CN113943144B - 一种固废陶瓷砖及其制备方法和应用 - Google Patents

一种固废陶瓷砖及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及固废再利用技术领域，具体来说是一种固废陶瓷砖及其制备方法和应用，固废陶瓷砖由如下重量份数的原料制成：陶瓷废料，20‑30份；粉煤灰，15‑25份；河道淤泥，10‑20份；菱苦土，5‑10份；废玻璃粉，25‑30份；低温粘结剂，5‑10份。本发明以陶瓷废料和粉煤灰为原料，不仅实现了废物的二次利用，而且制备得到了一种力学性能优异的、能够应用于陶瓷地砖的固废陶瓷砖。

Description

一种固废陶瓷砖及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及固废再利用技术领域，具体涉及一种固废陶瓷砖及其制备方法和应用。
背景技术
我国是陶瓷生产大国，随着社会经济及陶瓷工业的快速发展，陶瓷工业废料日益增多，特别是近20年间陶瓷业随着产量的增加，废料的数量越来越多；陶瓷废料不仅对城市环境造成巨大压力，而且还限制了城市经济的发展及陶瓷工业的可持续发展；目前，这些陶瓷废料主要采用填埋的方式处理，这种处理方式耗费人力物力，污染地下水质，还占用大量土地资源。而由于陶瓷废料中主要成分为氧化硅和氧化铝，还具有氧化铁、氧化钙、氧化镁等成分，因此其能够被进行二次利用，那么如何变废为宝、化废料为资源，已经成为科技和环保部门的当务之急。
粉煤灰是火力发电过程中排出的固体性废渣，随着我国电力工业的快速发展，粉煤灰排放量也在不断增加，大量粉煤灰未得到充分利用，不仅白白浪费掉了氧化铝、二氧化硅等有效成分，而且占用大量的良田，污染了土壤和地下水，对动植物的生存产生很大危害；而粉煤灰中加入含有氧化镁、氧化钙等天然岩石能够形成透辉石，透辉石因具有烧成温度低和吸水率小的特点，被得到广泛应用。而虽然粉煤灰具有上述优势，但是以其为主要原材料制备的粉煤灰烧结砖普遍存在强度较低、收缩较大等问题，限制了粉煤灰在制备陶瓷砖中的应用。
因此，若能够实现陶瓷废料和粉煤灰的二次利用，同时克服粉煤灰在制备陶瓷砖中的技术缺陷，具有十分重要的研究意义。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种固废陶瓷砖及其制备方法和应用，本发明以陶瓷废料和粉煤灰为原料，不仅实现了废物的二次利用，而且制备得到了一种力学性能优异的、能够应用于陶瓷地砖的固废陶瓷砖。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种固废陶瓷砖，由如下重量份数的原料制成：陶瓷废料，20-30份；粉煤灰，15-25份；河道淤泥，10-20份；菱苦土，5-10份；废玻璃粉，25-30份；低温粘结剂，5-10份。
优选的，所述粉煤灰为磨细后的粉煤灰，其比表面积为500-700m2/kg。
优选的，所述低温粘结剂选自水玻璃、羧甲基纤维素、糊精中的一种。
优选的，所述陶瓷废料包括陶瓷废渣和陶瓷废泥，所述陶瓷废渣包括陶瓷砖抛光废渣和陶土尾料，所述陶瓷废泥包括陶瓷抛光污水泥和釉面砖污水泥，所述陶瓷废渣占陶瓷废料总量的60-80％。
优选的，所述陶瓷废料和所述河道淤泥经自然风干后，经机械粉磨至粒径≤200目。
优选的，所述废玻璃粉为废玻璃经机械粉磨后制得，所述废玻璃粉的粒径为0.075-0.15mm。
本发明还保护了固废陶瓷砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：按照如下重量份数称取原料：陶瓷废料，20-30份；粉煤灰，15-25份；河道淤泥，10-20份；菱苦土，5-10份；废玻璃粉，25-30份；低温粘结剂，5-10份，备用；
(2)将称取的陶瓷废料、粉煤灰、河道淤泥、废玻璃粉和低温粘结剂与水混合并搅拌均匀，得到物料I；
将称取的菱苦土与卤水混合并搅拌均匀，得到物料II；
将物料I和物料II混合均匀，得到混合料；
(3)采用真空挤砖机将混合料挤压成砖坯，真空挤砖机的真空度为0.02-0.05MPa，挤出压力为15-20MPa；
(4)将步骤(3)的砖坯经晾晒8-10天后，于950-1050℃下烧结成型，室温冷却后，得到固废陶瓷砖。
优选的，所述物料I中水的质量分数为5-8％；所述物料II中卤水的质量分数为55-60％。
