，除了要保证瓷砖的色泽、纹理、耐磨度、强度要求以外，瓷砖的吸水率和表面平整度也是重要的参数之一。
瓷砖原料在决定瓷砖性能中起了重要的作用，瓷砖原料是一种不可再生资源，随着时间的推移，优质的瓷砖原料越来越少，价格也是越来越高，现在瓷砖企业为降低生产成本和提高利润，一方面会选择通过新建宽体窑炉，提高每批次窑炉烧成的产量，从而提高利润，另一方面是采用价格便宜的高钙原料，来降低坯料的成本，尤其是北方的瓷砖企业，由于南北原材料生成的差异，北方地区雨水少，矿物原料分化冲刷不彻底，故北方的瓷砖材料大部分是高钙原料原料，且原料中的镁含量也较高，为了减少运输和坯料原料的成本，大多数北方瓷砖企业会选择使用当地的瓷砖原料，由于这些高钙原料质量较差，不仅杂质多而且钙含量高，钙作为一种有害的助熔成份，在烧成过程中会急据加速砖坯软化，瓷砖熔融后容易生产变形及釉面针孔，降低瓷砖的平整度，使平整度的偏差数值达到为1-2mm；同时由于这些釉面针孔导致瓷砖的密度变低，从而得采用这些劣质的高钙原料所生产的瓷砖吸水率高，瓷砖的吸水率普遍为0.5％-3％，使得瓷砖的质量下降，影响其销量，大大降低了企业的经济效益。
发明内容
针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料，通过降低坯料中的钠含量，增加砖坯中的钾含量，减少钾钠低共融反应，增宽熔融范围，可防止砖坯在烧成时收缩变形和减少砖坯的气孔率，从而增加了砖坯的平整度和降低了吸水率，解决了高钙原料高吸水率和低平整度的问题。
本发明的另一目的在于提出一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料的制备方法，该制备方法工艺简单，容易实现工业化生产。
本发明的又一目的在于提出一种陶瓷砖，该陶瓷砖具有低吸水率高平整度的特点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料，其特征在于，按质量百分数，所述瓷砖坯料的化学组分为：65～68％SiO2、19.2～20.5％Al2O3、0.19～0.38％Fe2O3、0.29～0.37％TiO2、0.6～1.0％CaO、0.2～0.4％MgO、4.0～4.5％K2O和1.4～1.8％Na2O，4.5～6.0％烧失量。
进一步的，按质量份数，所述瓷砖坯料的原料包括10～15份高钾长石、20～30份钾钠砂、8～15份瓷石、10～15份高铝矸、3～5份膨润土、6～10份黑泥、3～5份高强土、10～20份砂岩和0.3～0.6份三聚磷酸钠。
进一步的，按质量份数，所述瓷砖坯料的原料还包括0～10份中温砂、0～4份长石粉。
进一步的，按质量份数，所述坯料的原料还包括0～4份废粉。
一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料的制备方法，用于制备以上所述低吸水率高平整度的瓷砖坯料，该制备方法包括以下步骤：
(1)将瓷砖坯料的各原料、水和球石混合后投进球磨机进行球磨，得到浆料；
(2)将泥浆进行喷雾干燥得到粉料；
(3)将粉料过筛处理，得到瓷砖坯料，按重量百分比，所述瓷砖坯料的细度分布为：细度为20目以下的瓷砖粉料＜1％、细度为40目以下的瓷砖粉料占比35-45％、细度为80目以下的瓷砖粉料占比50-60％、细度为100目以上的瓷砖粉料＜3％。
进一步的，所述步骤(1)中，所述原料、所述水和所述球石的重量比为1：0.45～0.58：1.8～2.5。
进一步的，所述浆料的细度为325目的筛余量为3.0％。
进一步的，所述步骤(2)中，按质量百分比，所述粉料的含水率为7～8％。
进一步的，所述步骤(1)中，所述浆料的比重为1.68g/ml，流速为40m/s。
一种陶瓷砖，包括砖坯和砖坯上的装饰层，所述砖坯采用以上所述的低吸水率高平整度的瓷砖坯料制成。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过降低瓷砖坯料中钠元素和镁元素的质量百分数，增加瓷砖坯料中的钾元素的质量百分数，使钾元素含量远大于钠元素的含量，从而减少钾钠低共融反应，增宽熔融范围，避免因钾含量低、钠含量高使液相高温粘度过低，导致砖坯在烧成时产生过大和不均匀收缩变形的情况，可有效减少钙对砖坯平整度的影响，从而防止砖坯高温变形，增加砖坯的平整度。其中，Na2O的质量百分数为1.4-1.8％，MgO的质量百分数为0.2～0.4％，K2O的质量百分数达到4.0-4.5％。
