CN115893978B - 一种陶瓷坯体、陶瓷砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种陶瓷坯体、陶瓷砖及其制备方法,按质量份计,所述陶瓷坯体的原料包括以下组分:锂云母尾料30~65份、硅灰石尾矿10~35份、粘土10~30份、钾长石2~15份、钠长石2~15份、石英8~20份。本发明利用烧结温度低的锂云母尾料制备陶瓷坯体,在陶瓷坯体中掺入大配比的锂云母尾料,可有效降低其他原料的加入比例,既达到消耗尾泥废渣的目的又降低了陶瓷坯体的烧成温度和生产成本,同时还可以提高坯体的强度和白度,变废为宝,实现绿色低碳生产。
Description
技术领域
本发明涉及废物处理、陶瓷产品技术领域,尤其涉及一种陶瓷坯体、陶瓷砖及其制备方法。
背景技术
近年来,锂电池发展迅速,在电池市场中占据的市场份额最大,是化学电源应用领域中最具竞争力的电池。从产品结构来看,锂电池主要分为动力型锂电池、消费型锂电池和储能型锂电池三大类,分别广泛应用于新能源汽车、消费类电子产品、储能等领域。随着锂电池产量的不断增长,对锂材料的需求也是急剧增加。
锂材料的提炼主要包括盐湖卤水提锂、锂云母提锂、锂辉石提锂三种工艺,但由于国内盐湖镁锂比较大,比较难于实现大规模产业化生产,锂材料的提炼仍以锂云母提锂、锂辉石提锂为主。但锂云母提锂受制于难度大、成本高,从锂云母原矿到精矿,再到最终的碳酸锂和氢氧化锂材料,过程中会产生大量的尾矿等废渣。根据相关资料显示,锂云母原矿的品位、回收率的高低,对提锂有较大的影响,一般来说,生产1吨碳酸锂,需要150-200吨锂云母原矿,过程产生的废渣达150吨以上。因为生产锂电池一年产生的废渣将达万万吨级别,废渣的处理已成为提锂企业需要解决的首要问题,若是不能较好地解决扩产后的废渣消化问题,锂材料产量将会受到严重的限制。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
基于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种陶瓷坯体、陶瓷砖及其制备方法,旨在消化掉锂材料生产过程中产生的大量锂云母尾料,并降低陶瓷坯体的烧成温度和生产成本。
本发明的技术方案如下:
本发明的第一方面,提供一种陶瓷坯体,其中,按质量份计,所述陶瓷坯体的原料包括以下组分:
锂云母尾料30~65份、硅灰石尾矿10~35份、粘土10~30份、钾长石2~15份、钠长石2~15份、石英8~20份。
可选地,按质量份计,所述陶瓷坯体的原料包括以下组分:
锂云母尾料30~65份、硅灰石尾矿15~35份、粘土10~30份、钾长石2~15份、钠长石2~15份、石英8~20份。
可选地,所述锂云母尾料包括锂云母尾泥和/或锂云母尾砂;
所述锂云母尾泥的平均粒度D50<8μm,白度为20~35°,抗折强度为1.5~2.5MPa,烧结温度为1050~1100℃;
所述锂云母尾砂的平均粒度D50<50μm,白度为60~70°,烧结温度为1100~1150℃。
可选地,按质量份计,所述锂云母尾泥的化学成分包括:
SiO2 68~73份、Al2O3 16~20份、CaO 0.5~1.5份、MgO 0.2~0.7份、Fe2O31.0~2.0份、K2O 3~5份、Na2O 3~5份、Li2O 0.3~0.6份、F 0.4~1.5份。
可选地,按质量份计,所述锂云母尾砂的化学成分包括:
SiO2 71~76份、Al2O3 12~18份、CaO 0.5~1.5份、MgO 0.2~0.7份、Fe2O30.1~0.3份、K2O 3~5份、Na2O 3~5份、Li2O 0.3~0.6份、F 0.4~1.5份。
可选地,按质量份计,所述硅灰石尾矿的化学成分包括:
SiO2 53~60份、Al2O3 2~5份、CaO 25~36份、MgO 2~5份、Fe2O3 0.2~0.7份、K2O0.3~1.0份、Na2O 0.3~1.0份。
本发明的第二方面,提供一种陶瓷砖,其中,所述陶瓷砖包括本发明如上所述陶瓷坯体。
可选地,所述陶瓷砖还包括:
化妆土层,设置在所述陶瓷坯体上;
喷墨装饰层,设置在所述化妆土层上;
面釉层,设置在所述喷墨装饰层上。
本发明的第三方面,提供一种本发明如上所述的陶瓷砖的制备方法,其中,包括步骤:
按质量份计,将锂云母尾料30~65份、硅灰石尾矿10~35份、粘土10~30份、钾长石2~15份、钠长石2~15份、石英8~20份混合后,进行湿法球磨,得到泥浆;
将所述泥浆除铁、喷雾干燥后得到粉料;
将所述粉料压制成形、干燥后得到陶瓷生坯。
可选地,所述陶瓷砖的制备方法还包括步骤:
在所述陶瓷生坯上依次进行施加化妆土、喷墨装饰、施加面釉,然后进行烧成,得到包括陶瓷坯体、化妆土层、喷墨装饰层和面釉层的陶瓷砖。
有益效果:本发明利用烧结温度低的锂云母尾料制备陶瓷坯体,在陶瓷坯体中掺入大配比的锂云母尾料,可有效降低其他原料的加入比例,既达到消耗尾泥废渣的目的,又降低了陶瓷坯体的烧成温度和生产成本,变废为宝,实现绿色低碳生产。
具体实施方式
本发明提供一种陶瓷坯体、陶瓷砖及其制备方法,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。
锂云母提锂工艺受制于难度大、成本高,从锂云母原矿到精矿,再到最终的碳酸锂和氢氧化锂材料,过程中会产生大量的尾矿等废渣。一般来说,生产1吨碳酸锂,需要150-200吨锂云母原矿,过程产生的废渣达150吨以上,因为生产锂电池一年产生的废渣将达万万吨级别,其矿渣的处理已成为提锂企业需要解决的首要问题,若是不能较好地解决扩产后的矿渣消化问题,锂材料产量将会受到严重的限制。中国发明专利CN107032612A公开了一种含锂云母尾矿的陶瓷喷墨渗花面釉,由钾长石、钠长石、石英、高岭土、烧滑石和锂云母尾矿组成,从而产生一种低成本、高强度耐磨的陶瓷喷墨渗花产品。该专利虽然能在一定程度上合理开发锂云母尾矿资源,减少污染,但由于陶瓷面釉的厚度只有薄薄的一层(面釉厚度一般为0.1-0.3mm),其对锂云母尾料的消耗能力较小。若能将锂云母尾料大量引入陶瓷坯体配方中,陶瓷坯体的厚度数十倍于面釉,对于锂云母尾料消耗远高于在面釉中的消耗,能够真正解决锂电池厂的锂云母尾料的回收利用问题。然而,发明人通过大量的研究发现,锂云母尾料中含有一定数量的氟杂质,其应用在陶瓷中作为陶瓷坯体的原料时,在陶瓷生产过程中会产生氟化物,进而会对员工、设备、环境造成危害,这个问题需要得到解决才能将锂云母尾料应用至陶瓷坯体生产中。基于此,本发明实施例将锂云母尾料用于制备陶瓷坯体,具体地,提供一种陶瓷坯体,其中,按质量份计,所述陶瓷坯体的原料包括以下组分:
锂云母尾料30~65份、硅灰石尾矿10~35份、粘土10~30份、钾长石2~15份、钠长石2~15份、石英8~20份。
本发明实施例利用烧结温度低的锂云母尾料制备陶瓷坯体,在陶瓷坯体中掺入大配比的锂云母尾料,可有效降低其他原料的加入比例,既达到消耗尾泥废渣的目的,又降低了陶瓷坯体的烧成温度和生产成本,变废为宝,实现绿色低碳生产。
