CN115536425B - 保温陶瓷砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于陶瓷砖制备技术领域，具体的涉及一种保温陶瓷砖及其制备方法。本发明所述的保温陶瓷砖，以重量份数计，由以下原料组成：萤石2‑3份、菱镁矿3‑5份、煤矸石7‑9份、黄金尾矿11‑13份、玻化微珠4‑5份、硅藻土5‑6份、石墨尾矿20‑23份、高岭土13‑15份、拜耳法赤泥7‑9份、氧化锆短纤维3‑4份。本发明所述的保温陶瓷砖，通过添加的菱镁矿和萤石起到发泡作用，相比其他的发泡剂，两者的复配使用，不仅仅能够保证陶瓷砖的保温性能，而且还能够保证制备的保温陶瓷砖的力学性能。

Description

保温陶瓷砖及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷砖制备技术领域，具体的涉及一种保温陶瓷砖及其制备方法。
背景技术
随着生活水平的提高和工作环境的改善，人们对建筑陶瓷的要求已经超越其单纯的建筑装饰功能，越来越注重其功能化的应用。陶瓷的功能化已成为国内建陶行业发展的主要方向之一。功能建筑陶瓷是在保证装饰效果的前提下，赋予陶瓷新的应用功能。建筑物隔热保温功能一直是科研工作者研究的方向之一。保温材料是指能阻止建筑物内外热量交换，具有明显热阻性功能的材料。陶瓷保温砖是一种集保温、装饰于一体的建筑材料，其具有轻质、保温、隔热等优良性能。
各种矿产资源作为人类社会发展的必须品之一，已经随着工业化的发展被大规模的开采。尾矿作为矿产资源开采的废弃物，已经堆积如山。尾矿作为我国目前产出量最大、堆存量最多的固体废弃物，大量堆存所带来的环境问题和存在的安全隐患，严重制约我国矿业经济和矿业城市的可持续发展。目前，尾矿的主要处理方式是填埋、堆积和回填，资源化利用还处于起步阶段。因此，迫切需要利用起来。
因此，如何将工业尾矿固废应用于制备陶瓷砖，降低陶瓷砖的生产成本，同时改善目前保温陶瓷砖存在的隔热保温效果较差，强度较低的缺陷，成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种保温陶瓷砖。所述的保温陶瓷砖质轻、保温隔热性能好且强度高；本发明同时提供了其制备方法。
本发明所述的保温陶瓷砖，以重量份数计，由以下原料组成：萤石2-3份、菱镁矿3-5份、煤矸石7-9份、黄金尾矿11-13份、玻化微珠4-5份、硅藻土5-6份、石墨尾矿20-23份、高岭土13-15份、拜耳法赤泥7-9份、氧化锆短纤维3-4份。
优选的，本发明所述的保温陶瓷砖，以重量份数计，由以下原料组成：萤石3份、菱镁矿4份、煤矸石9份、黄金尾矿11份、玻化微珠4份、硅藻土5份、石墨尾矿22份、高岭土15份、拜耳法赤泥9份、氧化锆短纤维4份。
其中：
所述的石墨尾矿，以质量百分数计，化学组成如下：SiO2 64.23％、Fe2O3 3.56％、Al2O3 13.41％、TiO2 0.47％、K2O 2.08％、Na2O 0.45％、CaO 7.45％、MgO 3.12％、其他5.23％。
所述的黄金尾矿，以质量百分数计，化学组成如下：SiO2 68.50％、Fe2O3 1.89％、Al2O3 18.43％、TiO2 0.15％、K2O 5.48％、Na2O 2.97％、CaO 1.56％、MgO 0.42％、其他0.60％。
其中：
菱镁矿中的MgCO3在烧成过程中发生分解，逸出CO2，起到发泡作用，此外，煅烧过程中生成的MgO与SiO2和Al2O3相互作用，在本申请所述的煅烧温度下促进镁铝尖晶石相和堇青石相的生成。萤石中含有的氟化物起到辅助发泡的作用，且其中钙氧化物的存在，起到助熔作用，使玻璃网络结构松散，增加高温流动性。