2、砖坯中钾、钠元素在不同的温度下能与SiO2和Al2O3形成各种低共熔物而开始出现液相，大量液相的出现能促使SiO2和Al2O3在1100～1200℃结晶为莫来石，有利于砖坯瓷化，提高成品的致密度，降低气孔率，从而降低成品的吸水率。同时，大量液相能填补坯料颗粒间的空隙，坯料颗粒在表面张力作用下互相靠拢，急剧收缩，气孔率大大下降，进一步降低成品的吸水率。
附图说明
图1是本发明实施例3和对比例1两种砖坯在棍棒中的运行状态图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料，按质量百分数，瓷砖坯料的化学组分为：65～68％SiO2、19.2～20.5％Al2O3、0.19～0.38％Fe2O3、0.29～0.37％TiO2、0.6～1.0％CaO、0.2～0.4％MgO、4.0～4.5％K2O和1.4～1.8％Na2O，4.5～6.0％烧失量。
值得说明的，为了降低成本，本发明的瓷砖坯料使用部分高钙原料，坯料中的CaO质量百分数高达0.6～1.0％，在硅铝钾钠体系中，钙作为一种有害的助熔成份，会急据加速砖坯软化，影响成品的平整度，故本发明通过降低瓷砖坯料中钠元素和镁元素的质量百分数，其中，Na2O的质量百分数为1.4-1.8％，MgO的质量百分数为0.2～0.4％，增加瓷砖坯料中的钾元素的质量百分数，其中，K2O的质量百分数达到4.0-4.5％，使钾元素含量远大于钠元素的含量，从而减少钾钠低共融反应，增宽熔融范围，避免因钾含量低、钠含量高使液相高温粘度过低，导致砖坯在烧成时产生过大和不均匀收缩变形的情况，可有效减少钙对砖坯平整度的影响，从而防止砖坯高温变形，增加砖坯的平整度。并且增加坯料中铝元素的质量百分数，在烧成时促进莫来石生成，提高砖坯骨架，防止砖坯高温变形，进一步提高成品的平整度。
具体的，影响低吸水率瓷砖平整度一是瓷砖本身熔融软化后的高温粘度；二是砖坯在窑炉里面的运行轨迹，运行轨迹主要受辊棒的弯曲变形度及表面粘结杂质的影响，当辊棒弯曲度变大且表面粘结杂物多时，砖坯易出现不规则变形，而坯体的烧成温度及辊棒的自身耐热性能影响着辊棒的弯曲变形，所以制备低吸水率瓷砖平整度瓷砖一个理想的状态是在保证吸水率前提下尽可能降低窑炉烧成温度并提高坯体高温粘度，在配方中钾、钠通过长石引入，且矿产资源丰富，容易控制比例，钙、镁属于强助熔剂尤其是钙属于杂质进入配方不容易控制，当钾、钠含量一定时，钙、镁、含量增加会急剧降低吸水率及坯体高温粘度，易产生变形，相应钙、镁含量减少时会提高吸水率，这时就可以通过钾钠含量来调节瓷砖吸水率及高温粘度。钾长石熔融范围1130-1450度、钠长石熔融范围1120-1250度，上述可以看出，钾、钠长石熔融温度接近，熔融范围钾长石明显宽于钠长石，钾长石在熔融时生成白榴子石与二氧化硅共融体，成为玻璃粘稠物，该特性有利于烧成控制和防止变形，钠长石熔融时没有晶相产生，形成的液相粘度低，使用过多容易生产变形，但钠长石在高温时对石英、粘土、莫来石的溶解却最快，有利于降低吸水率，快速烧成。由于自然界长石矿物多互相混熔，钾长石总会掺入钠长石，所以本技术方案配方中控制钙、镁、钠含量作为次助熔剂，尤其是随着钙含量在0.6-1.0％逐渐升高，调节钠含量从1.8％-1.4％逐渐下降，并把钾作为主助熔剂。
本发明的坯料配方采用硅、铝、钾、钠三元配方体系，砖坯中钾、钠元素在不同的温度下能与SiO2和Al2O3形成各种低共熔物而开始出现液相，随着温度的升高，长石等原料熔融，砖坯中的玻璃相逐渐增多，玻璃物质具有熔解石英和粘土质颗粒及其它晶体能力，温度愈高时间愈长，熔解的量越多，大量液相的出现能促使SiO2和Al2O3在1100～1200℃结晶为莫来石，有利于砖坯瓷化，提高成品的致密度，降低气孔率，从而降低成品的吸水率。同时，大量液相能填补坯料颗粒间的空隙，坯料颗粒在表面张力作用下互相靠拢，急剧收缩，气孔率大大下降，进一步降低成品的吸水率。
