CN115259863A - 一种陶瓷增白剂及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种组成为7.38％～16.66％SiO2、0.98％～2.10％Al2O3、12.15％～24.96％(Na2O+K2O)、7.9％～18.31％CaO、0.80％～2.36％MgO、41.44％～66.87％TiO2及0.81％～1.69％P2O5陶瓷增白剂，其可由磷石膏15～25份、金红石35～60份、滑石2～5份、草酸钠2～5份、碳酸钠10～12份及萤石1～3份在经干法粉碎、过筛后，送入隧道窑内于1000～1100℃温度下煅烧7～9小时后粉磨得到。其能够在对陶瓷能够保证较好的增白效果的前提下，使用磷石膏而不使用锆英砂，以降低原料成本，同时消耗磷石膏以降低对环境的损害。

Description

一种陶瓷增白剂及其制作方法
技术领域
本发明涉及陶瓷生产技术领域，具体涉及一种陶瓷增白剂及其制作方法。
背景技术
磷石膏是利用磷矿石粉湿法生产磷酸及磷酸铵化肥工业中的废渣，每制取1吨磷酸约产生4.8吨至5吨磷石膏，其主要采取堆存的方式处理。由于其主要含硫酸钙以及分解磷矿、游离磷酸、氟化物等杂质，大量堆放会带来环境安全风险。磷石膏具有酸性，严重污染环境，被世界各国看成第一化工废渣。目前我国堆存量已超过5亿吨，每年还新增约8000万吨。目前，对于磷石膏的综合利用主要集中在纸面石膏板、硫酸钙晶须、水泥缓凝剂及制酸联产水泥等产业，其对磷石膏的要求较高，通常还需要进行进一步加工方可进行有效利用。2019年我国磷石膏实际利用率为40％左右。
另外，在建筑陶瓷产业中，硅酸锆(锆英石)是一种性能优异的陶瓷增白剂，其通常添加量在5％～12％之间，其增白机理为在陶瓷冷却时析出锆英石微晶以对可见光形成散射；另一方面，其还能够提高烧成温度。然而由于锆英石资源有限、价格不断走高，其使用成本也很高，另外由于其与铪伴生且性质十分相似，极难分离，因此不可避免地具有一定的放射性。
本部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并不代表承认其属于现有技术。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种陶瓷增白剂，在对陶瓷能够保证较好的增白效果的前提下，使用磷石膏而不使用锆英砂，以降低原料成本，同时消耗磷石膏以降低对环境的损害。
为实现上述目的，本发明提供了一种陶瓷增白剂，其以氧化物的质量占比计，包括：7.38％～16.66％SiO2、0.98％～2.10％Al2O3、12.15％～24.96％(Na2O+K2O)、7.9％～18.31％CaO、0.80％～2.36％MgO、41.44％～66.87％TiO2及0.81％～1.69％P2O5。
优选地，上述陶瓷增白剂由以下质量比例的原料经混合、煅烧得到：磷石膏15～25份、金红石35～60份、滑石2～5份、草酸钠2～5份、碳酸钠10～12份及萤石1～3份。
优选地，上述陶瓷增白剂以氧化产物的质量占比计，包括：10.17％～14.62％SiO2、1.36％～2.10％Al2O3、12.15％～24.96％(Na2O+K2O)、10.97％～18.31％CaO、0.87％～1.67％MgO、45.77％～56.33％TiO2及1.13％～1.76％P2O5。
优选地，上述陶瓷增白剂由按以下质量比例的原料经混合、煅烧得到：磷石膏15～25份、金红石35～60份、滑石2～5份、草酸钠2～5份、碳酸钠10～12份及萤石1～3份。
优选地，上述陶瓷增白剂由按以下质量比例的原料经混合、煅烧得到：磷石膏15份、金红石35份、滑石2份、草酸钠5份、碳酸钠12份及萤石1份。
优选地，所述磷石膏的组成为：44.2％CaO、38.1％SiO2、6.14％Al2O3、2.07％K2O、1.50％MgO、5.26％P2O5、0.39％TiO2、2.48％F及-0.45％灼减量(1180℃下)。
本发明还提供了一种上述陶瓷增白剂的制作方法，其将所述原料依次经干法粉碎、过筛后，送入隧道窑内于900～1100℃温度下煅烧5～9小时，然后出炉降至常温，再用干法球磨机粉磨即可。
优选地，上述陶瓷增白剂的制作方法，其将所述原料依次经干法粉碎、过筛后，送入隧道窑内于1000～1100℃温度下煅烧7～9小时，然后出炉降至常温，再用干法球磨机粉磨即可。
本发明的陶瓷增白剂，能够将工业废渣变成陶瓷原料，以降低陶瓷企业成本、节约有限的锆英砂资源、减少陶瓷的放射性污染，同时还能够对陶瓷具有较好的增白效果，具有很好的应用前景。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。下列的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
以下各实施例中，磷石膏来自于湖北宜化，草酸钠、碳酸钠、金红石、萤石均为化学纯，其在1180℃煅烧后的氧化物组成见表1。
其中，上述磷石膏的组成为：44.2％CaO、38.1％SiO2、6.14％Al2O3、2.07％K2O、1.50％MgO、5.26％P2O5、0.39％TiO2、2.48％F、-0.45％灼减量(1180℃下)。
表1
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Na<sub>2</sub>O CaO MgO K<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> F SO<sub>3</sub> 灼减
磷石膏 38.12 6.14 0.59 44.19 1.50 2.07 0.39 5.26 2.48 2.78 -0.45
金红石 — — — — — — 99.9 — — — 0.07
滑石 63.35 1.37 0.24 2.20 25.73 0.50 — — — — 6.33
草酸钠 — — 46.25 — — — — — — — 53.75
碳酸钠 — — 58.48 — — — — — — 48.12
萤石 2.25 — — 97.65 — — — — — — 0.11
石英砂 97.93 1.37 — 0.25 0.03 — — — — — 0.20
