CN116063062A - 微细孔轻质板及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微细孔轻质板及其制备方法和应用，涉及陶瓷材料技术领域。包括陶瓷板废弃粉末，陶瓷板废弃粉末的平均粒径为80～90μm，D50为70～80μm，D97为250～260μm。利用陶瓷板废弃粉末作为原料制备微细孔轻质板，可以直接利用陶瓷板废弃粉末中的有效成分，例如发泡剂碳化硅等。此外，由于陶瓷板废弃粉末是先经过烧成后再切削剩下的废弃物，因此，其内部存在的有机物和碳酸盐含量极低，在利用陶瓷板废弃粉末制备微细孔轻质板的氧化分解时间可以大大缩短。而通过控制陶瓷板废弃粉末的粒径，可以确保加工获得的微细孔轻质板的品质合格，不会出现干燥开裂或难以成型的情况，提高了陶瓷板废弃粉末的利用率。

Description

微细孔轻质板及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体而言，涉及一种微细孔轻质板及其制备方法和应用。
背景技术
轻质多孔陶瓷板即发泡陶瓷板(含闭孔、开孔等类型)在生产过程中会产生大量的抛磨碎屑料，另外在板材的异形构件加工过程中也会产生大量的细小粉末，这些废弃的粉末通常是通过水带入沉淀池压滤后堆放。目前，堆料法加工产生的碎粉末占板材加工的10～30％不等，数量庞大。
目前，针对该类粉末的主要用途有：1、作为熔剂型原料引入发泡陶瓷配方体系，重新制备轻质发泡陶瓷，这种方法的废弃粉末用量在25％以内，添加量过多容易产生浆料性能触变、沉淀和粉料烧成范围窄等问题；2、作为替代河沙的原料用于无机型水泥砂浆(瓷砖胶)，但由于该废弃粉末的细度小，活性差，且用量过大容易产生因水化反应收缩而导致的开裂；3、替代涂料的填充料，如石英砂等，但其白度不高且不同料之间的白度变化大，不利于稳定涂料的发色，应用受到限制；4、作为细骨料引入混凝土中，添加后，由于较细混凝土的浆料性能影响较大，另外水化反应时间也会加长，不利于早期强度的提升，且粉末的细度较细，收缩后也容易造成混凝土的开裂，也不适用于添加大量陶瓷板废弃粉末。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微细孔轻质板及其制备方法和应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种微细孔轻质板，包括陶瓷板废弃粉末，陶瓷板废弃粉末的平均粒径为80～90μm，D50为70～80μm，D97为250～260μm。
在可选的实施方式中，陶瓷板废弃粉末的平均粒径为84～87μm，D50为75～78μm，D97为255～258μm。
在可选的实施方式中，陶瓷板废弃粉末的颗粒级配包括40目以上：0.1～0.5％；40～60目：0.5～1％；60～80目：0.5～1.5％；80～100目：1～2％；100～200目：20～22％；200～250目：18～20％；250～325目：50～52％；325目以下:4～5％。
优选地，40目以上：0.27％；40～60目：0.73％；60～80目：1.04％；80～100目：1.47％；100～200目：20.76％；200～250目：18.93％；250～325目：50.91％；325目以下:4.68％。
在可选的实施方式中，按质量百分比计，包括SiO2：60～70％、Al2O3：10～25％、Fe2O3：1～3％、TiO2：0.1～1％、CaO：1～20％、MgO：1～6％、K2O：0.5～5％、Na2O：1～5％、烧失量：0.1～1％。
优选地，按质量百分比计，包括SiO2：66～68％、Al2O3：19～21％、Fe2O3：1～2.5％、TiO2：0.1～0.5％、CaO：1～2％、MgO：1～3％、K2O：2～4％、Na2O：2～4％、烧失量：0.5～1％。
在可选的实施方式中，玻璃相的含量＞8％。
优选地，微细孔轻质板的孔径≤0.5mm，密度为700～900kg/m3。
第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的微细孔轻质板的制备方法，包括将陶瓷板废弃粉末干燥、筛分后布料烧成。
在可选的实施方式中，烧成温度为1130～1185℃，烧成时间12～20h。
在可选的实施方式中，干燥包括将陶瓷板废弃粉末的水分降低至≤5％。
在可选的实施方式中，筛分的筛网目数为30～325目。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的微细孔轻质板或如前述实施方式任一项的制备方法制得的微细孔轻质板在陶瓷材料生产领域的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种微细孔轻质板及其制备方法和应用，利用陶瓷板废弃粉末作为原料制备微细孔轻质板，可以直接利用陶瓷板废弃粉末中的有效成分，例如发泡剂碳化硅等。此外，由于陶瓷板废弃粉末是先经过烧成后再切削剩下的废弃物，因此，其内部存在的有机物和碳酸盐含量极低，在利用陶瓷板废弃粉末制备微细孔轻质板的氧化分解时间可以大大缩短。而通过控制陶瓷板废弃粉末的粒径，可以确保加工获得的微细孔轻质板的品质合格，不会出现干燥开裂或难以成型的情况，提高了陶瓷板废弃粉末的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的陶瓷板废弃粉末的扫描电子显微镜图；
