CN113582666B - 一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体及陶瓷砖 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体，其原料组成包括铁矿渣9‑20份，砂15‑55份，助熔剂10‑25份，粘土20‑45份，添加剂1.5‑4份；铁矿渣主要成分为Fe2O3，以重量百分比计，Fe2O3的含量范围为：40‑55％；黑色坯体配方按化学组成计，Al2O3的含量范围为：20‑25％。本技术方案可以低成本实现黑坯效果等同于普通坯体添加2‑3.5％深黑黑色料的坯体黑度，同时也解决了铁矿渣产品强度低、易产生针孔、凹凸和裂纹等缺陷的问题。

Description

一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体及陶瓷砖
技术领域
本申请涉及建筑陶瓷领域，特别涉及一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体及陶瓷砖。
背景技术
在生产黑色系列产品的陶瓷坯体中普遍需要添加黑色色料，即黑坯由黑色色料与坯体一起混合，从而使坯体着色，而黑色色料的制备工艺需要经过复杂的过程：混合原料→煅烧→水洗→粉碎；其制备过程复杂，导致色料成本昂贵，深黑黑色料的成本需要30元/公斤，普通黑色色料成本大概20元/公斤-25元/公斤，发色较差的坯黑色料大概11元/公斤，制备黑度较高的坯体时，黑色色料占比可达3-5％；大多数黑坯需要添加2-3.5％的黑色色料，按普通粉料价格200-300元/吨计算，采用添加黑色色料的黑坯成本会增加100-300％。并且黑色色料制备过程对环境会造成影响。
铁矿渣又称矿渣/尾矿，主要是指矿石经过现代工业提炼生产获得目标产物后的残余物，是工业固体废弃物的主要组成部分。据不完全统计，全世界每年排出的尾矿及废石在100亿t以上。我国现行8000多个国营矿山和11万多个乡镇集体矿山，堆存的尾矿量近50亿t，年排出尾矿量高达5亿t以上，其中黑色冶金矿山年排放尾矿量达1.5亿t。目前，我国的尾矿综合利用率只有7％，堆存的铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的近1/3。铁矿渣的化学成分主要为三氧化二铁(Fe2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化锰(MnO)、氧化钠(Na2O)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(A12O3)、三氧化二铬(Cr2O3)、氧化镁(MgO)、五氧化二钒(V2O5)以及少量的Cl、P2O5、SO3、K2O、Nb2O5等，由于含有较多的氧化铁、氧化锰、三氧化二铬等而特别适合黑色陶瓷砖坯体原材料。
现有技术也有利用铁矿渣作为原料制备铁矿渣黑色坯体的技术，如CN104803711A中就公开了一种可代替坯黑的铁矿渣色料及其制备方法，铁矿渣色料包括铁矿渣色料泥浆和基础配方泥浆，然后将铁矿渣色料泥浆和基础配方泥浆混合、烤干、过筛、成型后烧成即为黑色坯体。这种生产工艺比较复杂，需要分别配浆料，实施生产时成本较高；其次色料泥浆(黑色)中的发色成分为铁矿渣，铁矿渣的引入量为7-9份，铁矿渣色料与基础配方泥浆需要以3-5:100的比例稀释，折算整体泥浆中，发色成分仅为0.21％～0.45％，这种黑度无法应用于颜色较黑的黑砖。
发明内容
本申请的主要目的是一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体及陶瓷砖，旨在解决现有技术中生产工艺复杂、铁矿渣引入量不多，无法生产颜色较黑的黑坯等问题，低成本实现黑坯效果等同于普通坯体添加2-3.5％深黑黑色料的坯体黑度。
为实现上述目的，一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体及陶瓷砖。
一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体，原料由铁矿渣、砂、助熔剂、粘土和添加剂组成；
各原料重量组成为：铁矿渣9-20份，砂15-55份，助熔剂10-25份，粘土20-45份，添加剂1.5-4份；
铁矿渣主要成分为Fe2O3，以重量百分比计，所述Fe2O3的含量范围为：40-55％；
黑色坯体按化学组成计，Al2O3的含量范围为：20-25％。