纳长石 68.79 19.26 10.59 0.15 0.10 0.30 — — — — 0.68
高岭土 46.97 37.50 0.05 0.56 0.16 0.08 — — — — 14.52
【实施例1】
将磷石膏15份、金红石60份、滑石2份、草酸钠5份、碳酸钠12份、萤石3份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在900℃下煅烧9小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂1#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：7.38％SiO2、0.98％Al2O3、17.67％Na2O、9.93％CaO、0.8％MgO、0.33％K2O、62.03％TiO2、0.82％P2O5。
【实施例2】
将磷石膏25份、金红石35份、滑石5份、草酸钠2份、碳酸钠10份、萤石1份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在1100℃下煅烧5小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂2#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：16.66％SiO2、2.07％Al2O3、15.67％Na2O、15.64％CaO、2.25％MgO、0.7％K2O、45.18％TiO2、1.69％P2O5。
【实施例3】
将磷石膏15份、金红石60份、滑石2份、草酸钠2份、碳酸钠10份、萤石1份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在1000℃下煅烧5小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂3#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：7.9％SiO2、1.06％Al2O3、13.48％Na2O、8.53％CaO、0.86％MgO、0.36％K2O、66.87％TiO2、0.88％P2O5。
【实施例4】
将磷石膏25份、金红石35份、滑石5份、草酸钠5份、碳酸钠12份、萤石3份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在900℃下煅烧5小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂4#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：15.34％SiO2、1.9％Al2O3、20.28％Na2O、16.66％CaO、2.07％MgO、0.64％K2O、41.44％TiO2、1.55％P2O5。
【实施例5】
将磷石膏15份、金红石60份、滑石5份、草酸钠5份、碳酸钠12份、萤石1份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在900℃下煅烧7小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂5#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：9.33％SiO2、1.02％Al2O3、17.5％Na2O、7.9％CaO、1.64％MgO、0.35％K2O、61.39％TiO2、0.81％P2O5。
【实施例6】
将磷石膏25份、金红石35份、滑石2份、草酸钠2份、碳酸钠10份、萤石3份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在1100℃下煅烧9小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂6#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：14.29％SiO2、2.04％Al2O3、15.86％Na2O、18.31％CaO、1.21％MgO、0.69％K2O、45.77％TiO2、1.72％P2O5。
【实施例7】
将磷石膏25份、金红石60份、滑石2份、草酸钠5份、碳酸钠12份、萤石3份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在1000℃下煅烧7小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂7#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：10.27％SiO2、1.47％Al2O3、16.09％Na2O、13.16％CaO、0.87％MgO、0.5％K2O、56.33％TiO2、1.23％P2O5。
【实施例8】
将磷石膏15份、金红石35份、滑石5份、草酸钠2份、碳酸钠10份、萤石1份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在1100℃下煅烧5小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂8#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：13.46％SiO2、1.47％Al2O3、17.86％Na2O、11.4％CaO、2.36％MgO、0.5％K2O、51.69％TiO2、1.16％P2O5。
【实施例9】
将磷石膏25份、金红石35份、滑石2份、草酸钠2份、碳酸钠10份、萤石1份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在1000℃下煅烧7小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂10#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：14.62％SiO2、2.1％Al2O3、16.29％Na2O、16.18％CaO、1.24％MgO、0.71％K2O、46.99％TiO2、1.76％P2O5。
