CN115677324A - 人造石英石废渣制轻质砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人造石英石废渣制轻质砖，所述人造石英石废渣制轻质砖，以重量份数计包括以下原料：人造石英石废渣40份‑70份，黏土10份‑25份、长石10份‑25份、滑石粉3份‑8份、玻璃废渣10份‑20份、膨润土0份‑10份、硅灰石0份‑12份、碳化硅粉0.1份‑1.5份。本发明提供的人造石英石废渣制轻质砖具有较低的导热系数，且具有较佳的耐磨性能和耐火极限。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种人造石英石废渣制轻质砖及其制备方法。
背景技术
人造石英石是由石英砂加入一定的色料、树脂或者是其他的固化材料进行合成，然后经过高压、加温固化，再经抛光打磨处理，形成适合建筑设计装饰的板材。人造石英石废渣，是指人造石英板材生产过程中产生的磨削料、边角料，属于一般固废。在人造石英石废渣的综合利用上，中国发明专利CN111548041A公开了一种人造石英石固体废弃物利用的方法，其它包括通过传送带一次连接的第一筛网、破碎机、高锰酸钾溶液浸泡装置、光破膜通道及第二筛网，在光破膜通道上设有加温装置。拟采用物理化学的方法，对人造石英石固体废弃物进行分级活化，使脱落树脂后的石英重新具备活性，实现人造板固废资源化作为建材原料，直接生产新型建材。但是此专利中，高锰酸钾溶液浸泡后会产生废水，并且存在一定的技术局限性。中国发明专利CN103964785A公开了一种用人造石板和石英石板废料生产硅钙板的方法，其步骤如下：将人造石铝板废弃物、石英石废弃物、水泥、人造石或石英石颗粒、高强氧化铝纤维、减水抗水剂和水混合成型，脱模、自然养护，得到硅钙板。此专利采用破碎后简单的混合，采用人造石废弃物或石英石颗粒为主要原料，密度较大，严格来说不能叫做硅钙板材，只能叫做石英石板材，石英石密度一般为2.65克/立方厘米。
因此，现有技术中亟待研发出一种人造石英石废渣制轻质砖的综合利用方法，不仅能够在综合利用过程中不产生二次废物，而且能够最大程度上发挥石英石的优秀性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种人造石英石废渣制轻质砖，其具有较低的导热系数，且具有较佳的耐磨性能和耐火极限。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种人造石英石废渣制轻质砖的制备方法，其工艺简单，能够综合利用人造石英石废渣固废。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种人造石英石废渣制轻质砖，所述人造石英石废渣制轻质砖，以重量份数计包括以下原料：人造石英石废渣40份-70份，黏土10份-25份、长石10份-25份、滑石粉3份-8份、玻璃废渣10份-20份、膨润土0份-10份、硅灰石0份-12份、碳化硅粉0.1份-1.5份。
在一种实施方式中，所述人造石英石废渣，以重量份计包括以下组分：石英石90份-95份、树脂5份-10份；
所述石英石，以质量百分数计包括以下化学成分：Fe2O3 0.05％-0.15％、SiO295％-98％、Al2O3 0.55％-2.5％、CaO 0.1％-0.6％、MgO 0.2％-0.8％、K2O 0.1％-0.5％、Na2O 0.1％-0.5％。
在一种实施方式中，所述玻璃废渣，以质量百分数计包括以下化学成分：SiO245％-50％、Al2O3 5％-10％、B2O3 3％-4％、CaO 30％-36％、MgO 1％-3％、Na2O 4％-5％、K2O 3％-4％、TiO2 1％-3％、ZnO 1％-2％。
在一种实施方式中，所述人造石英石废渣与玻璃废渣的质量比为(3-4)：1。
在一种实施方式中，所述黏土选用膨润土、球土和黑泥中的一种或组合；
所述长石选用钾长石、钠长石、锂长石中的一种或组合；
所述滑石选用生滑石和/或烧滑石。
在一种实施方式中，所述玻璃废渣的平均粒径≤100目；
所述碳化硅的平均粒径≤800目。
相应地，本发明提供了一种人造石英石废渣制轻质砖的制备方法，包括以下步骤：
将人造石英石废渣制轻质砖的原料按比例混合后进行研磨处理，得到第一粉料；
所述第一粉料成型后得到第一坯体，所述第一坯体烧成后得到成品。
在一种实施方式中，所述烧成的烧成曲线为：