图2为本发明实施例1提供的烧成制度的示意图；
图3为本发明实施例1提供的微细孔轻质板的实物图；
图4为本发明实施例1提供的微细孔轻质板的物相图；
图5为本发明实施例2提供的烧成制度的示意图；
图6为本发明实施例2提供的微细孔轻质板的实物图；
图7为本发明对比例1提供的微细孔轻质板的实物图；
图8为本发明对比例1提供的微细孔轻质板的结构放大图；
图9为本发明对比例2提供的微细孔轻质板的实物图；
图10为本发明对比例3提供的微细孔轻质板的实物图；
图11为本发明对比例4提供的微细孔轻质板的实物图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一方面，本发明提供一种微细孔轻质板，包括陶瓷板废弃粉末，陶瓷板废弃粉末的平均粒径为80～90μm，D50为70～80μm，D97为250～260μm。
在陶瓷板生产过程中，由于加工的形态需要，常常需要将已经烧制成型的陶瓷板进行切削、抛磨处理，产生的废弃粉末和碎屑较多，但是又无法得到合理利用，因此，发明人提出，利用陶瓷板废弃粉末作为原料制备微细孔轻质板，可以直接利用陶瓷板废弃粉末中的有效成分，例如发泡剂碳化硅等。此外，由于陶瓷板废弃粉末是先经过烧成后再切削剩下的废弃物，因此，其内部存在的有机物和碳酸盐含量极低，在利用陶瓷板废弃粉末制备微细孔轻质板的氧化分解时间可以大大缩短。而通过控制陶瓷板废弃粉末的粒径，可以确保加工获得的微细孔轻质板的品质合格，不会出现干燥开裂或难以成型的情况，提高了陶瓷板废弃粉末的利用率。
在可选的实施方式中，陶瓷板废弃粉末的平均粒径为84～87μm，D50为75～78μm，D97为255～258μm。
在可选的实施方式中，陶瓷板废弃粉末的颗粒级配包括40目以上：0.1～0.5％；40～60目：0.5～1％；60～80目：0.5～1.5％；80～100目：1～2％；100～200目：20～22％；200～250目：18～20％；250～325目：50～52％；325目以下:4～5％。
优选地，40目以上：0.27％；40～60目：0.73％；60～80目：1.04％；80～100目：1.47％；100～200目：20.76％；200～250目：18.93％；250～325目：50.91％；325目以下:4.68％。
其中，陶瓷板废弃粉末的颗粒级配的每个目数范围值均包括最小目数，但不包括最大目数，例如，40目以上包括40目；40～60目不包括40目，但包括60目；250～325目不包括250目，但包括325目；325目以下不包括325目。
在可选的实施方式中，陶瓷板废弃粉末的选择需满足颗粒级配和粒径要求(平均粒径、D50和D97)中的至少一种，为了获得质量更好的微细孔轻质板，陶瓷板废弃粉末的选择需要同时满足颗粒级配和粒径要求(平均粒径、D50和D97)两种。
当陶瓷板废弃粉末的粒径较大时，会有较大溶洞泡孔产生，且大的粉末颗粒与其他较为细小的粉末颗粒之间粒径差异较大，在烧结过程中容易出现烧结度不一致的情况，板材应力集中，从而产生应力拉裂板材。当陶瓷板废弃粉末发粒径达到8目左右，粉末在进窑烧制过程中会产生爆裂，出窑后的板材表面还会出现凹凸不平的凹坑。
当陶瓷板废弃粉末的粒径较小时，容易造成粉料的堆积密度大，不利于粉料受热，也不利于窑炉烧成。烧成过程中，面部和底部未见有明显差别，但是，粉料中部烧结度不足会导致发泡不均。
在可选的实施方式中，按质量百分比计，包括SiO2：60～70％、Al2O3：10～25％、Fe2O3：1～3％、TiO2：0.1～1％、CaO：1～20％、MgO：1～6％、K2O：0.5～5％、Na2O：1～5％、烧失量：0.1～1％。
优选地，按质量百分比计，包括SiO2：66～68％、Al2O3：19～21％、Fe2O3：1～2.5％、TiO2：0.1～0.5％、CaO：1～2％、MgO：1～3％、K2O：2～4％、Na2O：2～4％、烧失量：0.5～1％。
在可选的实施方式中，玻璃相的含量＞8％。陶瓷板废弃粉末中玻璃相的含量高，矿物晶体的含量低，有助于降低烧成温度，且在较低温度下就可以出现液相进入发泡阶段，极大地降低了生产成本。
优选地，微细孔轻质板的孔径≤0.5mm，密度为700～900kg/m3。本发明提供控制陶瓷板废弃粉末的粒径使得颗粒与颗粒之间的连接更为紧密，微细孔轻质板的孔径更小，密度更高，重量更轻。