煤矸石、黄金尾矿、玻化微珠和硅藻土作为轻质骨料添加，四者起到协同作用，煤矸石与黄金尾矿经过干燥、焙烧处理后，虽然都能够生成孔隙率高的内部多孔结构，但是如果仅仅采用黄金尾矿，将导致最终制备的保温陶瓷砖的吸水率大大提高，因此，与煤矸石复配使用，既能保证制备的保温陶瓷砖的轻质，高强，还能够降低制备的陶瓷砖的吸水率。硅藻土自身的结构是松散、多孔的，它的添加会进一步降低保温砖的密度，但是也会导致制备的保温砖容易出现裂纹或者出现烧成收缩率较大的问题；所以也会额外添加玻化微珠，玻化微珠提高浆料的流动性和自抗强度，同时能够减少保温陶瓷砖坯体的收缩率，内部多孔空腔结构发挥保温作用，同时增加颗粒的强度。
为了保证制备的保温陶瓷砖的强度，并减少高岭土这种不可再生资源的使用，选用石墨尾矿替代部分高岭土，复配拜耳法赤泥这种工业固废使用，降低烧成温度的同时，在烧成的过程中提供液相物质，对气孔起到一定的填充作用，保证了制备的保温陶瓷砖的强度。氧化锆短纤维的添加能够有效的发挥纤维的增强效应，且自身具有熔点高、硬度高的优势，最重要的还是其耐高温和隔热性能优异。
本发明所述的保温陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将原料按照重量份数比复配，经干燥后置于球磨机中进行球磨，然后过筛，得到粉料；
(2)将粉料压制成型制备得到保温陶瓷砖坯体，经干燥处理后进行焙烧，制备得到保温陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中球磨时间为5-7h，然后过150目筛。
步骤(2)中压制成型的压力为50-55MPa。
步骤(2)中于100-150℃下干燥1.5-2h，首先以2-3℃/min的升温速率升温至800℃-900℃烧成30-50min，然后以3-4℃/min的升温速率升温至1000-1100℃烧成30-50min，随后以7-8℃/min的升温速率升温至1150-1180℃下保温1.2-1.5h，最后以8-10℃/min的速率降温冷却。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的保温陶瓷砖，通过添加的菱镁矿和萤石起到发泡作用，相比其他的发泡剂，两者的复配使用，不仅仅能够保证陶瓷砖的保温性能，而且还能够保证制备的保温陶瓷砖的力学性能。
(2)本发明所述的保温陶瓷砖的制备方法，工艺简单，易于操作，通过控制烧成曲线来控制制备的保温陶瓷砖的结构，从而保证制备的保温陶瓷砖的性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例1所述的保温陶瓷砖，以重量份数计，由以下原料组成：萤石3份、菱镁矿4份、煤矸石9份、黄金尾矿11份、玻化微珠4份、硅藻土5份、石墨尾矿22份、高岭土15份、拜耳法赤泥9份、氧化锆短纤维4份。
其中：
所述的石墨尾矿，以质量百分数计，化学组成如下：SiO2 64.23％、Fe2O3 3.56％、Al2O3 13.41％、TiO2 0.47％、K2O 2.08％、Na2O 0.45％、CaO 7.45％、MgO 3.12％、其他5.23％。
所述的黄金尾矿，以质量百分数计，化学组成如下：SiO2 68.50％、Fe2O3 1.89％、Al2O3 18.43％、TiO2 0.15％、K2O 5.48％、Na2O 2.97％、CaO 1.56％、MgO 0.42％、其他0.60％。
本实施例1所述的保温陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将原料按照重量份数比复配，经干燥后置于球磨机中进行球磨，然后过筛，得到粉料；
(2)将粉料压制成型制备得到保温陶瓷砖坯体，经干燥处理后进行焙烧，制备得到保温陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中球磨时间为6h，然后过150目筛。
步骤(2)中压制成型的压力为55MPa。
步骤(2)中于100℃下干燥2h，首先以3℃/min的升温速率升温至850℃烧成30min，然后以4℃/min的升温速率升温至1050℃烧成40min，随后以8℃/min的升温速率升温至1180℃下保温1.5h，最后以10℃/min的速率降温冷却。