在10min-30min内升温至250℃-350℃；
在20min-60min内升温至550℃-650℃，然后保温0-30min；
在30min-120min内升温至900℃-950℃，然后保温100-150min；
在30min-120min内升温至1180℃-1220℃，然后保温0-30min；
在10min-30min内降温至600℃-650℃；
在10min-30min内降温至450℃-550℃；
在10min-30min内降温至100℃-160℃。
在一种实施方式中，所述研磨处理包括湿法球磨和/或干法球磨。
在一种实施方式中，所述第一粉料干压成型后得到第一坯体。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供的人造石英石废渣制轻质砖，综合利用了人造石英石废渣和玻璃废渣，并搭配黏土、长石、滑石粉、膨润土、硅灰石和碳化硅粉，且采用一步法制得了具有较低的导热系数、耐磨性能好、高温时不易发生剥落失效现象的人造石英石废渣制轻质砖。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明作进一步地详细描述。
除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
本发明中，所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。
本发明中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。
为解决上述问题，本发明提供了一种人造石英石废渣制轻质砖，所述人造石英石废渣制轻质砖，以重量份数计包括以下原料：人造石英石废渣40份-70份，黏土10份-25份、长石10份-25份、滑石粉3份-8份、玻璃废渣10份-20份、膨润土0份-10份、硅灰石0份-12份、碳化硅粉0.1份-1.5份。
本发明提供的人造石英石废渣制轻质砖，综合利用了人造石英石废渣和玻璃废渣，并搭配黏土、长石、滑石粉、膨润土、硅灰石和碳化硅粉，并采用一步法制得了具有较低的导热系数，且耐磨性能好、高温时不易发生剥落失效现象的人造石英石废渣制轻质砖。
具体地，所述人造石英石废渣制轻质砖中人造石英石废渣为主要成分，在一种实施方式中，所述人造石英石废渣，以重量份计包括以下组分：石英石90份-95份、树脂5份-10份；
所述石英石，以质量百分数计包括以下化学成分：Fe2O3 0.05％-0.15％、SiO295％-98％、Al2O3 0.55％-2.5％、CaO 0.1％-0.6％、MgO 0.2％-0.8％、K2O 0.1％-0.5％、Na2O 0.1％-0.5％。
需要说明的是，轻质砖是一种砖体内部存在气孔的具有一定结构强度的材料，因此造就了轻质砖良好的保温绝热性能，但是同时也造成了轻质砖的耐磨性较差，不能使用在反复冲刷或者与磨损物接触的环境中，并且相比于重质砖，轻质砖更容易在高温时发生剥落失效问题。本发明采用人造石英石废渣制备轻质砖，所述人造石英石废渣中SiO2含量较高，随后烧成后能够一定程度上提高轻质砖的耐磨性。
为了进一步提高轻质砖的耐磨性和保持高温处理过程中的结构完整性，本发明采用特定成分的人造石英石废渣和玻璃废渣搭配，并在特定制备方法下在轻质砖的砖体内形成微晶玻璃相，以提高轻质砖本体的耐磨性和内结合强度，以避免轻质砖在高温过程中发生局部脱落。
在一种实施方式中，所述玻璃废渣，以质量百分数计包括以下化学成分：SiO245％-50％、Al2O3 5％-10％、B2O3 3％-4％、CaO 30％-36％、MgO 1％-3％、Na2O 4％-5％、K2O 3％-4％、TiO2 1％-3％、ZnO 1％-2％。其中，所述玻璃废渣提高了足够量的CaO、SiO2、Al2O3，以上成分与人造石英石废渣中特定成分在特定的烧成条件下生成了微晶玻璃相，且在微晶成相过程中，所述玻璃废渣的TiO2起到了晶核剂作用，最终形成了主晶相为CaSiO3，次晶相为Ca2Al2SiO7的微晶玻璃相。所述微晶玻璃相交织镶嵌在所述轻质砖基体中，呈现出枝晶互锁结构，提高了所述轻质砖的机械强度和整体力学性能，同时提高了所述轻质砖的内结合强度，避免所述轻质砖在高温条件下发生局部剥落现象，并且所述微晶玻璃相有利于进一步提高所述轻质砖的耐磨性能。另外，在一种实施方式中，所述玻璃废渣的平均粒径≤100目。