本发明的坯料虽然使用部分高钙原料，但是所制备的瓷砖具有低吸水率和高平整度的优点，解决了目前瓷砖企业使用高钙原料只能生产高吸水率低平整度瓷砖的问题，特别是适用于北方的陶瓷企业，可以极大的减少运输成本，降低坯料成本，提高企业经济效益。
进一步的，瓷砖坯料的原料包括10～15份高钾长石、20～30份钾钠砂、8～15份瓷石、10～15份高铝矸、3～5份膨润土、6～10份黑泥、3～5份高强土、10～20份砂岩和0.3～0.6份三聚磷酸钠。
具体的，本发明中各种原料所起的作用：高岭土、膨润土以及黑泥为高可塑性粘土，用作砖坯的成形基础，提高砖坯的耐火度和力学强度，并且，坯料中的钙主要来源于黑泥，但黑泥中镁元素含量极低仅为0.03％；钾钠砂、瓷石和砂岩是瘠性原料，可增强砖坯在高温烧成过程中的抗变形能力，避免产生弯曲变形，而且瓷石中镁元素和钠元素是含量极低，MgO含量为0.14，Na2O的含量为0.7；长石粉、高钾长石作为助熔性矿物，在不同的温度下能与SiO2和Al2O3形成各种低共熔物而出现液相，填充于各颗粒之间，提高砖坯致密度，并且大量液相的出现能促使SiO2和Al2O3在1100～1200℃结晶为莫来石，提高砖坯骨架，防止产品高温变形，而且坯料中的钾元素主要来源于高钾长石，高钾长石中K2O的含量达到8.75％；高铝矸是一种硬质粘土，铝含量在40％，具有一定粘性，坯料中的Al2O3主要来自于高铝矸；
各个原料的化学成分的质量百分数如下表1所示：
Figure BDA0003069391820000061
Figure BDA0003069391820000071
进一步的，按质量份数，瓷砖坯料的原料还包括0～10份中温砂、0～4份长石粉。中温砂是一种瘠性料，其化学组成中钾含量及铝含量高，在瓷砖坯料的原料中引入中温砂，可调整坯体配方的钾含量及铝含量，长石粉中钠的含量较高，通过控制长石粉用来来调整配方中钠含量。
进一步的，按质量份数，坯料的原料还包括0～4份废粉。废粉是由瓷砖次品经过粉粹后制备得到，由于废粉是一种经历过一次烧成的瘠性原料，在配方中加入废粉不仅可以提高氧化降低配方烧失，还可以降低坯体原料成本。
一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料的制备方法，用于制备以上所述低吸水率高平整度的瓷砖坯料，该制备方法包括以下步骤：
(1)将瓷砖坯料的各原料、水和球石混合后投进球磨机进行球磨，得到浆料；
(2)将泥浆进行喷雾干燥得到粉料；
(3)将粉料过筛处理，得到瓷砖坯料，按重量百分比，瓷砖坯料的细度分布为：细度为20目以下的瓷砖粉料＜1％、细度为40目以下的瓷砖粉料占比35-45％、细度为80目以下的瓷砖粉料占比50-60％、细度为100目以上的瓷砖粉料＜3％。
本发明低吸水率高平整度的瓷砖坯料的制备方法工艺简单，容易实现工业化生产。
值得说明的是，瓷砖坯料过细或者过粗，在压坯时都会导致成形能力差，而且会影响砖坯的气孔率，通过过筛处理，筛选出细度主要为40～80目的粉料，其中，细度为40目以下的瓷砖粉料占比35-45％、细度为80目以下的瓷砖粉料占比50-60％，采用这样粒径分布的粉料，在压坯时可使粒径小的粉料填塞在粒径较大的粉料的空隙中，不仅有利于砖坯成型而且可以降低砖坯的气孔率，从而降低成品的吸水率。
进一步的，步骤(1)中，原料、水和球石的重量比为1：0.45～0.58：1.8～2.5。
进一步的，浆料的细度为325目的筛余量为3.0％。
浆料的细度过大，不容易后期的喷雾造粒，且在喷雾造粒时容易导致粉料的粒径过大，在砖坯压制成型时砖坯的致密性低，导成品吸水率变高。
进一步的，步骤(2)中，按质量百分比，粉料的含水率为7～8％。
粉料的含水率大小会影响粉料颗粒间的结合强度及压机模具的粘模程度，粉料的含水率较低，有利于延缓压机模具的粘模时间，减少抹模次数，但含水率较低结合强度的粉料较差，不利于砖坯成型，优选的，按质量百分比，粉料的含水率7～8％。
进一步的，步骤(1)中，浆料的比重为1.68g/ml，流速为40m/s。
一种陶瓷砖，包括砖坯和砖坯上的装饰层，砖坯采用以上的低吸水率高平整度的瓷砖坯料制成。
