CN114394817A - 一种低收缩率瓷质砖坯料及使用其制备的瓷质砖 - Google Patents

一种低收缩率瓷质砖坯料及使用其制备的瓷质砖 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低收缩率瓷质砖坯料及使用其制备的瓷质砖。所述低收缩率瓷质砖坯料的矿物组成包括：以重量份计，抛光渣5～15份、黏土5～15份、长石25～50份、膨润土5～10份、矿化石5～15份、蓝晶石15～40份；所述低收缩率瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO264～74%、Al2O317～21%、碱土金属氧化物1.8～8.0%、碱金属氧化物2.5～6.0%、烧失3.0～4.0%。

Description

一种低收缩率瓷质砖坯料及使用其制备的瓷质砖
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，特别涉及一种低收缩率瓷质砖坯料及使用其制备的瓷质砖。
背景技术
瓷质砖坯在烧结过程中容易产生较大的体积收缩。通常瓷质砖坯的烧结收缩率在9.5％以上。坯体烧结收缩率越大，越不利于尺码和砖形控制，且消耗更多坯体粉料，导致生产成本增加。减少瓷质砖的烧结收缩率以控制产品缺陷和生产成本，是本发明亟待解决的技术问题。
中国专利CN109485379A公开一种具有低烧成收缩率的瓷质砖的制备方法，将回收瓷质砖废弃料分散产生的陶瓷废砖粉体与普通瓷质砖原料组成的湿法粉体混合得到混合粉体，该混合粉体具备堆积密度高、颗粒粒度分布范围宽等优点，烧成后收缩均匀。但是该技术方案的瓷质砖废弃料用量较多，陶瓷废砖粉体的颗粒粒度需要二次加工到传统湿法粉体范围，导致能耗明显增加。
中国专利CN106278144A公开一种收缩率小的墙砖，由以下重量份的原料组成：铁矿渣20-25份，火山灰3-6份，混凝土石块45-55份，砂轮灰5-10份，高岭土10-18份，珍珠岩2-4份，水30-50份。上述原料经过破碎、密封陈化、制坯、烘干、烧结而成的墙砖收缩值≤0.1mm/m，但是吸水率高，抗折强度低，无法满足瓷质砖的应用要求。
发明内容
第一方面，本发明提供一种低收缩率瓷质砖坯料。所述低收缩率瓷质砖坯料的矿物组成包括：以重量份计，抛光渣5～15份、黏土5～15份、长石25～50份、膨润土5～10份、矿化石5～15份、蓝晶石15～40份；所述低收缩率瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2 64～74％、Al2O3 17～21％、碱土金属氧化物1.8～8.0％、碱金属氧化物2.5～6.0％、烧失3.0～4.0％。
较佳地，蓝晶石占低收缩率瓷质砖坯料的质量百分比为15～40％。
较佳地，矿化石占低收缩率瓷质砖坯料的质量百分比为5～15％。
较佳地，所述低收缩率瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2 64～74％、Al2O3 17～21％、Fe2O3 0.6～1.1％、TiO2 0.2～0.5％、CaO 1.0～4.5％、MgO 0.8～3.5％、K2O 1.5～3.5％、Na2O 1.0～2.5％、烧失3.0～4.0％。
较佳地，低收缩率瓷质砖坯料成型的坯体烧成后的物相组成包括：以质量百分比计，石英16～25％、莫来石12～16％、玻璃相52～70％。
较佳地，所述烧成的最高烧成温度为1060～1130℃，烧成周期为30～45分钟。
第二方面，本发明还提供上述任一项所述的低收缩率瓷质砖坯料制备的瓷质砖。
较佳地，所述瓷质砖的吸水率≦0.1％，烧结收缩率≦9.0％，抗折强度≧42MPa。
较佳地，所述瓷质砖的表面平整度的中心弯曲度±0.4mm，边弯曲度±0.35mm。
具体实施方式
通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。在没有特殊说明的情况下，各百分含量指质量百分含量。
以下示例性说明本发明所述低收缩率瓷质砖坯料及使用其制备的瓷质砖。