铁矿渣的化学成分主要为三氧化二铁(Fe2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化锰(MnO)、氧化钠(Na2O)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(A12O3)、三氧化二铬(Cr2O3)、氧化镁(MgO)、五氧化二钒(V2O5)以及少量的Cl、P2O5、SO3、K2O、Nb2O5等，由于含有较多三氧化二铬(Cr2O3)能与铁矿渣中的Fe2O3复合容易使坯体呈黑色，但是经过大量实验发现要加入最少量的铁矿渣获得一个理想的坯体黑度，除了要控制铁矿渣的含量之外，还可以通过控制铁矿渣中的三氧化二铁含量，当三氧化二铁的量过少时，坯体的黑色较浅黑度不够，当三氧化二铁的量过高时，铁矿渣难以处理，且对坯体成型造成一定的影响。
同时，制备的黑色坯体有可能需要装饰后和釉料一起烧成，同时需要满足陶瓷砖吸水率的质量标准，因此制备的黑色坯体烧成温度的范围应该在1190-1200℃之间，因此需要通过砂和助熔材料复配来调整三氧化二铝的含量在20-25％之间来调整坯体的烧结温度，同时需要加入粘土使坯体更好的成型，加入添加剂可以改善泥浆的分散、悬浮等问题，从而提高坯体的机械性能，提高产品的质量和优等率。
优选地，铁矿渣的粒径≤325目。
优选地，添加剂包括分散剂，分散剂含有高分子量酸性聚合物的烷基醇铵盐或多种颜料锚固基团高分子聚合物的一种以上。
铁矿渣的粒度较小、颗粒均匀能使铁矿渣更容易与其他原材料进行混合均匀，在球磨的过程中能与其他原材料分散更加均匀，同时，添加剂中包括分散剂，尤其是采用含有高分子量酸性聚合物的烷基醇铵盐或多种颜料锚固基团高分子聚合物的水性分散剂，能更好地使铁矿渣与其他组分原材料分散混合，制备的泥浆悬浮性更好，从而制备出来的产品更不会产生针孔、凹凸和裂纹等缺陷。
优选地，原料组成中还包括坯体回收料，坯体回收料为回收泥粉或仓渣的一种以上。
砂可以选用红铝砂、中洲钾砂、高田钾砂、罗定钾砂或瓷沙等，助熔剂为石粉，粘土可以是高岭土或膨润土。
优选地，坯体各原料组成按重量计为：铁矿渣12-18份、红铝砂10-25份、中洲钾砂10-20份，高田钾砂5-20份、石粉10-25份、高岭土20-45份，回收泥粉2-15份、仓渣5-15份；三聚磷酸钠0.5-1份、分散剂1-3份，其中铁矿渣中Fe2O3含量范围为：45-50％。
其中回收泥粉为压机回收料为在压制成型环节多余的散料；压制、干燥、釉线出现的烂砖，以及压机布袋除尘回收的粉料，统一收集在固定仓位，统一均化好的料；仓渣为铲车每天投料掉落在地上的料，投完料后统一收集在固定仓位，统一均化好的料。通过引入坯体回收料可以降低成本，同时实现绿色环保。
砂有高温、中温等，高温砂可以是红铝砂或者中洲钾砂中的任意一种或者其组合，中温砂可以是高田钾砂、罗定钾砂或瓷沙的任意一种或者其任意组合；这里优选助熔剂为石粉，粘土为高岭土或者膨润土中的任意一种或者其组合，添加剂为三聚磷酸钠和分散剂，两者复配能使铁矿渣与其他组分原材料混合更均匀，制备的产品无缺陷，且可提高产品强度。
当铁矿渣中Fe2O3含量范围为45-50％；铁矿渣含量为12-18份时，通过复配其他红铝砂和中洲钾砂高温砂，高田钾砂中温砂和石粉助熔材料，高岭土和部分坯体回收料时可以使制备的坯体黑度最优，可达到普通坯体添加3-3.5％深黑黑色料的坯体黑度。
本申请还提供一种铁矿渣黑色坯体的制备方法，包括以下步骤：
S1、铁矿渣预处理；
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨；
S3、将步骤S2得到的浆料喷雾干燥后得到粉料，陈腐，压制成型；
优选地，步骤S1铁矿渣预处理为磁选或添加Fe2O3，使预处理后的铁矿渣的Fe2O3含量范围为：40-55％。
优选地，步骤S1铁矿渣预处理具体包括以下步骤：
S11、磁选或添加Fe2O3，
S12、球磨，
及步骤S11和S12的组合；
使所述预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：40-55％，且粒径≤325目。
预处理铁矿渣可以采用磁选主要是为了控制铁矿渣中铁的含量，通过球磨将铁矿渣磨细，两个步骤可以交替进行及任意组合，使得经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：40-55％，且粒径≤325目。
本发明的有益效果为：通过控制铁矿渣的三氧化二铁的含量，和坯体配方中三氧化二铝的含量，可以低成本实现黑坯效果等同于普通坯体添加2-3.5％深黑黑色料的坯体黑度。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
一种铁矿渣黑色坯体的制备方法，包括以下步骤：
S1、铁矿渣预处理，具体步骤如下：
S11、磁选或添加Fe2O3，
S12、球磨，
这里可以先磁选或添加Fe2O3再球磨，也可以先球磨再磁选或添加Fe2O3，也可以将球磨和磁选或添加Fe2O3进行交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：40-55％，且粒径≤325目。
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，具体包括如下步骤：