锂云母精矿具有含氟杂质较多的缺点,其在陶瓷坯体中不能大量使用,本发明实施例中将锂云母精矿经提炼后产出的锂云母尾料引入陶瓷坯体中,锂云母尾料中的含氟杂质较少,可在陶瓷坯体中进行大量的应用,达到节能减排的目的。尽管锂云母尾料相比锂云母精矿具有含氟杂质较少的优势,但锂云母尾料长期、大量的应用在陶瓷坯体中仍会对设备、人员、环境造成一定的危害,进而本发明实施例在陶瓷坯体中引入硅灰石尾矿,将锂云母尾料与硅灰石尾矿配合使用。硅灰石尾矿中的石灰石在600~850℃时可发生分解反应生成多孔结构的CaO,与此同时,锂云母尾料中的氟化物杂质在温度高于600℃时气化形成HF污染物,并开始逸出坯体。此时,多孔结构的CaO和HF在高温条件能够生成稳定的固态CaF2,而其中一部分的CaF2在高温条件下进一步与坯体中的硅化物生成更加稳定的含硅络合复合物(Ca4F2Si2O7和Ca10F2Si3O15),最终达到固置陶瓷坯体中氟杂质的目的,避免气态氟在生产过程中的长期逸出对设备、人员、环境等造成危害,即本发明中硅灰石尾矿与锂云母尾料配合使用,避免锂云母尾料在陶瓷坯体中长期及大量的应用对设备、人员、环境造成危害。
本发明实施例中在陶瓷坯体中引入的锂云母尾料和硅灰石尾矿可达70%之多,大幅度降低陶瓷坯体中的粘土、长石、石英等原料的加入比例,根据坯体配方的差异,一般白度为20~50°的陶瓷坯体原料成本在100~400元/T之间,在引入锂云母尾料和硅灰石尾矿后,陶瓷坯体原料成本可降低至50~150元/T左右,陶瓷坯体原料成本降低幅度巨大。
在坯体性能方面,本发明实施例在陶瓷坯体中引入大量锂云母尾料,利用锂云母尾料的烧结温度较低的特点,能够把陶瓷坯体的烧成温度降低至1080~1150℃,相对一般的陶瓷坯体1200℃左右的烧成温度,本发明提供的陶瓷坯体烧成温度可降低50~120℃,烧成温度大幅度下降,实现陶瓷坯体的低成本、绿色生产,有利于提高陶瓷产品的竞争力,此外锂云母尾料的加入还可以提高陶瓷坯体的白度和强度。硅灰石尾矿主要成分由硅灰石和石灰石组成,利用硅灰石的针状晶体结构,可为陶瓷坯体提供水分、气体的排出通道,使得水分、气体快速地排出,可帮助坯体适应快速预热和冷却过程,有助于低温快速烧成;同时硅灰石的收缩率低、吸湿膨胀小,可防止陶瓷坯体开裂。粘土原料主要起到稳定坯体配方泥浆性能和提升坯体强度的作用,而且粘土作为一种高铝原料也是陶瓷材料稳定的晶体结构和烧结强度的保证。本发明提供的陶瓷坯体烧成温度低、强度高、白度高、成本低,可以消耗大量锂云母尾料,促进陶瓷企业和锂电相关企业的共同发展。
在一种实施方式中,按质量份计,所述陶瓷坯体的原料包括以下组分:
锂云母尾料30~65份、硅灰石尾矿15~35份、粘土10~30份、钾长石2~15份、钠长石2~15份、石英8~20份。
在一种实施方式中,所述锂云母尾料包括锂云母尾泥和/或锂云母尾砂。即所述锂云母尾料可仅使用锂云母尾泥,也可仅使用锂云母尾砂,还可同时使用锂云母尾泥和锂云母尾砂。当同时使用锂云母尾泥和锂云母尾砂时,两者的比例可根据实际需要进行调整,但两者的用量之和在陶瓷坯体的原料中占30~65份。进一步地,锂云母尾泥具有粒度小、可塑性好、强度高、烧结温度低等优点,可明显降低陶瓷坯体的烧成温度、增加陶瓷坯体的抗折强度,能够有效降低粘土、熔剂型原料(钾长石、钠长石等)的引入比例,降低生产成本,有利于促进陶瓷坯体的低温烧结和提高生产的稳定性。锂云母尾砂具有白度高、烧结温度较低等优点,引入到陶瓷坯体中可替代大部分的钾长石、钠长石等熔剂性原料,不但能够提升陶瓷坯体白度,降低烧成温度,还能大幅度降低陶瓷坯料成本。即本实施方式中利用锂云母尾泥粒度小、可塑性好、强度高以及锂云母尾砂含铁量低、白度高的优势,在陶瓷坯体中大量引入,在降低生产成本的同时达到降低烧成温度、提升坯体强度、提升坯体白度的目的。
具体地,锂云母尾泥是由锂云母原矿浮选成锂云母精矿而产生,一般10吨以上的锂云母原矿可产出1吨锂云母精矿,即生产1吨锂云母精矿最终会留下9吨以上需要处理掉的锂云母尾泥,而锂云母原矿经磨矿、除铁、拖泥、扫选、精选等工艺提炼成锂云母精矿后,产出的锂云母尾泥具有平均粒度小,可塑性好、含铁量高、烧结温度低等特点。所述锂云母尾泥的平均粒度D50<8μm,白度为20~35°(指的是将锂云母尾泥进行烧结后的白度),抗折强度为1.5~2.5MPa(指的是将锂云母尾泥压制成形并干燥后的抗折强度),烧结温度为1050~1100℃。