所述低收缩率瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2 64～74％、Al2O3 17～21％、碱土金属氧化物1.8～8.0％、碱金属氧化物2.5～6.0％、烧失3.0～4.0％。通过控制坯料的熔剂含量(包括碱土金属氧化物含量和碱金属氧化物含量)，使坯料成型的坯体在高温下保持一定粘度的液相，降低烧结温度，减小高温变形，提高烧制品的表面平整度。控制坯料的烧失量，可以控制成形后坯体的氧化程度，缩短烧成周期。
作为示例，所述低收缩率瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2 64～74％、Al2O3 17～21％、Fe2O3 0.6～1.1％、TiO2 0.2～0.5％、CaO 1.0～4.5％、MgO 0.8～3.5％、K2O 1.5～3.5％、Na2O 1.0～2.5％、烧失3.0～4.0％。
上述低收缩率瓷质砖坯料的矿物组成包括：以重量份计，抛光渣5～15份、黏土5～15份、长石25～50份、膨润土5～10份、矿化石5～15份、蓝晶石15～40份。所述低收缩率瓷质砖坯料引入蓝晶石，其烧结后产生一次永久体积膨胀。矿化石(例如透辉石)作为熔剂，用于坯料中以硅酸钙、硅酸镁的形式引入CaO、MgO，降低坯体的酸度、熔融温度和玻璃相的粘度，易润湿Al2O3、SiO2颗粒，迅速促进成型后坯体的烧结，起到强矿化剂的作用，降低坯料的瓷化温度。
蓝晶石、红柱石和硅线石均具有膨胀的功能。蓝晶石的体积膨胀率为16～18％，红柱石体积膨胀率约4％，硅线石体积膨胀率约7～8％，优选蓝晶石作为膨胀剂使用。一些实施方式中，蓝晶石占低收缩率瓷质砖坯料的质量百分比为15～40％。
蓝晶石具有高温一次永久性膨胀的特性，有效降低坯体的烧结收缩率。在坯料中以原料的方式直接引入蓝晶石，蓝晶石烧结时没有晶型转变，且会一次永久性膨胀，可降低坯体烧结收缩率。蓝晶石烧结时发生分解，体积膨胀，直至全部转化成莫来石。蓝晶石烧成后不可逆分解为莫来石，发生体积膨胀，直至全部转化成莫来石，不再以蓝晶石的形式存在。
优选地，矿化石占低收缩率瓷质砖坯料的5～15％。矿化石包括但不限于硅灰石、透闪石、透辉石，但是叶腊石不具有矿化石的性能。
作为示例，所述低收缩率瓷质砖坯料的矿物组成包括：以重量份计，抛光渣5～15份、钾钠砂14～28份、华龙石粉9～26份、钠石粉3～8份、膨润土5～10份、黑泥4～8份、高铝泥8～15份、透辉石5～15份、蓝晶石15～40份。该配方通过减少坯料中的碳酸盐、硫酸盐、有机杂质、结晶水的含量来降低坯料的烧失量，缩短坯料氧化和烧结时间，缩短坯料烧成周期。高可塑性黏土用作坯体的成型基础。抛光渣为成型后坯体烧结、破碎的低烧失原料，回收使用既能节约资源、降低成本，还可以降低坯料的烧失量，同时也能保证坯料成分的稳定性。钾钠砂、华龙石粉以及钠石粉能够引入熔剂，在高温下熔融，产生粘稠的玻璃相填充于各颗粒之间，提高瓷砖致密度、减少空隙和降低烧结温度，同时增宽熔融范围，有利于控制成型后坯体的烧结过程。
所述低收缩率瓷质砖坯料还包括占矿物组成2wt％以下的添加剂。主要成分为有机物的添加剂在900～1050℃左右大量烧失，此时已经有液相出现，若产生的大量气体不能及时排出，会在成形后坯体内部形成气孔，影响坯体氧化，形成黑心、空洞等缺陷，增加烧成时间。所述添加剂包括但不限于五水偏硅酸钠、水玻璃、坯体增强剂等。当所述五水偏硅酸钠、水玻璃、坯体增强剂的总量不超过坯料矿物组成的2wt％时，能更好地预防与避免上述缺陷。一些实施方式中，五水偏硅酸钠占矿物组成的0.3～0.6wt％。水玻璃占矿物组成的0.4～0.8wt％。坯体增强剂占矿物组成的0.1～0.4wt％。
所述低收缩率瓷质砖坯料的制备方法为：将原料加水球磨得到球磨浆料，将球磨浆料过筛、除铁，过滤除掉浆料中的大颗粒物及铁质杂质，喷雾造粒，得到坯体粉料。坯体粉料的水分控制在6.8～7.8wt％之间。球磨过程中，球石与原料的质量比为(0.8～1)：1，球磨时间为10～12小时。通过控制水的加入量来调节浆料比重。浆料比重可为1.66～1.73g/cm3。
使用所述低收缩率瓷质砖坯料制备瓷质砖。将所述低收缩率瓷质砖坯料成型得到坯体。优选地，坯料的颗粒级配包括：以质量百分比计，30目以上：5～15％、30～60目：≧70％，60～80目：≦10％，80目以下：≦5％。成型的方式不受限制，采用本领域常规的成型方式即可。
将坯体干燥并烧成，得到所述瓷质砖。最高烧成温度为1060～1130℃，烧成周期为30～45分钟。