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：铁矿渣9-20份，砂15-55份，助熔剂10-25份，粘土20-45份，添加剂1.5-4份；
砂可以选用红铝砂、中洲钾砂、高田钾砂、罗定钾砂或瓷沙等，助熔剂为石粉，粘土可以是高岭土或膨润土，添加剂为三聚磷酸钠和分散剂；
坯体组分中还可以包含2-20份的坯体回收料，坯体回收料为：回收泥粉或仓渣的一种以上；
S22、球磨：将以上原材料加入到球磨机中连续球磨6-8小时，
S3、将步骤S2得到的浆料喷雾干燥后得到粉料，陈腐，压制成型；
S31、陈腐：陈腐时间≥24小时；
S4、将步骤S3获得的坯体进行装饰后烧结或者不装饰直接烧结，烧结温度为1190-1200℃，烧成时间为60-70分钟，最后获得坯体颜色为黑色的陶瓷砖。
本方案选用的铁矿渣其化学组成为：Fe2O3：43.56％，SiO2：15.05％，TiO2：13.6％，MnO：6.63％，Na2O：4.65％，CaO：3.79％，A12O3：3.51％，Cr2O3：3.05％，MgO：2.01％，V2O5：1.61％，Cl：0.53％，P2O5：0.52％，SO3：0.25％，K2O：0.06％Nb2O5：0.03％。
含有高分子量酸性聚合物的烷基醇铵盐的分散剂为ADS-20，含有多种颜料锚固基团高分子聚合物的分散剂为DS-195。
以上实施例中的配方组成和制备工艺参数为范围值，包括端点和范围内的任意值，都是可实施的方案，下面以具体点值来介绍具体组分和工艺参数的实施例。
实施例1
一种铁矿渣黑色坯体的制备方法，包括以下步骤：
S1、铁矿渣预处理，具体步骤如下：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：50％，且粒径为325目。
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣9份、红铝砂15份、瓷沙20份、石粉20份、高岭土20份，膨润土5份、回收泥粉11份、其中的氧化铝含量为20.2％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂ADS-20 1.5份，分散剂DS-195 1.5份；
S22、球磨：将以上原材料加入到球磨机中连续球磨7小时；
S3、将步骤S2得到的浆料经过喷雾干燥后得到粉料，陈腐，压制成型；
S31、陈腐：粉料陈腐时间≥24小时；
S4、将步骤S3获得的坯体不装饰进行烧结，烧结温度为1195℃，烧成时间为65分钟，得到坯体颜色为黑色的陶瓷砖。
实施例2
一种铁矿渣黑色坯体的制备方法，包括以下步骤：
S1、铁矿渣预处理，具体步骤如下：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：50％，且粒径为325目。
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣12份、中洲钾砂20份、罗定钾砂16份、石粉15份、高岭土25份、仓渣12份、其中的氧化铝含量为21.8％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂ADS-20 1.5份，分散剂DS-1951.5份；
S22、球磨：将以上原材料加入到球磨机中连续球磨7小时；
S3、将步骤S2得到的浆料经过喷雾干燥后得到粉料，陈腐，压制成型；
S31、陈腐：粉料陈腐时间≥24小时；
S4、将步骤S3获得的坯体不装饰烧结，烧结温度为1195℃，烧成时间为65分钟，得到坯体颜色为黑色的陶瓷砖。
实施例3
一种铁矿渣黑色坯体的制备方法，包括以下步骤：
S1、铁矿渣预处理，具体步骤如下：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：50％，且粒径为325目。
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣15份、红铝砂10份、中洲钾砂10份、高田钾砂15份、石粉11份、高岭土30份、仓渣9份、其中的氧化铝含量为24％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂ADS-20 1.5份、分散剂DS-195 1.5份；
S22、球磨：将以上原材料加入到球磨机中连续球磨7小时；
S3、将步骤S2得到的浆料经过喷雾干燥后得到粉料，陈腐，压制成型；
S31、陈腐：粉料陈腐时间≥24小时；
S4、将步骤S3获得的坯体不装饰烧结，烧结温度为1195℃，烧成时间为65分钟，得到坯体颜色为黑色的陶瓷砖。
实施例4
一种铁矿渣黑色坯体的制备方法，包括以下步骤：
S1、铁矿渣预处理，具体步骤如下：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：50％，且粒径为325目。