锂云母尾砂是由锂云母精矿提炼锂材料而产生,锂云母精矿的锂含量一般在3.0wt%左右,理论上需要13吨以上的锂云母精矿才能生产1吨锂材料,因此产生的锂云母尾砂则高达12吨以上。而锂云母精矿经混料、高温焙烧、磨粉、浸取过滤、蒸发浓缩、沉锂、离心分离、干燥等工艺提炼完锂材料后,产出的锂云母尾砂具有平均粒度较小、含铁量低、白度高、烧结温度较低等特点。所述锂云母尾砂的平均粒度D50<50μm,白度为60~70°(指的是将锂云母尾砂进行烧结后的白度),烧结温度为1100~1150℃。
在一种实施方式中,所述陶瓷坯体的原料还包括:
矿化剂2~10份、解胶剂0.3~1.0份、粘结剂1~3份。
本实施方式中,所述矿化剂、解胶剂、粘结剂可根据实际需要进行选择,采用的矿化剂、解胶剂和粘结剂选用本领域常用的即可,本发明并不限定矿化剂、解胶剂、粘结剂的具体成份。示例性地,所述矿化剂选自透辉石、滑石、镁质土、萤石中的至少一种,所述解胶剂选自三聚磷酸钠、六偏磷酸铵、腐殖酸钠中的至少一种,所述粘结剂选自羧甲基纤维素钠、缩甲基淀粉钠、聚乙烯醇中的至少一种。
在一种实施方式中,按质量份计,所述锂云母尾泥的化学成分包括:
SiO2 68~73份、Al2O3 16~20份、CaO 0.5~1.5份、MgO 0.2~0.7份、Fe2O31.0~2.0份、K2O 3~5份、Na2O 3~5份、Li2O 0.3~0.6份、F 0.4~1.5份。
在一种实施方式中,按质量份计,所述锂云母尾砂的化学成分包括:
SiO2 71~76份、Al2O3 12~18份、CaO 0.5~1.5份、MgO 0.2~0.7份、Fe2O30.1~0.3份、K2O 3~5份、Na2O 3~5份、Li2O 0.3~0.6份、F 0.4~1.5份。
所述的锂云母尾泥和锂云母尾砂中含氟杂质量为0.4~1.5wt%,远小于锂云母精矿中3~5.0wt%的含氟杂质量,锂云母尾泥、锂云母尾砂加入陶瓷坯体中其氟污染相对较小,能够大量应用至陶瓷坯体生产中。尽管锂云母尾泥、锂云母尾砂具有含氟杂质较少的优势,但锂云母尾泥和锂云母尾砂长期、大量地应用在陶瓷坯体中,还是会对设备、人员、环境造成一定的危害,进而本发明在陶瓷坯体中引入硅灰石尾矿,将锂云母尾料(锂云母尾泥和/或锂云母尾砂)与硅灰石尾矿配合使用。硅灰石尾矿中的石灰石在600~850℃时可发生分解反应生成多孔结构的CaO,与此同时,锂云母尾料(锂云母尾泥和/或锂云母尾砂)中的氟化物杂质在大于600℃时气化形成HF污染物,并开始逸出坯体。而多孔结构的CaO和HF在高温条件下能够生成稳定的固态CaF2,其中一部分的CaF2在高温条件下进一步与坯体中的硅化物生成更加稳定的含硅络合复合物(Ca4F2Si2O7和Ca10F2Si3O15),最终将氟杂质固定在陶瓷坯体中,避免气态氟在生产过程中的长期逸出对设备、人员、环境等造成危害。
在一种实施方式中,按质量份计,所述硅灰石尾矿的化学成分包括:
SiO2 53~60份、Al2O3 2~5份、CaO 25~36份、MgO 2~5份、Fe2O3 0.2~0.7份、K2O0.3~1.0份、Na2O 0.3~1.0份。
在一些实施方式中,按质量份计,所述陶瓷坯体的化学成分包括:
SiO2 67~75份、Al2O3 15~22份、CaO 0.5~8份、MgO 0.3~2.0份、Fe2O30.3~1.0份、K2O 1~3份、Na2O 1~3份、Li2O 0.2~0.5份、F 0.10~0.55份。
本实施方式中,所述陶瓷坯体指的是未烧成前的陶瓷生坯。