对实施例1制备得到的保温陶瓷砖进行性能测试，导热系数为0.040W/m·k，抗压强度为4.2MPa，吸水率为0.3％，体积密度为211Kg/m3。
实施例2
本实施例2所述的保温陶瓷砖，以重量份数计，由以下原料组成：萤石2.5份、菱镁矿3份、煤矸石7份、黄金尾矿13份、玻化微珠5份、硅藻土6份、石墨尾矿20份、高岭土14份、拜耳法赤泥8份、氧化锆短纤维4份。
其中：
所述的石墨尾矿，以质量百分数计，化学组成如下：SiO2 64.23％、Fe2O3 3.56％、Al2O3 13.41％、TiO2 0.47％、K2O 2.08％、Na2O 0.45％、CaO 7.45％、MgO 3.12％、其他5.23％。
所述的黄金尾矿，以质量百分数计，化学组成如下：SiO2 68.50％、Fe2O3 1.89％、Al2O3 18.43％、TiO2 0.15％、K2O 5.48％、Na2O 2.97％、CaO 1.56％、MgO 0.42％、其他0.60％。
本实施例2所述的保温陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将原料按照重量份数比复配，经干燥后置于球磨机中进行球磨，然后过筛，得到粉料；
(2)将粉料压制成型制备得到保温陶瓷砖坯体，经干燥处理后进行焙烧，制备得到保温陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中球磨时间为5h，然后过150目筛。
步骤(2)中压制成型的压力为53MPa。
步骤(2)中于130℃下干燥1.7h，首先以2℃/min的升温速率升温至800℃烧成50min，然后以3℃/min的升温速率升温至1000℃烧成50min，随后以7℃/min的升温速率升温至1150℃下保温1.2h，最后以10℃/min的速率降温冷却。
对实施例2制备得到的保温陶瓷砖进行性能测试，导热系数为0.050W/m·k，抗压强度为3.8MPa，吸水率为0.5％，体积密度为273Kg/m3。
实施例3
本实施例3所述的保温陶瓷砖，以重量份数计，由以下原料组成：萤石2份、菱镁矿5份、煤矸石8份、黄金尾矿12份、玻化微珠4.5份、硅藻土5.5份、石墨尾矿23份、高岭土13份、拜耳法赤泥7份、氧化锆短纤维3.5份。
其中：
所述的石墨尾矿，以质量百分数计，化学组成如下：SiO2 64.23％、Fe2O3 3.56％、Al2O3 13.41％、TiO2 0.47％、K2O 2.08％、Na2O 0.45％、CaO 7.45％、MgO 3.12％、其他5.23％。
所述的黄金尾矿，以质量百分数计，化学组成如下：SiO2 68.50％、Fe2O3 1.89％、Al2O3 18.43％、TiO2 0.15％、K2O 5.48％、Na2O 2.97％、CaO 1.56％、MgO 0.42％、其他0.60％。
本实施例3所述的保温陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将原料按照重量份数比复配，经干燥后置于球磨机中进行球磨，然后过筛，得到粉料；
(2)将粉料压制成型制备得到保温陶瓷砖坯体，经干燥处理后进行焙烧，制备得到保温陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中球磨时间为6h，然后过150目筛。
步骤(2)中压制成型的压力为50MPa。
步骤(2)中于150℃下干燥1.5h，首先以3℃/min的升温速率升温至900℃烧成40min，然后以4℃/min的升温速率升温至1100℃烧成40min，随后以7℃/min的升温速率升温至1165℃下保温1.5h，最后以9℃/min的速率降温冷却。
对实施例3制备得到的保温陶瓷砖进行性能测试，导热系数为0.044W/m·k，抗压强度为3.6MPa，吸水率为0.4％，体积密度为205Kg/m3。
对比例1
本对比例1所述的保温陶瓷砖的制备方法与实施例1相同，唯一的不同点在于，本对比例1所述的保温陶瓷砖，以重量份数计，由以下原料组成：萤石7份、煤矸石9份、黄金尾矿11份、玻化微珠4份、硅藻土5份、石墨尾矿22份、高岭土15份、拜耳法赤泥9份、氧化锆短纤维4份。