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂12份、中洲钾砂10份、高田钾砂12份、石粉12份、高岭土25份、膨润土6份、回收泥粉5份、其中的氧化铝含量为23.8％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂ADS-20 1.5份、分散剂DS-195 1.5份；
S22、球磨：将以上原材料加入到球磨机中连续球磨7小时；
S3、将步骤S2得到的浆料经过喷雾干燥后得到粉料，陈腐，压制成型；
S31、陈腐：粉料陈腐时间≥24小时；
S4、将步骤S3获得的坯体不装饰烧结，烧结温度为1195℃，烧成时间为65分钟，得到坯体颜色为黑色的陶瓷砖。
实施例5
一种铁矿渣黑色坯体的制备方法，包括以下步骤：
S1、铁矿渣预处理，具体步骤如下：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：50％，且粒径为325目。
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣20份、红铝砂23份、高田钾砂18份、石粉10份、膨润土20份、回收泥粉4份、仓渣5份、其中的氧化铝含量为25.1％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂ADS-20 1.5份、分散剂DS-195 1.5份；
S22、球磨：将以上原材料加入到球磨机中连续球磨7小时；
S3、将步骤S2得到的浆料经过喷雾干燥后得到粉料，陈腐，压制成型；
S31、陈腐：粉料陈腐时间≥24小时；
S4、将步骤S3获得的坯体不装饰直接烧结，烧结温度为1195℃，烧成时间为65分钟，得到坯体颜色为黑色的陶瓷砖。
获得的产品性能检测方法如下：
1、样品坯体黑度的表征方法：
(1)黑色坯体标准版制备：本技术方案通过在同一白度为40以上的普通坯体上分别添加1-4％同一深黑黑色色料制成一批的标准版，即每个标准版分别含有1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4.0％的黑色色料制备的黑色坯体经过烧结后作为标准版，其中烧成温度为1195℃，烧成时间为65分钟；
(2)色差仪使用方法与原理：色差仪显示三组字母，L、a、b，其中L表示黑白，其中0为黑，100为白；a表示红绿，其中a为正值时为红，a为负值时为绿，a为0时为中性色；b表示黄蓝，其中b为正值时为黄，b为负值时为蓝，b为0时为中性色。
(3)通过色差仪检测所有标准版的L值获得一组数据，分别标记为L1-L4，其具体数值如下表所示；
Figure GDA0003262709690000101
Figure GDA0003262709690000111
(4)通过色差仪检测实施例产品的L值，将实施例获得的产品与标准样的产品L值进行比对，实施例L值达到了最接近的那个标准版的L值即视为达到了其对应的黑度值，即例如样品L值范围在28-28.8时，其黑度视为达到L3.9，则标记为L3.9；L值大于41.2的，则使其黑度小于L1，标记为L0。
2、吸水率：使用吸水率测量仪进行监测获得。
3、强度：使用强度测量仪进行检测获得。
4、外观质量：通过肉眼观察产品的外观缺陷、例如针孔、凹凸和裂纹，如果都没有就无；其中杂质等造成的“鼓起来”或者气泡产生的凹陷等产生的外观可见的砖面不平的缺陷简称为凹凸。
5、浆料悬浮性：用重量比表面积表征，通过粒度分析仪器检测获得，数值越大代表泥浆更细，浆料的悬浮性能更好。
对上述实施例1-5的数据进行性能检测，结果如下表所示：
Figure DA00032627096940246194
Figure GDA0003262709690000121
从上表可以看出，本申请制备得到的坯体黑度达到了普通坯体添加2-3.5％深黑黑色料的坯体黑度，且产品的强度、吸水率和外观质量都达到了高档产品的要求。
对比例1
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S1中的铁矿渣预处理步骤(其中Fe2O3含量范围为：20％)：
S11、磁选，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：20％，且粒径为325目。
对比例2
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S1中的铁矿渣预处理步骤(其中Fe2O3含量范围为：40％)：
S11、磁选，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：40％，且粒径为325目。
对比例3
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S1中的铁矿渣预处理步骤(其中Fe2O3含量范围为：45％)：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：45％，且粒径为325目。