本发明实施例还提供一种陶瓷砖,其中,所述陶瓷砖包括本发明实施例如上所述陶瓷坯体。本发明实施例提供的陶瓷砖的烧成温度低(1080~1150℃)、强度高(45~60MPa)、坯体白度高(20~50°)、成本低,可消耗大量锂材料生产过程中产出的废弃锂云母尾料。
在一些实施方式中,所述陶瓷砖还包括:
化妆土层,设置在所述陶瓷坯体上;
喷墨装饰层,设置在所述化妆土层上;
面釉层,设置在所述喷墨装饰层上。
本发明实施例还提供一种本发明如上所述的陶瓷砖的制备方法,其中,包括步骤:
S1、按质量份计,将锂云母尾料30~65份、硅灰石尾矿10~35份、粘土10~30份、钾长石2~15份、钠长石2~15份、石英8~20份混合后,进行湿法球磨,得到泥浆;
S2、将所述泥浆除铁、喷雾干燥后得到粉料;
S3、将所述粉料压制成形、干燥后得到陶瓷生坯。
通过本发明实施例的制备方法制备得到的陶瓷砖的烧成温度低(1080~1150℃)、强度高(45~60MPa)、坯体白度高(20~50°)、成本低,可消耗大量锂材料生产过程中产出的废弃锂云母尾料。
在一些实施方式中,各原料进行配料球磨前,还包括步骤:
对锂云母尾料进行陈腐均化处理;
对所述硅灰石尾矿进行破碎处理。
在一些实施方式中,所述陈腐均化处理的时间为3~5天,并使得锂云母尾料的含水量控制在15~30wt%。
在一些实施方式中,对所述硅灰石尾矿进行破碎处理,使得硅灰石尾矿破碎后的平均粒径D50<5mm。
步骤S1中,还可根据实际需要加入矿化剂2~10份、解胶剂0.3~1.0份、粘结剂1~3份进行混合。
步骤S3中,在一些实施方式中,所述干燥的温度为100~150℃,干燥后陶瓷生坯的强度控制在1.5~2.5MPa。
在一些实施方式中,所述陶瓷砖的制备方法还包括步骤:
在所述陶瓷生坯上依次进行施加化妆土、喷墨装饰、施加面釉后,然后进行烧成,得到包括陶瓷坯体、化妆土层、喷墨装饰层和面釉层的陶瓷砖。
本发明并不限定化妆土、面釉的具体配方成分,采用现有技术中的化妆土和面釉即可。本发明也不限定喷墨装饰的具体图案、墨水颜色等。
进一步地,可采用淋或喷的方法施加化妆土,形成的化妆土层的厚度为0.1~0.3mm。进行喷墨装饰的过程具体可为:进行多通道数码装饰印花,形成喷墨图案纹理。施加面釉的过程具体可为:进行无透明装饰或喷、淋透明面釉或进行数码透明釉装饰等。
在一些实施方式中,所述烧成的温度为1080~1150℃,例如可以是1080℃、1090℃、1100℃、1120℃、1130℃或1150℃等,烧成时间为45~60min,例如可以是45min、48min、50min、55min或60min等。本发明提供的陶瓷砖的烧成温度低,相对一般的陶瓷坯体1200℃左右的烧成温度,本发明提供的陶瓷砖烧成温度可降低50~120℃,烧成温度大幅度下降,实现陶瓷砖的低成本、绿色生产,有利于提高陶瓷砖产品的竞争力。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
陶瓷坯体的制备:
将锂云母尾泥陈腐均化5天,含水量控制在28wt%,其平均粒度D50为7.2μm,测试其烧结后白度为25°,压制成形干燥后抗折强度为1.7MPa;
将硅灰石尾矿进行破碎处理,破碎后硅灰石尾矿的平均粒径D50为3.8mm;
按质量份计,将锂云母尾泥55份、硅灰石尾矿20份、粘土10份、钾长石2份、钠长石2份、石英8份、透辉石3份、三聚磷酸钠0.5份、聚乙烯醇2份混合后,进行湿法球磨,得到泥浆,然后进行除铁、喷雾干燥后得到粉料;
将粉料压制成形,在120℃的温度下干燥后,得到陶瓷生坯,其强度为1.6MPa;
然后在1080℃的温度下烧成55min,得到陶瓷熟坯,其强度为48MPa,白度为30°。