在一种实施方式中，所述人造石英石废渣与玻璃废渣的质量比为(3-4)：1。所述人造石英石废渣的加入量过少将会降低成品的机械强度、力学性能和耐磨性能；所述人造石英石废渣的加入量过多将导致轻质砖内部的所述微晶玻璃相含量过少，最终降低所述轻质砖的内结合强度。
另外，所述轻质砖中还含有黏土、长石、滑石粉、膨润土、硅灰石和碳化硅粉。在一种实施方式中，所述黏土作为可塑性原料，所述黏土选用膨润土、球土和黑泥中的一种或组合；所述长石作为溶剂型原料，所述长石选用钾长石、钠长石、锂长石中的一种或组合；所述滑石是一种碱土硅酸盐类原料，在坯体中作为一种溶剂，扩大烧成范围、拓宽熔融温度，所述滑石选用生滑石和/或烧滑石；所述碳化硅作为发泡剂，所述碳化硅的平均粒径≤800目。
相应地，本发明提供了一种人造石英石废渣制轻质砖的制备方法，包括以下步骤：
S1、将人造石英石废渣制轻质砖的原料按比例混合后进行研磨处理，得到第一粉料；
在一种实施方式中，所述研磨处理包括湿法球磨和/或干法球磨。优选地，采用干法球磨。
S2、所述第一粉料成型后得到第一坯体，所述第一坯体烧成后得到成品。
在一种实施方式中，所述第一粉料干压成型后得到第一坯体。
需要说明的是，人造石英石废渣是指人造石英板材生产过程中产生的磨削料、边角料，而人造石英板材是石英砂和树脂的组合物，因此人造石英石废渣中不可避免地会夹杂由树脂材料。树脂材料会对石英砂形成薄膜包膜，导致石英砂的性能遭到限制。本发明采用一步烧成法不仅能够综合利用人造石英石废渣中的石英砂制得性能良好的轻质砖，而且还能够利用人造石英石废渣中的树脂材料，树脂材料在烧成过程中会发生燃烧，并生产气体，也就是说，人造石英石废渣中的树脂材料能够作为轻质砖生产过程中的发泡剂使用，使得轻质砖内部产生均匀密集的气孔。
而且，本发明采用特定成分的人造石英石废渣和玻璃废渣在特定烧成条件下在轻质砖砖体内形成微晶玻璃相，以提高轻质砖本体的耐磨性和内结合强度，以避免轻质砖在高温过程中发生局部脱落。
在一种实施方式中，所述烧成的烧成曲线为：
在10min-30min内升温至250℃-350℃；
在20min-60min内升温至550℃-650℃，然后保温0-30min；
在30min-120min内升温至900℃-950℃，然后保温100-150min；
在30min-120min内升温至1180℃-1220℃，然后保温0-30min；
在10min-30min内降温至600℃-650℃；
在10min-30min内降温至450℃-550℃；
在10min-30min内降温至100℃-160℃。
需要说明的是，与现有烧成条件不同的是，本发明在900℃-950℃内进行了100-150min的保温处理，在此阶段，所述玻璃废渣中的CaO、SiO2、Al2O3与人造石英石废渣中特定成分反应生成了微晶玻璃相，所述玻璃废渣的TiO2起到了晶核剂作用，最终形成了主晶相为CaSiO3，次晶相为Ca2Al2SiO7的微晶玻璃相。并且，所述微晶玻璃相交织镶嵌在所述轻质砖基体中，呈现出枝晶互锁结构，提高了所述轻质砖的机械强度和整体力学性能，同时提高了所述轻质砖的内结合强度，避免所述轻质砖在高温条件下发生局部剥落现象，并且所述微晶玻璃相有利于进一步提高所述轻质砖的耐磨性能。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种人造石英石废渣制轻质砖，以重量份数计包括以下原料：人造石英石废渣70份，黏土25份、长石25份、滑石粉8份、玻璃废渣20份、膨润土10份、硅灰石12份、碳化硅粉1.5份。
所述人造石英石废渣，以重量份计包括以下组分：石英石95份、树脂5份；
所述石英石，以质量百分数计包括以下化学成分：Fe2O3 0.15％、SiO2 98％、Al2O30.7％、CaO 0.3％、MgO 0.35％、K2O 0.2％、Na2O 0.3％。
所述玻璃废渣，以质量百分数计包括以下化学成分：SiO2 45％、Al2O3 5％、B2O33％、CaO 35％、MgO 2％、Na2O 4％、K2O 3％、TiO2 2％、ZnO 1％。
所述的人造石英石废渣制轻质砖的制备方法，包括以下步骤：
S1、将人造石英石废渣制轻质砖的原料按比例混合后进行研磨处理，得到第一粉料；
S2、所述第一粉料成型后得到第一坯体，所述第一坯体烧成后得到成品。
所述烧成的烧成曲线为：