对比例4
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S1中的铁矿渣预处理步骤(其中Fe2O3含量范围为：55％)：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：55％，且粒径为325目。
对比例5
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S1中的铁矿渣预处理步骤(其中Fe2O3含量范围为：60％)：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：60％，且粒径为325目。
对上述对比例1-5的数据进行性能检测，结果如下表所示：
Figure DA00032627096940312164
Figure GDA0003262709690000141
从上表可以看出，预处理的铁矿渣中Fe2O3的含量对坯体黑度效果起了决定性的作用，当铁矿渣中铁含量少于40％时，坯体的黑度效果难以达到高档黑砖产品的要求即达到普通坯体添加2-3.5％深黑黑色料的坯体黑度，同时也发现不是铁含量越高坯体越高，如果铁矿渣中Fe2O3含量超过55％，坯体的黑度会随着铁矿渣中铁含量的增高坯体的黑度反而下降，而且由于铁矿渣含量太高导致坯体出现凹凸的外观缺陷，因此预处理的铁矿渣需要将Fe2O3含量控制在40-55％之间。
对比例6
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S1中的铁矿渣预处理步骤(其中粒径为100目)：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：50％，且粒径为100目。
对比例7
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S1中的铁矿渣预处理步骤(其中粒径为200目)：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：50％，且粒径为200目。
对比例8
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S1中的铁矿渣预处理步骤(其中粒径为300目)：
S11、磁选，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：50％，且粒径为300目。
对比例9
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S1中的铁矿渣预处理步骤(其中粒径为500目)：
S11、添加Fe2O3，
S12、球磨，
采用球磨和磁选交替进行，直到经过预处理的铁矿渣Fe2O3含量范围为：50％，且粒径为500目。
对上述对比例6-9的数据进行性能检测，结果如下表所示：
Figure DA00032627096940309939
Figure GDA0003262709690000161
从上表可以看出，预处理过的铁矿渣中的粒径对浆料的悬浮性能有影响，在相同工艺条件下，预处理过的铁矿渣粒径越大泥浆的颗粒比表面积越小，浆料的悬浮性能更差，同时对产品的外观质量也有较大的影响，主要表现在凹凸和针孔这方面，同时也会间接地造成强度受影响，因此预处理的铁矿渣粒径应小于等于325目。
对比例10
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤(其中氧化铝含量为15％)：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，陈腐；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂5份、中州钾砂5份、高田钾砂10份、石粉12份、高岭土40份、回收泥粉10份、其中的氧化铝含量为15％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂ADS-20 1.5份、分散剂DS-195 1.5份；
对比例11
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤(其中氧化铝含量为18.2％)：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，陈腐；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂8份、中州钾砂9份、高田钾砂10份、石粉12份、高岭土40份、回收泥粉3份、其中的氧化铝含量为18.2％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂ADS-20 1.5份、分散剂DS-195 1.5份；