【实施例10】
将磷石膏25份、金红石60份、滑石5份、草酸钠2份、碳酸钠10份、萤石3份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在900℃下煅烧9小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂11#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：12.41％SiO2、1.54％Al2O3、11.63％Na2O、13.48％CaO、1.67％MgO、0.52％K2O、57.4％TiO2、1.26％P2O5。
【实施例11】
将磷石膏15份、金红石35份、滑石2份、草酸钠5份、碳酸钠12份、萤石1份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在1100℃下煅烧7小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂12#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：10.17％SiO2、1.36％Al2O3、24.5％Na2O、10.97％CaO、1.11％MgO、0.46％K2O、50.21％TiO2、1.13％P2O5。
【实施例12】
将磷石膏20份、金红石45份、滑石4份、草酸钠3份、碳酸钠11份、萤石2份干法粉碎、过筛，然后送入隧道窑在1000℃下煅烧9小时后，出炉后降至常温，再用干法球磨机粉磨后过300目筛，得陶瓷增白剂15#。
上述陶瓷增白剂经烧成后的计算组成为：12.25％SiO2、1.52％Al2O3、16.68％Na2O、12.86％CaO、1.65％MgO、0.51％K2O、53.19％TiO2、1.24％P2O5。
试验结果：
以质量计，在95份基础釉中混入5份上述制得的陶瓷增白剂得到混合釉料(将硅酸锆作为)，在得到的混合釉料中添加质量比占为0.3％的羧甲基纤维素钠，按釉料：球：水＝1：1.15：0.4的质量比例磨制成釉浆；将其均匀施于砖坯表面，施釉厚度为0.7mm，干燥后在辊道窑中经1200℃煅烧后冷却。在冷却至800℃以前缓慢降温，到达800℃后最后冷却至室温。其中，以长石质釉料作为基础釉，其由30份石英、55份长石、5份粘土、10份滑石称重配制而成，其组成为77.06％SiO2、13.4％Al2O3、5.88％Na2O、0.43％CaO、2.83％MgO、0.22％K2O、0.17％Fe2O3。烧成的釉面通过WSD-III型白度仪测量，陶瓷增白剂最终煅烧时的在不同煅烧温度、煅烧时间下其白度测量结果和釉面质量如表2所示：
表2
Figure BDA0003774029540000071
另外，将锆英石作为0#试样以相同用量添加至基础釉中后经同样处理后，测得其釉面白度为78.3。
由上测试结果可以大致确定：磷石膏最高可以约25％的质量占比引入金红石、滑石和萤石中，以制成复合型的陶瓷增白剂；其中的草酸钠、碳酸钠可用作矿化剂，同时可增加釉中的熔剂含量；其中，上述陶瓷增白剂应在原料混合后经过高温煅烧，否则会导致釉面缺陷；当在1000℃以上煅烧至少7h以上时，其对长石质基础釉的增白效果可媲美锆英石。
本公开内容的范围不是由详细描述限定，而是由权利要求及其等同方案限定，并且在权利要求及其等同方案范围内的所有变型都解释为包含在本公开内容中。

Claims (8)

1.一种陶瓷增白剂，其特征在于，以氧化物的质量占比计，包括：7.38％～16.66％SiO2、0.98％～2.10％Al2O3、12.15％～24.96％(Na2O+K2O)、7.9％～18.31％CaO、0.80％～2.36％MgO、41.44％～66.87％TiO2及0.81％～1.69％P2O5。
2.根据权利要求1所述的陶瓷增白剂，其特征在于，由以下质量比例的原料经混合、煅烧得到：磷石膏15～25份、金红石35～60份、滑石2～5份、草酸钠2～5份、碳酸钠10～12份及萤石1～3份。
3.如权利要求1所述的陶瓷增白剂，其特征在于，以氧化产物的质量占比计，包括：10.17％～14.62％SiO2、1.36％～2.10％Al2O3、12.15％～24.96％(Na2O+K2O)、10.97％～18.31％CaO、0.87％～1.67％MgO、45.77％～56.33％TiO2及1.13％～1.76％P2O5。
4.根据权利要求3所述的陶瓷增白剂，其特征在于，由按以下质量比例的原料经混合、煅烧得到：磷石膏15～25份、金红石35～60份、滑石2～5份、草酸钠2～5份、碳酸钠10～12份及萤石1～3份。
5.根据权利要求3所述的陶瓷增白剂，其特征在于，由按以下质量比例的原料经混合、煅烧得到：磷石膏15份、金红石35份、滑石2份、草酸钠5份、碳酸钠12份及萤石1份。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的陶瓷增白剂，其特征在于，所述磷石膏的组成为：44.2％CaO、38.1％SiO2、6.14％Al2O3、2.07％K2O、1.50％MgO、5.26％P2O5、0.39％TiO2、2.48％F及-0.45％灼减量(1180℃下)。
7.如权利要求1至6中的任一项所述陶瓷增白剂的制作方法，其特征在于，将所述原料依次经干法粉碎、过筛后，送入隧道窑内于900～1100℃温度下煅烧5～9小时，然后出炉降至常温，再用干法球磨机粉磨即可。
8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，将所述原料依次经干法粉碎、过筛后，送入隧道窑内于1000～1100℃温度下煅烧7～9小时，然后出炉降至常温，再用干法球磨机粉磨即可。
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