其中,按质量份计,锂云母尾泥的化学成分包括:SiO2 72.72份、Al2O3 18.52份、CaO 0.83份、MgO 0.22份、Fe2O3 1.16份、K2O 3.12份、Na2O 3.51份、Li2O0.52份、F 0.58份。
按质量份计,硅灰石尾矿的化学成分包括:SiO2 58.37份、Al2O3 2.89份、CaO35.21份、MgO 2.20份、Fe2O3 0.33份、K2O 0.41份、Na2O 0.59份。
按质量份计,陶瓷生坯的化学成分包括:SiO2 70.60份、Al2O3 15.53份、CaO7.63份、MgO 0.32份、Fe2O3 0.84份、K2O 2.31份、Na2O 2.30份、Li2O 0.43份、F 0.32份。
按质量份计,陶瓷熟坯的化学成分包括:SiO2 70.45份、Al2O3 15.63份、CaO7.51份、MgO 0.29份、Fe2O3 0.81份、K2O 2.27份、Na2O 2.31份、Li2O 0.41份、F 0.32份。
可见,烧成后得到的陶瓷熟坯中的F相较于未经烧成的陶瓷生坯中的F含量基本没有发生变化,证明烧成过程中陶瓷坯体原料中的F并没有以HF的形式逸出,而是被固定在了陶瓷坯体中。
实施例2
陶瓷砖的制备:
将锂云母尾泥陈腐均化5天,含水量控制在30wt%,平均粒度D50为7.5μm,测试其烧结后白度为28°,压制成形干燥后抗折强度为1.7MPa;
将硅灰石尾矿进行破碎处理,破碎后硅灰石尾矿的平均粒径D50为4.3mm;
按质量份计,将锂云母尾泥45份、硅灰石尾矿17份、粘土15份、钾长石5份、钠长石5份、石英10份、透辉石3份、三聚磷酸钠0.5份、羧甲基纤维素钠2份混合后,进行湿法球磨,得到泥浆,然后进行除铁、喷雾干燥后得到粉料;
将粉料压制成形,在150℃的温度下干燥后,得到陶瓷生坯,其强度为1.8MPa;
在陶瓷生坯上淋化妆土,形成厚度为0.2mm的化妆土层;
在化妆土层上进行多通道数码装饰印花,形成喷墨图案纹理;
在喷墨图案纹理上喷透明釉后,在1120℃的温度下烧成51min,得到陶瓷砖(从下至上包括陶瓷熟坯、化妆土层、喷墨图案纹理层、透明釉层),其强度为52MPa,坯体白度为34°。
其中,按质量份计,锂云母尾泥的化学成分包括:SiO2 72.67份、Al2O3 18.52份、CaO 0.83份、MgO 0.22份、Fe2O3 1.11份、K2O 3.12份、Na2O 3.51份、Li2O0.52份、F 0.58份。
按质量份计,硅灰石尾矿的化学成分包括:SiO2 58.37份、Al2O3 2.89份、CaO35.21份、MgO 2.20份、Fe2O3 0.33份、K2O 0.41份、Na2O 0.59份。
按质量份计,陶瓷生坯的化学成分包括:SiO2 70.69份、Al2O3 17.32份、CaO6.43份、MgO 0.33份、Fe2O3 0.62份、K2O 1.99份、Na2O 2.23份、Li2O 0.39份,F 0.26份。
按质量份计,烧成后陶瓷砖中陶瓷熟坯的化学成分包括:SiO2 70.31份、Al2O317.59份、CaO 6.12份、MgO 0.39份、Fe2O3 0.60份、K2O 2.01份、Na2O 2.33份、Li2O0.39份,F 0.26份。
可见,烧成后得到的陶瓷熟坯中的F相较于未经烧成的陶瓷生坯中的F含量基本没有发生变化,证明烧成过程中陶瓷坯体原料中的F并没有以HF的形式逸出,而是被固定在了陶瓷坯体中。
实施例3
将锂云母尾泥、锂云母尾砂分别陈腐均化5天,含水量均控制在30wt%,锂云母尾泥的平均粒度D50为7.5μm,测试其烧结后白度为28°,压制成形干燥后抗折强度为1.7MPa;锂云母尾砂的平均粒度D50为48μm,测试其烧结后白度为67°;