对比例12
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤(其中氧化铝含量为30.6％)：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，陈腐；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂15份、中州钾砂14份、高田钾砂15份、石粉12份、高岭土20份、膨润土6份、其中的氧化铝含量为30.6％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂ADS-20 1.5份、分散剂DS-195 1.5份；
由于对比例10中氧化铝含量过低，导致整体配方熔点偏低，出现了明显发泡的现象，因此检测性能数据无意义；对比例11中氧化铝含量也是偏低，过度烧结之后出现明显“油性”，波浪变形严重，因此也没有检测性能数据；对上述对比例10-12的数据进行性能检测，其中对比例12的L值检测为：30.7，对应其黑度为L3.4；其余结果如下表所示：
Figure GDA0003262709690000181
从上表可以看出，坯体配方中控制三氧化二铝的含量非常重要，因为本技术方案的整体配方就是通过引入较大量的铁矿渣，利用纯铁矿渣来达到坯体黑色的高端产品效果，由于铁矿渣属于低温材料，本技术方案需要通过三氧化二铝来控制、协调烧成温度，增强配方的整体骨架。当氧化铝过少时易产生发泡现象；如果三氧化二铝含量过高，则产品不能烧透，出现吸水率高、强度低等缺陷，因此本技术方案需要将坯体配方中的三氧化二铝含量控制在20-25％之间。
对比例13
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，陈腐；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂12份、中洲钾砂10份、高田钾砂12份、石粉12份、高岭土25份、膨润土6份、回收泥粉5份、其中的氧化铝含量为23.8％；分散剂ADS-20 1.5份、分散剂DS-195 1.5份；
对比例14
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂12份、中洲钾砂10份、高田钾砂12份、石粉12份、高岭土25份、膨润土6份、回收泥粉5份、其中的氧化铝含量为23.8％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂ADS-20 3份；
对比例15
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，陈腐；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂12份、中洲钾砂10份、高田钾砂12份、石粉12份、高岭土25份、膨润土6份、回收泥粉5份、其中的氧化铝含量为23.8％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂DS-195 3份；
对比例16
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，陈腐；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂12份、中洲钾砂10份、高田钾砂12份、石粉12份、高岭土25份、膨润土6份、回收泥粉5份、其中的氧化铝含量为23.8％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂ADS-20 1份；
对比例17
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，陈腐；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂12份、中洲钾砂10份、高田钾砂12份、石粉12份、高岭土25份、膨润土6份、回收泥粉5份、其中的氧化铝含量为23.8％；三聚磷酸钠0.5份、分散剂DS-195 1份；
对比例18
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，陈腐；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂12份、中洲钾砂10份、高田钾砂12份、石粉12份、高岭土25份、膨润土6份、回收泥粉5份、其中的氧化铝含量为23.8％；三聚磷酸钠0.5份、SN-5040 3份；
其中SN-5040的化学成分为丙烯酸钠盐，为陶瓷领域中常用的坯体分散剂，具有润湿分散性。
对比例19