低收缩率瓷质砖坯料成型的坯体烧成后的物相组成包括：以质量百分比计，石英16～25％、莫来石12～16％、玻璃相52～70％。所述物相组成还可以包括质量百分比为0～5％的刚玉。控制比较低的刚玉相含量有利于降低烧结温度和快速烧成。
上述瓷质砖的吸水率≦0.1％，烧结收缩率≦9.0％，抗折强度≧42MPa。烧结收缩率＝(坯体成型长度-烧结后坯体的长度)/坯体成型长度。该瓷质砖还具有优异的表面平整度。例如，所述瓷质砖的表面平整度的中心弯曲度±0.4mm，边弯曲度±0.35mm。
当然还可以根据实际需要在烧成前对干燥后的坯体进行釉面装饰和/或图案装饰。
采用bullers测温环检测瓷质砖的烧结温度。瓷质砖在辊道窑入口经预热、升温、高温、冷却后到出口所需要的时间，为烧成周期。采用吸水率测试仪检测吸水率。采用抗折强度测试仪检测抗折强度。表面平整度根据GB/T 3810.2进行测定。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
低收缩率瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2 69.05％、Al2O319.20％、Fe2O3 0.79％、TiO2 0.23％、CaO 1.02％、MgO 0.84％、K2O 3.12％、Na2O 1.57％，烧失3.95％。低收缩率瓷质砖坯料的矿物组成包括：以重量份计，抛光渣6份、钾钠砂27份、华龙石粉18份、钠石粉5份、膨润土7份、黑泥8份、高铝泥9份、透辉石5份、蓝晶石15份。向矿物组成中额外添加0.36wt％的五水偏硅酸钠、0.40wt％的水玻璃和0.10wt％的坯体增强剂。
表1各原料的化学成分
Figure BDA0003383405430000041
Figure BDA0003383405430000051
称取各原料加入球磨机中，加入球石、水后进行球磨。球磨工艺参数见表2。球磨后的浆料通过70目筛网过滤掉未球碎的颗粒物，采用除铁机除去浆料中铁质杂质，喷雾塔干燥造粒制粉。坯料的颗粒级配见表3。通过压机将坯料压制成890×890mm的坯体，在干燥窑将坯体烘干后，在坯体表面喷面釉、打印图案、淋抛釉，在辊道窑中经预热、升温、高温、冷却四个阶段共计40min完成烧结。
表2球磨工艺参数及浆料性能
Figure BDA0003383405430000052
表3坯料颗粒级配
Figure BDA0003383405430000053
表4烧成参数
Figure BDA0003383405430000054
Figure BDA0003383405430000061
由表4可知，低收缩率瓷质砖相比常见瓷质砖的烧结收缩率降低10％以上，能极好地节约能源，同时产品性能优于陶瓷砖国家标准GB/T4100-2015。
实施例2
低收缩率瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2 68.56％、Al2O319.69％、Fe2O3 0.80％、TiO2 0.24％、CaO 1.43％、MgO 1.23％、K2O 2.65％、Na2O 1.37％、烧失3.80％。低收缩率瓷质砖坯料的矿物组成包括：以重量份计，抛光渣6份、钾钠砂18份、华龙石粉14份、钠石粉5份、膨润土7份、黑泥6份、高铝泥11份、透辉石8份、蓝晶石25份。向矿物组成中额外添加0.40wt％的五水偏硅酸钠、0.50wt％的水玻璃，0.25wt％的坯体增强剂。制备方法及性能测试与实施例1相同。
表5烧成参数
Figure BDA0003383405430000062
由表5可知，低收缩率瓷质砖相比常见瓷质砖的烧结收缩率降低16％以上，能极好地节约能源，同时产品性能优于陶瓷砖国家标准GB/T4100-2015。
实施例3
低收缩率瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2 68.40％、Al2O320.10％、Fe2O3 0.80％、TiO2 0.25％、CaO 1.69％、MgO 1.47％、K2O 2.34％、Na2O 1.09％、烧失3.63％。低收缩率瓷质砖坯料的矿物组成包括：以重量份计，抛光渣5份、钾钠砂14份、华龙石粉9份、钠石粉3份、膨润土7份、黑泥5份、高铝泥12份、透辉石10份、蓝晶石35份。向矿物组成中额外添加0.38wt％的五水偏硅酸钠、0.45wt％的水玻璃、0.20wt％的坯体增强剂。制备方法及性能测试与实施例1相同。