对对比例1制备得到的保温陶瓷砖进行性能测试，导热系数为0.066W/m·k，抗压强度为3.0MPa，吸水率为1.0％，体积密度为209Kg/m3。
对比例2
本对比例2所述的保温陶瓷砖的制备方法与实施例1相同，唯一的不同点在于，本对比例2所述的保温陶瓷砖，以重量份数计，由以下原料组成：萤石3份、菱镁矿4份、黄金尾矿20份、玻化微珠4份、硅藻土5份、石墨尾矿22份、高岭土15份、拜耳法赤泥9份。
对对比例2制备得到的保温陶瓷砖进行性能测试，导热系数为0.063W/m·k，抗压强度为2.3MPa，吸水率为0.8％，体积密度为200Kg/m3。
对比例3
本对比例3所述的保温陶瓷砖的原料组成和用量关系与实施例1均相同，唯一的不同点在于，在制备对比例3所述的保温陶瓷砖时，步骤(2)中所述的烧成曲线不同，对比例3步骤(2)中所述的干燥烧成过程如下：步骤(2)中于100℃下干燥2h，然后以8℃/min的升温速率升温至1180℃下保温1.5h，最后以10℃/min的速率降温冷却。
对对比例3制备得到的保温陶瓷砖进行性能测试，导热系数为0.061W/m·k，抗压强度为2.8MPa，吸水率为0.7％，体积密度为210Kg/m3。

Claims (7)

1.一种保温陶瓷砖，其特征在于：以重量份数计，由以下原料组成：萤石2-3份、菱镁矿3-5份、煤矸石7-9份、黄金尾矿11-13份、玻化微珠4-5份、硅藻土5-6份、石墨尾矿20-23份、高岭土13-15份、拜耳法赤泥7-9份、氧化锆短纤维3-4份；
所述的保温陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
（1）将原料按照重量份数比复配，经干燥后置于球磨机中进行球磨，然后过筛，得到粉料；
（2）将粉料压制成型制备得到保温陶瓷砖坯体，经干燥处理后进行焙烧，制备得到保温陶瓷砖；
其中：
步骤（2）中于100-150℃下干燥1.5-2h，首先以2-3℃/min的升温速率升温至800℃-900℃烧成30-50min，然后以3-4℃/min的升温速率升温至1000-1100℃烧成30-50min，随后以7-8℃/min的升温速率升温至1150-1180℃下保温1.2-1.5h，最后以8-10℃/min的速率降温冷却。
2.根据权利要求1所述的保温陶瓷砖，其特征在于：以重量份数计，由以下原料组成：萤石3份、菱镁矿4份、煤矸石9份、黄金尾矿11份、玻化微珠4份、硅藻土5份、石墨尾矿22份、高岭土15份、拜耳法赤泥9份、氧化锆短纤维4份。
3.根据权利要求1所述的保温陶瓷砖，其特征在于：所述的石墨尾矿，以质量百分数计，化学组成如下：SiO2 64.23%、Fe2O3 3.56%、Al2O3 13.41%、TiO2 0.47%、K2O 2.08%、Na2O0.45%、CaO 7.45%、MgO 3.12%、其他5.23%。
4.根据权利要求1所述的保温陶瓷砖，其特征在于：所述的黄金尾矿，以质量百分数计，化学组成如下：SiO2 68.50%、Fe2O3 1.89%、Al2O3 18.43%、TiO2 0.15%、K2O 5.48%、Na2O2.97%、CaO 1.56%、MgO 0.42%、其他 0.60%。
5.一种权利要求1所述的保温陶瓷砖的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
（1）将原料按照重量份数比复配，经干燥后置于球磨机中进行球磨，然后过筛，得到粉料；
（2）将粉料压制成型制备得到保温陶瓷砖坯体，经干燥处理后进行焙烧，制备得到保温陶瓷砖。
6.根据权利要求5所述的保温陶瓷砖的制备方法，其特征在于：步骤（1）中球磨时间为5-7h，然后过150目筛。
7.根据权利要求5所述的保温陶瓷砖的制备方法，其特征在于：步骤（2）中压制成型的压力为50-55MPa。
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