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，陈腐；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
预处理铁矿渣18份、红铝砂12份、中洲钾砂10份、高田钾砂12份、石粉12份、高岭土25份、膨润土6份、回收泥粉5份、其中的氧化铝含量为23.8％；三聚磷酸钠0.5份、水玻璃3份；
其中水玻璃的化学式为Na2O·(2.2-2.5)SiO2，为陶瓷领域中常用的液体解胶剂，同样具有分散功能。
对比例20
本对比例中各项条件与实施例4相同，不同之处在于步骤S21中的称料步骤：
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨，陈腐；
S21、称料：铁矿渣黑色坯体原料按照重量组成计包括：
铁矿渣18份、红铝砂12份、中洲钾砂10份、高田钾砂12份、石粉12份、高岭土25份、膨润土6份、回收泥粉5份、其中的氧化铝含量为23.8％；三聚磷酸钠0.5份；
对上述对比例13-20的数据进行性能检测，结果如下表所示：
Figure GDA0003262709690000211
Figure GDA0003262709690000212
Figure GDA0003262709690000221
从上表可以看出，坯体配方中添加剂的作用非常明显，尤其是采用含有高分子量酸性聚合物的烷基醇铵盐或多种颜料锚固基团高分子聚合物的水性分散剂，相比较与陶瓷领域中常用坯体分散剂和液体解胶剂等具有分散功能的材料，在相同工艺条件下泥浆的颗粒比表面积更大，浆料的悬浮性能更好，可以解决产生裂纹的缺陷，同时如果采用三聚磷酸钠和含有高分子量酸性聚合物的烷基醇铵盐或多种颜料锚固基团高分子聚合物的水性分散剂复配使用，能使铁矿渣与其他组分原材料混合更均匀，制备的产品无缺陷，且产品强度更高，因此本技术方案优选含有高分子量酸性聚合物的烷基醇铵盐或多种颜料锚固基团高分子聚合物的水性分散剂，且与三聚磷酸钠复配使用。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体，其特征在于，原料由铁矿渣、砂、助熔剂、粘土和添加剂组成；
坯体中各原料组成按重量份数计为：所述铁矿渣9-20份，所述砂15-55份，所述助熔剂10-25份，所述粘土20-45份，所述添加剂1.5-4份；
所述铁矿渣主要成分为Fe2O3，以重量百分比计，所述铁矿渣中Fe2O3的含量范围为：40-55%；
所述黑色坯体配方按化学组成计，Al2O3的含量范围为：20-25%；
所述添加剂包括分散剂，所述分散剂含有高分子量酸性聚合物的烷基醇铵盐或DS-195的一种以上；
所述添加剂包括三聚磷酸钠。
2.如权利要求1所述的一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体，其特征在于，所述铁矿渣的粒径≤325目。
3.如权利要求1所述的一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体，其特征在于，所述原料组成中还包括坯体回收料，所述坯体回收料为回收泥粉或仓渣中的一种以上。
4.如权利要求3所述的一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体，其特征在于，所述各原料组成按重量份数计包括：所述铁矿渣12-18份、红铝砂10-25份、中洲钾砂10-20份，高田钾砂5-20份、石粉10-25份、高岭土20-45份，回收泥粉2-15份、仓渣5-15份；所述三聚磷酸钠0.5-1份、所述分散剂1-3份；以质量百分比计，所述铁矿渣中Fe2O3含量范围为：45-50%。
5.一种如权利要求1所述的一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体烧结制备的陶瓷砖。
6.如权利要求1所述一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、铁矿渣预处理；
S2、按重量份数计配好原材料，加水球磨；
S3、将步骤S2得到的浆料喷雾干燥后得到粉料，陈腐，压制成型。
7.如权利要求6所述的一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体的制备方法，其特征在于，步骤S1铁矿渣预处理为磁选或添加Fe2O3，以重量百分比计，所述预处理后的铁矿渣中的Fe2O3的含量范围为：40-55%。
8.如权利要求6所述的一种以铁矿渣为原料制备的黑色坯体的制备方法，其特征在于，步骤S1铁矿渣预处理具体包括以下步骤：
S11、磁选或添加Fe2O3，
S12、球磨；
使所述预处理后的铁矿渣中Fe2O3的含量范围为：40-55%，且粒径≤325目。
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