本发明还保护了固废陶瓷砖在制备陶瓷地砖材料中的应用。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明对陶瓷废料进行二次利用，以陶瓷废料作为硅源和铝源；以河道淤泥代替常用的陶瓷原料粘土，继而避免了使用常规粘土导致的资源大量消耗问题，一定程度上实现了废物利用；而在添加了河道淤泥后还添加了废玻璃，玻璃的主要成分是硅酸盐复盐，主要的化学组成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，所以在废玻璃加热后，其产生的Na2O能够作为助熔剂，降低烧结温度，同时增加玻璃相，玻璃相的增加会使得气泡的溶解度增大，气孔率下降，继而提升陶瓷砖的硬度和强度。
2、本发明的原料还含有粉煤灰和菱苦土，粉煤灰用于作为陶瓷砖烧结的原料之一，菱苦土一方面做为胶凝材料以提升整个陶瓷砖的力学性能，另外一方面其与粉煤灰形成透辉石，继而得到具有烧成温度低、吸水率小特点的透辉石，一定程度上也提升了力学性能；同时废玻璃还能够作为高温粘结剂，其于400-700℃产生高温液相熔体，继而提升原料间的粘结力，此时在高温煅烧过程中，菱苦土和废玻璃共同作用，提升整个陶瓷砖的硬度和强度，克服了粉煤灰具有的强度低、收缩大的技术缺陷。
3、本发明中各原料之间不仅相互作用，而且原料采用最紧密堆积原理，在低温粘结剂的作用下实现了陶瓷砖的早期凝结，在进行高温煅烧时，提高陶瓷砖的强度和耐久性能；同时在烧结过程中因采用了菱苦土、废玻璃和低温粘结剂进行了高效粘结，使得降低了陶瓷废料中因含有少量碳化硅以及有机物等杂质导致的鼓包、变形等缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的混合料经造粒干燥后的实物图；
图2为本发明实施例1-4使用的陶瓷废料原料。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
一种固废陶瓷砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：按照如下重量份数称取原料：陶瓷废料，30份；粉煤灰，25份；河道淤泥，10份；菱苦土，10份；废玻璃粉，25份；低温粘结剂，5份，备用；
其中，粉煤灰的比表面积为500m2/kg；低温粘结剂选自水玻璃；陶瓷废料包括陶瓷废渣和陶瓷废泥，陶瓷废渣占陶瓷废料总量的60％；陶瓷废料和河道淤泥经自然风干后，经机械粉磨至粒径≤200目；废玻璃粉的粒径为0.075mm；
(2)将称取的陶瓷废料、粉煤灰、河道淤泥、废玻璃粉和低温粘结剂与水混合并搅拌均匀，得到物料I，物料I中水的质量分数为8％；
将称取的菱苦土与卤水混合并搅拌均匀，得到物料II，物料II中卤水的质量分数为55％；
将物料I和物料II混合均匀，得到混合料；
(3)采用真空挤砖机将混合料挤压成砖坯，真空挤砖机的真空度为0.05MPa，挤出压力为15MPa；
(4)将步骤(3)的砖坯经晾晒8天后，于950℃下烧结成型，室温冷却后，得到固废陶瓷砖。
实施例2
一种固废陶瓷砖的制备方法，包括如下步骤：
(2)称量：按照如下重量份数称取原料：陶瓷废料，25份；粉煤灰，20份；河道淤泥，15份；菱苦土，8份；废玻璃粉，27份；低温粘结剂，7份，备用；
其中，粉煤灰的比表面积为600m2/kg；低温粘结剂选自羧甲基纤维素；陶瓷废料包括陶瓷废渣和陶瓷废泥，陶瓷废渣占陶瓷废料总量的70％；陶瓷废料和河道淤泥经自然风干后，经机械粉磨至粒径≤200目；废玻璃粉的粒径为0.1mm；
(2)将称取的陶瓷废料、粉煤灰、河道淤泥、废玻璃粉和低温粘结剂与水混合并搅拌均匀，得到物料I，物料I中水的质量分数为6％；
将称取的菱苦土与卤水混合并搅拌均匀，得到物料II，物料II中卤水的质量分数为57％；
将物料I和物料II混合均匀，得到混合料；
(3)采用真空挤砖机将混合料挤压成砖坯，真空挤砖机的真空度为0.03MPa，挤出压力为18MPa；
(4)将步骤(3)的砖坯经晾晒9天后，于1000℃下烧结成型，室温冷却后，得到固废陶瓷砖。
实施例3
一种固废陶瓷砖的制备方法，包括如下步骤：
(3)称量：按照如下重量份数称取原料：陶瓷废料，28份；粉煤灰，18份；河道淤泥，17份；菱苦土，7份；废玻璃粉，28份；低温粘结剂，6份，备用；
其中，粉煤灰的比表面积为500m2/kg；低温粘结剂选自羧甲基纤维素；陶瓷废料包括陶瓷废渣和陶瓷废泥，陶瓷废渣占陶瓷废料总量的75％；陶瓷废料和河道淤泥经自然风干后，经机械粉磨至粒径≤200目；废玻璃粉的粒径为0.075mm；