下面结合具体实施例和对比例进一步阐述本发明。
实施例1-5
一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料，按质量份数，瓷砖坯料的原料包括10～15份高钾长石、20～30份钾钠砂、8～15份瓷石、10～15份高铝矸、3～5份膨润土、6～10份黑泥、3～5份高强土、10～20份砂岩、0.3～0.6份三聚磷酸钠、0～10份中温砂、0～4份长石粉和0～4份废粉。
按质量百分数，瓷砖坯料的化学组分为：65～68％SiO2、19.2～20.5％Al2O3、0.19～0.38％Fe2O3、0.29～0.37％TiO2、0.6～1.0％CaO、0.2～0.4％MgO、4.0～4.5％K2O和1.4～1.8％Na2O，4.5～6.0％烧失量。
具体的，实施例1-5瓷砖坯料的原料配方如下表2所示，实施例1-5所对应的瓷砖坯料的化学组分如下表3所示。
表2实施例1-5瓷砖坯料的原料配方/份
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
高钾长石/份 12 10 11 13.8 15
钾钠砂/份 28 30 27 24 20
瓷石/份 15 12.5 13 10 8
高铝矸/份 10 12.5 13 14 15
膨润土/份 5 4 3 4 4
黑泥/份 6 7.5 7.5 9 10
高强土/份 5 3 3 4 3
砂岩/份 10 15.5 13 18 20
三聚磷酸钠/份 0.3 0.4 0.5 0.4 0.6
中温砂/份 8 0 10 5 3
长石粉/份 3 4 0 4 2
废粉/份 0 4 3 3 4
表3实施例1-5瓷砖坯料的化学组分/％
Figure BDA0003069391820000091
Figure BDA0003069391820000101
具体的，低吸水率高平整度的瓷砖坯料的制备方法包括以下步骤：
(1)将各原料、水和球石按重量比为1：0.5：2.5的比例混合后投进球磨机进行球磨，得到浆料，浆料的细度为325目的筛余量为3.0％，浆料的比重为1.68g/ml，流速为40m/s；
(2)将泥浆进行喷雾干燥得到粉料，按质量百分比，粉料的含水率为8％；
(3)将粉料过筛处理，得到瓷砖坯料，其中，瓷砖坯料的细度分布为：细度为20目的粉料＜1％，细度为40目的粉料占比40％，细度为80目的粉料占比56％，细度为100目以上的粉料＜3％。
分别采用上述表了中各原料配方和上述的方法制备瓷砖坯料，采用实施例1-5获得的瓷砖坯料根据现有的瓷砖的制备方法制备获得低吸水率高平整度的瓷砖，对获得的瓷砖随机选取5块瓷砖按照瓷砖的国家标准检测方法或瓷砖常规检测方法进行吸水率的检测，并根据以下方法检测瓷砖的平整度。
具体的，平整度检测方法为：使用靠尺和塞尺检测烧成后瓷砖的表面的平整度，用一根13公分靠尺，放在砖表面，使用塞尺中不同厚度钢片插入靠尺与瓷砖的缝隙，直到不能插入为止，此时插入的钢片厚度值即为瓷砖局部变形值，该局部变形值越小，说明瓷砖的平整度越高，其中，塞尺由若干厚度为0.05-1.0mm的薄钢片组成。
测量结果如下表4所示：
表4实施例1-5的检测结果
Figure BDA0003069391820000102
Figure BDA0003069391820000111
由表4可知，采用实施例1-5的瓷砖坯料制备瓷砖，获得的瓷砖平整度都很高，且吸水率非常低，可以有效解决高钙原料只能制备的低平整度高吸水率瓷砖的问题，可以极大的减少运输成本，降低坯料成本，提高企业经济效益。具体的，而且采用实施例1-5的瓷砖坯料制备瓷砖的吸水率为0.01～0.03％，平整度为0～0.2mm，使用实施例3中，钾含量为4.41％，钠含量为1.49％，铝含量大于19.5％，使得所制备的瓷砖的平整度最好，其局部变形值接近0，吸水率平均值为0.01％。
对比例1
本对比例的制备方法和实施例3相同，不同之处在于瓷砖坯料的配方有所不同，按质量份数，对比例1的瓷砖坯料的原料包括28份钾钠砂、9.5份瓷石、14份高铝矸、7份膨润土、3份黑泥、17份砂岩、7.5份高强土、10份长石粉、4份废粉、0.4份三聚磷酸钠。