将硅灰石尾矿进行破碎处理,破碎后硅灰石尾矿的平均粒径D50为4.3mm;
按质量份计,将锂云母尾泥8份、锂云母尾砂30份、硅灰石尾矿15份、粘土25份、钾长石5份、钠长石5份、石英8份、透辉石3份、三聚磷酸钠0.5份、羧甲基纤维素钠2份混合后,进行湿法球磨,得到泥浆,然后进行除铁、喷雾干燥后得到粉料;
将粉料压制成形,在130℃的温度下干燥后,得到陶瓷生坯,其强度为2.1MPa;
在陶瓷生坯上淋化妆土,形成厚度为0.2mm的化妆土层;
在化妆土层上进行多通道数码装饰印花,形成喷墨图案纹理;
在喷墨图案纹理上喷透明釉后,在1150℃的温度下烧成47min,得到陶瓷砖(从下至上包括陶瓷熟坯、化妆土层、喷墨图案纹理层、透明釉层),其强度为58MPa,坯体白度为46°。
其中,按质量份计,锂云母尾泥的化学成分包括:SiO2 72.42份、Al2O3 18.72份、CaO 0.83份、MgO 0.22份、Fe2O3 1.06份、K2O 3.12份、Na2O 3.51份、Li2O0.5份,F 0.48份。
按质量份计,锂云母尾砂的化学成分包括:SiO2 73.89份、Al2O3 17.12份、CaO0.51份、MgO 0.27份、Fe2O3 0.21份、K2O 3.01份、Na2O 4.51份、Li2O 0.48份,F 0.5份。
按质量份计,硅灰石尾矿的化学成分包括:SiO2 58.37份、Al2O3 2.89份、CaO35.21份、MgO 2.20份、Fe2O3 0.33份、K2O 0.41份、Na2O 0.59份。
按质量份计,陶瓷生坯的化学成分包括:SiO2 69.66份、Al2O3 19.32份、CaO6.87份、MgO 0.32份、Fe2O3 0.49份、K2O 1.52份、Na2O 1.61份、Li2O 0.21份,F 0.19份。
按质量份计,烧成后陶瓷砖中陶瓷熟坯的化学成分包括:SiO2 69.54份、Al2O319.12份、CaO 6.90份、MgO 0.36份、Fe2O3 0.60份、K2O 1.61份、Na2O 1.71份、Li2O0.22份,F 0.19份。可见,烧成后得到的陶瓷熟坯中的F相较于未经烧成的陶瓷生坯中的F含量基本没有发生变化,证明烧成过程中陶瓷坯体原料中的F并没有以HF的形式逸出,而是被固定在了陶瓷坯体中。
对比例1
陶瓷坯体的制备:
将锂云母尾泥陈腐均化5天,含水量控制在28wt%,其平均粒度D50为7.2μm,测试其烧结后白度为25°,压制成形干燥后抗折强度为1.7MPa;
按质量份计,将锂云母尾泥55份、粘土15份、钾长石7份、钠长石7份、石英13份、透辉石3份、三聚磷酸钠0.5份、聚乙烯醇2份混合后,进行湿法球磨,得到泥浆,然后进行除铁、喷雾干燥后得到粉料;
将粉料压制成形,在120℃的温度下干燥后,得到陶瓷生坯,其强度为1.6MPa;
然后在1080℃的温度下烧成55min,得到陶瓷熟坯,其强度为48MPa,白度为30°。
其中,按质量份计,锂云母尾泥的化学成分包括:SiO2 72.72份、Al2O3 18.52份、CaO 0.83份、MgO 0.22份、Fe2O3 1.16份、K2O 3.12份、Na2O 3.51份、Li2O0.52份、F 0.58份;
按质量份计,陶瓷生坯的化学成分包括:SiO2 72.88份、Al2O3 18.67份、CaO0.62份、MgO 0.32份、Fe2O3 1.25份、K2O 2.71份、Na2O 2.80份、Li2O 0.43份、F 0.32份;
其中,按质量份计,烧成后得到的陶瓷熟坯的化学成分包括:SiO2 72.64份、Al2O318.96份、CaO 0.63份、MgO 0.35份、Fe2O3 1.32份、K2O 2.76份、Na2O 2.82份、Li2O 0.43份、F0.09份。