表6烧成参数
Figure BDA0003383405430000071
由表6可知，低收缩率瓷质砖相比常见瓷质砖的烧结收缩率降低20％以上，能极好地节约能源，同时产品性能优于陶瓷砖国家标准GB/T4100-2015。
对比例1
瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2 69.04％、Al2O3 19.94％、Fe2O3 0.80％、TiO2 0.22％、CaO 0.46％、MgO 0.33％、K2O 3.26％、Na2O 1.68％、烧失4.06％。瓷质砖坯料包括基础原料和添加剂。基础原料以重量份计，包括：抛光渣6份、钾钠砂27份、华龙石粉22份、钠石粉5份、膨润土7份、黑泥8份、高铝泥9份、透辉石1份、蓝晶石15份。向矿物组成中额外添加0.38wt％的五水偏硅酸钠、0.45wt％的水玻璃、0.20wt％的坯体增强剂。制备方法及性能测试与实施例1相同。
表7烧成参数
Figure BDA0003383405430000072
Figure BDA0003383405430000081
由表7可知，熔剂透辉石的用量减少，导致瓷质砖坯料中碱土金属氧化物的含量显著降低，使得蓝晶石未充分分解、体积膨胀，烧结收缩率超出本发明的范围。
对比例2
瓷质砖坯料包括基础原料和添加剂。基础原料以重量份计，包括：抛光渣6份、钾钠砂27份、华龙石粉22份、钠石粉11份、膨润土7份、黑泥8份、高铝泥12份、透辉石5份、蓝晶石2份。向矿物组成中额外添加0.38wt％的五水偏硅酸钠、0.45wt％的水玻璃，0.20wt％的坯体增强剂。制备方法及性能测试与实施例1相同。
表8烧成参数
Figure BDA0003383405430000082
由表8可知，膨胀剂蓝晶石的用量减少，体积膨胀不明显，烧结收缩率超出本发明的范围。
最后所应当说明的是，以上实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种低收缩率瓷质砖坯料，其特征在于，所述低收缩率瓷质砖坯料的矿物组成包括：以重量份计，抛光渣5～15份、黏土5～15份、长石25～50份、膨润土5～10份、矿化石5～15份、蓝晶石15～40份；所述低收缩率瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2 64～74%、Al2O3 17～21%、碱土金属氧化物 1.8～8.0%、碱金属氧化物 2.5～6.0%、烧失3.0～4.0%。
2.根据权利要求1所述的低收缩率瓷质砖坯料，其特征在于，蓝晶石占低收缩率瓷质砖坯料的质量百分比为15～40%。
3.根据权利要求1或2所述的低收缩率瓷质砖坯料，其特征在于，矿化石占低收缩率瓷质砖坯料的质量百分比为5～15%。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的低收缩率瓷质砖坯料，其特征在于，所述低收缩率瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2 64～74%、Al2O3 17～21%、Fe2O3 0.6～1.1%、TiO2 0.2～0.5%、CaO 1.0～4.5%、MgO 0.8～3.5%、K2O 1.5～3.5%、Na2O 1.0～2.5%、烧失3.0～4.0%。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的低收缩率瓷质砖坯料，其特征在于，低收缩率瓷质砖坯料成型的坯体烧成后的物相组成包括：以质量百分比计，石英16～25%、莫来石12～16%、玻璃相52～70%。
6.根据权利要求5所述的低收缩率瓷质砖坯料，其特征在于，所述烧成的最高烧成温度为1060～1130℃，烧成周期为30～45分钟。
7.使用权利要求1至6中任一项所述的低收缩率瓷质砖坯料制备的瓷质砖。
8.根据权利要求7所述的瓷质砖，其特征在于，所述瓷质砖的吸水率≦0.1%，烧结收缩率≦9.0%，抗折强度≧42MPa。
9.根据权利要求7或8所述的瓷质砖，其特征在于，所述瓷质砖的表面平整度的中心弯曲度±0.4mm，边弯曲度±0.35mm。
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