该配方的瓷砖坯料的化学组分为：65.90％SiO2、19.66％Al2O3、0.81％Fe2O3、0.37％TiO2、1.17％CaO、0.54％MgO、3.0％K2O和2.14％Na2O，4.95％烧失量。
根据该配方和实施例3的制备方法制备得到瓷砖坯料，采用该瓷砖坯料制备瓷砖，对获得的瓷砖随机选取5块按照上述方法检测其吸水率和平整度，检测得到，采用对比例1的瓷砖配方制备得到的瓷砖的吸水率的平均值为0.1％，平整度的平均值为0.45mm。
由对比例1可知，当配方中不采用高钾长石时，使得瓷砖坯料中K2O的质量百分数减少，其含量为3.0％，且配方中增加了高强土和长石粉的重量份数，其中，高强土7.5份、长石粉10份，由于高强土和长石粉中的Na2O含量高，使得配方中Na2O的质量百分数为2.14％，按质量百分数，此时，钾元素的含量减少，钠元素的含量增多，使得在烧成过程中容易发生钠低共融反应，导致砖坯容易变形，平整度变低，其局部变形值达到0.45mm，远大于实施例1-5，如图1所示，实施例3采用高钾配方所制备的砖坯在烧成时不容易变形，而采用低钾配方的对比例1所制备的砖坯在烧成时十分容易变形，导致其平整度大大下降，并且其吸水率也变高了，吸水率为0.1％。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料，其特征在于，按质量百分数，所述瓷砖坯料的化学组分为：65～68％SiO2、19.2～20.5％Al2O3、0.19～0.38％Fe2O3、0.29～0.37％TiO2、0.6～1.0％CaO、0.2～0.4％MgO、4.0～4.5％K2O和1.4～1.8％Na2O，4.5～6.0％烧失量。
2.根据权利要求1所述的低吸水率高平整度的瓷砖坯料，其特征在于，按质量份数，所述瓷砖坯料的原料包括10～15份高钾长石、20～30份钾钠砂、8～15份瓷石、10～15份高铝矸、3～5份膨润土、6～10份黑泥、3～5份高强土、10～20份砂岩和0.3～0.6份三聚磷酸钠。
3.根据权利要求2所述的低吸水率高平整度的瓷砖坯料，其特征在于，按质量份数，所述瓷砖坯料的原料还包括0～10份中温砂、0～4份长石粉。
4.根据权利要求2所述的低吸水率高平整度的瓷砖坯料，其特征在于，按质量份数，所述坯料的原料还包括0～4份废粉。
5.一种低吸水率高平整度的瓷砖坯料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求2-4任一项所述低吸水率高平整度的瓷砖坯料，该制备方法包括以下步骤：
(1)将瓷砖坯料的各原料、水和球石混合后投进球磨机进行球磨，得到浆料；
(2)将泥浆进行喷雾干燥得到粉料；
(3)将粉料过筛处理，得到瓷砖坯料，按重量百分比，所述瓷砖坯料的细度分布为：细度为20目以下的瓷砖粉料＜1％、细度为40目以下的瓷砖粉料占比35-45％、细度为80目以下的瓷砖粉料占比50-60％、细度为100目以上的瓷砖粉料＜3％。
6.根据权利要求5所述的低吸水率高平整度的瓷砖坯料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述原料、所述水和所述球石的重量比为1：0.45～0.58：1.8～2.5。
7.根据权利要求5所述的低吸水率高平整度的瓷砖坯料的制备方法，其特征在于，所述浆料的细度为325目的筛余量为3.0％。
8.根据权利要求5所述的低吸水率高平整度的瓷砖坯料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，按质量百分比，所述粉料的含水率为7～8％。
9.根据权利要求5所述的低吸水率高平整度的瓷砖坯料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述浆料的比重为1.68g/ml，流速为40m/s。
10.一种陶瓷砖，其特征在于，包括砖坯和砖坯上的装饰层，所述砖坯采用权利要求1-4任一项所述的低吸水率高平整度的瓷砖坯料制成。
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