在20min内升温至300℃，继续升温并在40min内升温至600℃，然后保温5min，继续升温并在60min内升温至940℃，然后保温130min，再继续升温并在60min内升温至1200℃，然后保温20min，开始降温并在20min内降温至600℃，继续降温并在20min内降温至500℃，再继续降温并在20min内降温至155℃。
实施例2
本实施例提供一种人造石英石废渣制轻质砖，以重量份数计包括以下原料：人造石英石废渣60份，黏土15份、长石15份、滑石粉5份、玻璃废渣20份、碳化硅粉0.5份。
所述人造石英石废渣，以重量份计包括以下组分：石英石95份、树脂5份；
所述石英石，以质量百分数计包括以下化学成分：Fe2O3 0.1％、SiO2 96％、Al2O32％、CaO 0.5％、MgO 0.5％、K2O 0.45％、Na2O 0.45％。
所述玻璃废渣，以质量百分数计包括以下化学成分：SiO2 47％、Al2O3 6％、B2O34％、CaO 33％、MgO 1％、Na2O 4％、K2O 3％、TiO2 1％、ZnO 1％。
所述的人造石英石废渣制轻质砖的制备方法，包括以下步骤：
S1、将人造石英石废渣制轻质砖的原料按比例混合后进行研磨处理，得到第一粉料；
S2、所述第一粉料成型后得到第一坯体，所述第一坯体烧成后得到成品。
所述烧成的烧成曲线为：
在20min内升温至300℃，继续升温并在40min内升温至600℃，然后保温5min，继续升温并在60min内升温至935℃，然后保温120min，再继续升温并在60min内升温至1200℃，然后保温20min，开始降温并在20min内降温至600℃，继续降温并在20min内降温至500℃，再继续降温并在20min内降温至155℃。
实施例3
本实施例提供一种人造石英石废渣制轻质砖，以重量份数计包括以下原料：人造石英石废渣40份，黏土10份、长石10份、滑石粉3份、玻璃废渣10份、膨润土50份、硅灰石2份、碳化硅粉0.5份。
所述人造石英石废渣，以重量份计包括以下组分：石英石95份、树脂5份；
所述石英石，以质量百分数计包括以下化学成分：Fe2O3 0.15％、SiO2 95％、Al2O32.45％、CaO 0.6％、MgO 0.8％、K2O 0.5％、Na2O 0.5％。
所述玻璃废渣，以质量百分数计包括以下化学成分：SiO2 49％、Al2O3 5％、B2O33％、CaO 30％、MgO 2％、Na2O 4.7％、K2O 3.3％、TiO2 1.6％、ZnO 1.4％。
所述的人造石英石废渣制轻质砖的制备方法，包括以下步骤：
S1、将人造石英石废渣制轻质砖的原料按比例混合后进行研磨处理，得到第一粉料；
S2、所述第一粉料成型后得到第一坯体，所述第一坯体烧成后得到成品。
所述烧成的烧成曲线为：
在20min内升温至300℃，继续升温并在40min内升温至600℃，然后保温5min，继续升温并在60min内升温至938℃，然后保温110min，再继续升温并在60min内升温至1200℃，然后保温20min，开始降温并在20min内降温至600℃，继续降温并在20min内降温至500℃，再继续降温并在20min内降温至155℃。
对比例1
本对比例提供一种人造石英石废渣制轻质砖，其与实施例1不同之处在于：所述人造石英石废渣，以重量份计包括以下组分：石英石95份、树脂5份；所述石英石，以质量百分数计包括以下化学成分：Fe2O3 0.1％、SiO2 94％、Al2O34.5％、CaO 0.5％、MgO 0.5％、K2O0.2％、Na2O 0.2％。其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种人造石英石废渣制轻质砖，其与实施例1不同之处在于：所述玻璃废渣，以质量百分数计包括以下化学成分：SiO2 60％、Al2O3 15％、B2O315％、CaO 2％、MgO2％、Na2O 2％、K2O 2％、ZnO 2％。其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种人造石英石废渣制轻质砖，其与实施例1不同之处在于：所述烧成的烧成曲线为：
在20min内升温至300℃，继续升温并在40min内升温至600℃，然后保温5min，继续升温并在60min内升温至938℃，然后保温5min，再继续升温并在60min内升温至1200℃，然后保温20min，开始降温并在20min内降温至600℃，继续降温并在20min内降温至500℃，再继续降温并在20min内降温至155℃。其余均与实施例1相同。