(2)将称取的陶瓷废料、粉煤灰、河道淤泥、废玻璃粉和低温粘结剂与水混合并搅拌均匀，得到物料I，物料I中水的质量分数为7％；
将称取的菱苦土与卤水混合并搅拌均匀，得到物料II，物料II中卤水的质量分数为58％；
将物料I和物料II混合均匀，得到混合料；
(3)采用真空挤砖机将混合料挤压成砖坯，真空挤砖机的真空度为0.04MPa，挤出压力为16MPa；
(4)将步骤(3)的砖坯经晾晒9天后，于1050℃下烧结成型，室温冷却后，得到固废陶瓷砖。
实施例4
一种固废陶瓷砖的制备方法，包括如下步骤：
(4)称量：按照如下重量份数称取原料：陶瓷废料，20份；粉煤灰，15份；河道淤泥，20份；菱苦土，5份；废玻璃粉，30份；低温粘结剂，10份，备用；
其中，粉煤灰的比表面积为00m2/kg；低温粘结剂选自糊精；陶瓷废料包括陶瓷废渣和陶瓷废泥，陶瓷废渣占陶瓷废料总量的80％；陶瓷废料和河道淤泥经自然风干后，经机械粉磨至粒径≤200目；废玻璃粉的粒径为0.15mm；
(2)将称取的陶瓷废料、粉煤灰、河道淤泥、废玻璃粉和低温粘结剂与水混合并搅拌均匀，得到物料I，物料I中水的质量分数为5％；
将称取的菱苦土与卤水混合并搅拌均匀，得到物料II，物料II中卤水的质量分数为60％；
将物料I和物料II混合均匀，得到混合料；
(3)采用真空挤砖机将混合料挤压成砖坯，真空挤砖机的真空度为0.02MPa，挤出压力为20MPa；
(4)将步骤(3)的砖坯经晾晒10天后，于1050℃下烧结成型，室温冷却后，得到固废陶瓷砖。
本发明实施例1-4均制得了力学性能优异的、能够应用于陶瓷地砖的固废陶瓷砖，且效果相近，下面以实施例1-4制得的固废陶瓷砖为例进行研究，按照陶瓷砖的国家标准检测方法或陶瓷砖性能的常规检测方法对陶瓷砖性能极性检测，水率：GBT3810.3-2006《陶瓷砖试验方法吸水率、显气孔率、表观相对密度和容重的测定》；结果如表1所示：
表1固废陶瓷砖的性能测试表
Figure BDA0003394740310000081
本发明中砖坯强度是指实施例1-4的砖坯分别经过晾晒后最终的强度，结果表明，在未入窑烧结之前，固废陶瓷砖就具有一定的强度；且结果表明固废陶瓷砖的抗压强度、耐磨性、抗折强度均满足陶瓷砖规范的要求，且耐酸耐碱、吸水率低，能够应用于制备陶瓷地砖，实现了废物二次利用的目的。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种固废陶瓷砖，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：陶瓷废料，20-30份；粉煤灰，15-25份；河道淤泥，10-20份；菱苦土，5-10份；废玻璃粉，25-30份；低温粘结剂，5-10份；
所述粉煤灰为磨细后的粉煤灰，其比表面积为500-700m2/kg；
所述低温粘结剂选自水玻璃、羧甲基纤维素、糊精中的一种；
所述陶瓷废料包括陶瓷废渣和陶瓷废泥，所述陶瓷废渣包括陶瓷砖抛光废渣和陶土尾料，所述陶瓷废泥包括陶瓷抛光污水泥和釉面砖污水泥，所述陶瓷废渣占陶瓷废料总量的60-80％；
所述陶瓷废料和所述河道淤泥经自然风干后，经机械粉磨至粒径≤200目；
所述废玻璃粉为废玻璃经机械粉磨后制得，所述废玻璃粉的粒径为0.075-0.15mm；
该固废陶瓷砖在制备陶瓷地砖材料中的应用；
该固废陶瓷砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：按照如下重量份数称取原料：陶瓷废料，20-30份；粉煤灰，15-25份；河道淤泥，10-20份；菱苦土，5-10份；废玻璃粉，25-30份；低温粘结剂，5-10份，备用；
(2)将称取的陶瓷废料、粉煤灰、河道淤泥、废玻璃粉和低温粘结剂与水混合并搅拌均匀，得到物料I；
将称取的菱苦土与卤水混合并搅拌均匀，得到物料II；
将物料I和物料II混合均匀，得到混合料；所述物料I中水的质量分数为5-8％；所述物料II中卤水的质量分数为55-60％；
(3)采用真30空挤砖机将混合料挤压成砖坯，真空挤砖机的真空度为0.02-0.05MPa，挤出压力为15-20MPa；
(4)将步骤(3)的砖坯经晾晒8-10天后，于950-1050℃下烧结成型，室温冷却后，得到固废陶瓷砖。
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