可见陶瓷坯体配方中未使用硅灰石尾矿时,烧成后得到的陶瓷熟坯中的F相较于未经烧成的陶瓷生体中的F含量低,证明烧成过程中陶瓷坯体原料中的F以HF的形式逸出,即陶瓷坯体配方中未使用硅灰石尾矿无法实现较好的固F效果。
因此,此对比例和上述实施例可以充分说明硅灰石尾矿与锂云母尾料配合使用,可以降低陶瓷坯体原料烧成时HF的逸出,将F固定在陶瓷坯体中。
综上所述,本发明提供一种陶瓷坯体、陶瓷砖及其制备方法,利用烧结温度低的锂云母尾料制备陶瓷坯体,在陶瓷坯体中掺入大配比的锂云母尾料,可有效降低其他原料的加入比例,既达到消耗尾泥废渣的目的,又降低了陶瓷坯体的烧成温度和生产成本,同时还可以提升陶瓷坯体的强度和白度,变废为宝,实现绿色低碳生产。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种陶瓷坯体,其特征在于,按质量份计,所述陶瓷坯体的原料包括以下组分:
锂云母尾料30~65份、硅灰石尾矿10~35份、粘土10~30份、钾长石2~15份、钠长石2~15份、石英8~20份;
所述锂云母尾料包括锂云母尾泥和/或锂云母尾砂;
所述锂云母尾泥的平均粒度D50<8μm,白度为20~35°,抗折强度为1.5~2.5MPa,烧结温度为1050~1100℃;
所述锂云母尾砂的平均粒度D50<50μm,白度为60~70°,烧结温度为1100~1150℃;
所述锂云母尾泥的化学成分包括:
SiO2 68~73份、Al2O3 16~20份、CaO 0.5~1.5份、MgO 0.2~0.7份、Fe2O3 1.0~2.0份、K2O 3~5份、Na2O 3~5份、Li2O 0.3~0.6份、F 0.4~1.5份;
所述锂云母尾砂的化学成分包括:
SiO2 71~76份、Al2O3 12~18份、CaO 0.5~1.5份、MgO 0.2~0.7份、Fe2O3 0.1~0.3份、K2O 3~5份、Na2O 3~5份、Li2O 0.3~0.6份、F 0.4~1.5份;
所述锂云母尾泥是由锂云母原矿浮选成锂云母精矿而产生;
所述锂云母尾砂是由锂云母精矿提炼锂材料而产生。
2.根据权利要求1所述的陶瓷坯体,其特征在于,按质量份计,所述陶瓷坯体的原料包括以下组分:
锂云母尾料30~65份、硅灰石尾矿15~35份、粘土10~30份、钾长石2~15份、钠长石2~15份、石英8~20份。
3.根据权利要求2所述的陶瓷坯体,其特征在于,按质量份计,所述硅灰石尾矿的化学成分包括:
SiO2 53~60份、Al2O3 2~5份、CaO 25~36份、MgO 2~5份、Fe2O3 0.2~0.7份、K2O 0.3~1.0份、Na2O 0.3~1.0份。
4.一种陶瓷砖,其特征在于,所述陶瓷砖包括权利要求1-3任一项所述的陶瓷坯体。
5.根据权利要求4所述的陶瓷砖,其特征在于,所述陶瓷砖还包括:
化妆土层,设置在所述陶瓷坯体上;
喷墨装饰层,设置在所述化妆土层上;
面釉层,设置在所述喷墨装饰层上。
6.一种如权利要求4-5任一项所述的陶瓷砖的制备方法,其特征在于,包括步骤:
按质量份计,将锂云母尾料30~65份、硅灰石尾矿10~35份、粘土10~30份、钾长石2~15份、钠长石2~15份、石英8~20份混合后,进行湿法球磨,得到泥浆;
将所述泥浆除铁、喷雾干燥后得到粉料;
将所述粉料压制成形、干燥后得到陶瓷生坯。
7.根据权利要求6所述的陶瓷砖的制备方法,其特征在于,所述陶瓷砖的制备方法还包括步骤:
在所述陶瓷生坯上依次进行施加化妆土、喷墨装饰、施加面釉,然后进行烧成,得到包括陶瓷坯体、化妆土层、喷墨装饰层和面釉层的陶瓷砖。
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