将实施例1-实施例3和对比例1-对比例3制得的人造石英石废渣制轻质砖进行测试，其中导热系数测试参见GB/T 10295，耐磨测试参考《天然大理石建筑板材》GB/T 19766-2005和《树脂型人造石板材》DB44/T 768-2010，耐火极限测试参考GB/T 9978.8-2008，以上结果见表1。
表1为实施例1-实施例3、对比例1-对比例3制得的人造石英石废渣制轻质砖的测试结果
| 导热系数W/(m·K) | 耐磨度值(l/cm<sup>3</sup>) | 耐火极限(小时) | |
| 实施例1 | 0.069 | 79 | 3.7 |
| 实施例2 | 0.082 | 75 | 3.5 |
| 实施例3 | 0.09 | 76 | 3.4 |
| 对比例1 | 0.012 | 64 | 2 |
| 对比例2 | 0.011 | 62 | 2.3 |
| 对比例3 | 0.013 | 60 | 1.5 |
由表1数据可知，本发明提供的人造石英石废渣制轻质砖，综合利用了人造石英石废渣和玻璃废渣，并搭配黏土、长石、滑石粉、膨润土、硅灰石和碳化硅粉，且采用一步烧成法制得了具有较低的导热系数、耐磨性能好、高温时不易发生剥落失效现象、耐火极限高的人造石英石废渣制轻质砖。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种人造石英石废渣制轻质砖，其特征在于，所述人造石英石废渣制轻质砖，以重量份数计包括以下原料：人造石英石废渣40份-70份，黏土10份-25份、长石10份-25份、滑石粉3份-8份、玻璃废渣10份-20份、膨润土0份-10份、硅灰石0份-12份、碳化硅粉0.1份-1.5份。
2.如权利要求1所述的人造石英石废渣制轻质砖，其特征在于，所述人造石英石废渣，以重量份计包括以下组分：石英石90份-95份、树脂5份-10份；
所述石英石，以质量百分数计包括以下化学成分：Fe2O3 0.05％-0.15％、SiO295％-98％、Al2O3 0.55％-2.5％、CaO 0.1％-0.6％、MgO 0.2％-0.8％、K2O 0.1％-0.5％、Na2O0.1％-0.5％。
3.如权利要求1所述的人造石英石废渣制轻质砖，其特征在于，所述玻璃废渣，以质量百分数计包括以下化学成分：SiO2 45％-50％、Al2O3 5％-10％、B2O33％-4％、CaO 30％-36％、MgO 1％-3％、Na2O 4％-5％、K2O 3％-4％、TiO2 1％-3％、ZnO 1％-2％。
4.如权利要求1所述的人造石英石废渣制轻质砖，其特征在于，所述人造石英石废渣与玻璃废渣的质量比为(3-4)：1。
5.如权利要求1所述的人造石英石废渣制轻质砖，其特征在于，所述黏土选用膨润土、球土和黑泥中的一种或组合；
所述长石选用钾长石、钠长石、锂长石中的一种或组合；
所述滑石选用生滑石和/或烧滑石。
6.如权利要求1所述的人造石英石废渣制轻质砖，其特征在于，所述玻璃废渣的平均粒径≤100目；
所述碳化硅的平均粒径≤800目。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的人造石英石废渣制轻质砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将人造石英石废渣制轻质砖的原料按比例混合后进行研磨处理，得到第一粉料；
所述第一粉料成型后得到第一坯体，所述第一坯体烧成后得到成品。
8.如权利要求7所述的人造石英石废渣制轻质砖的制备方法，其特征在于，所述烧成的烧成曲线为：
在10min-30min内升温至250℃-350℃；
在20min-60min内升温至550℃-650℃，然后保温0-30min；
在30min-120min内升温至900℃-950℃，然后保温100-150min；
在30min-120min内升温至1180℃-1220℃，然后保温0-30min；
在10min-30min内降温至600℃-650℃；
在10min-30min内降温至450℃-550℃；
在10min-30min内降温至100℃-160℃。
9.如权利要求7所述的人造石英石废渣制轻质砖的制备方法，其特征在于，所述研磨处理包括湿法球磨和/或干法球磨。
10.如权利要求7所述的人造石英石废渣制轻质砖的制备方法，其特征在于，所述第一粉料干压成型后得到第一坯体。
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