第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的微细孔轻质板的制备方法，包括将陶瓷板废弃粉末干燥、筛分后布料烧成。
在可选的实施方式中，烧成温度为1130～1185℃，烧成时间12～20h。由于陶瓷板废弃粉末中的玻璃相含量增高，因此烧成温度降低，而有机物和碳酸盐含量极低，氧化分解时间缩短，生产成本降低。
其中，上述烧成温度是指烧成过程中所达到的最高温度，也即是在烧成过程中存在一个升温、高温保持和降温的过程。在高温保持的过程中，烧成温度为1130～1185℃。而烧成时间是从开始烧成到烧成结束的时间，其中，在高温保持的过程中，烧成时间40～60min。
在可选的实施方式中，干燥包括将陶瓷板废弃粉末的水分降低至≤5％。从陶瓷板废弃粉末的微观形态来看，粉末的形状各异，并非都是形态均匀的圆珠状颗粒，且部分粉末达到微米级别，比表面积较大，在粉末水分含量较高的情况下，粉末相互吸附出现团聚的假颗粒，这样就会导致颗粒的流动性受到影响，进而会影响粉末在窑车内布料的均匀性和可操作性。将陶瓷板废弃粉末的水分控制在5％以内，可以极大地降低假颗粒的形成，布料平整度好，无拉线的情况，布料过程中粉末与粉末之间的间隙细小且均匀，烧制得到的产品外观质量较佳。
优选地，干燥可以采用烘干地方式。
在可选的实施方式中，筛分的筛网目数为30～325目。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的微细孔轻质板或如前述实施方式任一项的制备方法制得的微细孔轻质板在陶瓷材料生产领域的应用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种微细孔轻质板，按质量百分比计，包括SiO2：66.72％、Al2O3：20.58％、Fe2O3：2.4％、TiO2：0.42％、CaO：1.76％、MgO：1.57％、K2O：3.47％、Na2O：2.5％、烧失量：0.58％。
本实施例还提供了一种微细孔轻质板的制备方法，包括如下步骤：
S01、将陶瓷板废弃粉末筛分，筛分后的陶瓷板废弃粉末的颗粒级配为：40目以上：0.27％；40～60目：0.73％；60～80目：1.04％；80～100目：1.47％；100～200目：20.76％；200～250目：18.93％；250～325目：50.91％；325目以下:4.68％。经检测，筛分后的陶瓷板废弃粉末的平均粒径为85.535μm，D50为76.686μm，D97为255.900μm。
将上述筛分后的陶瓷板废弃粉末至于扫描电子显微镜下观察，得到如图1所示结果。由图1可知，粉末的颗粒粒径非常小，无需再次研磨即可达到工艺要求进行烧结发泡。且由于粉末过于细小，因此存在团聚现象，需要在使用之前进行干燥，将粉末的水分控制在要求范围内，尽量防止粉末团聚。此外，粉末颗粒呈不规则状，颗粒相互见存在自然孔隙粉料堆积后，粉料受热速率提升，利于烧成。
将上述粉末进行烘干，烘干至水分含量≤5％，然后布料烧成，烧成制度如图2所示，面温指的是微细孔轻质板的表面温度，底温指的是微细孔轻质板的底部温度，高温区烧成温度为1178℃，烧成时间为15.75h。
具体的高温保持过程中，烧成的温度变化趋势参见表1。
表1高温保持过程中烧成的温度变化
S97U S99U S101U S103U S105U S107U
1179℃ 1177℃ 1178℃ 1178℃ 1178℃ 1178℃
1153℃ 1153℃ 1153℃ 1153℃ 1153℃ 1153℃
制得微细孔轻质板，如图3所示，其中微细孔轻质板呈黑棕色，密度为834kg/m3，孔径为0.2mm。将上述微细孔轻质板用X射线衍射分析仪进行物相分析得到如图4所示结果。由图4可知，本实施例提供的微细孔轻质板中含有大量的石英，该微细孔轻质板的物相组成参见表2。
表2微细孔轻质板的物相组成
Figure BDA0004088435800000081
实施例2
本实施例提供了一种微细孔轻质板，按质量百分比计，包括SiO2：67.49％、Al2O3：19.76％、Fe2O3：1.17％、TiO2：0.2％、CaO：1.22％、MgO：2.47％、K2O：2.9％、Na2O：3.49％、烧失量：0.85％。
本实施例还提供了一种微细孔轻质板的制备方法，包括如下步骤：
S01、将陶瓷板废弃粉末筛分，筛分后的陶瓷板废弃粉末的颗粒级配为：40目以上：0.27％；40～60目：0.73％；60～80目：1.04％；80～100目：1.47％；100～200目：20.76％；200～250目：18.93％；250～325目：50.91％；325目以下:4.68％。经检测，筛分后的陶瓷板废弃粉末的平均粒径为85.535μm，D50为76.686μm，D97为255.900μm。
将上述粉末进行烘干，烘干至水分含量≤5％，然后布料烧成，烧成制度如图5所示，烧成温度为1178℃，烧成时间为15.75h。制得微细孔轻质板，如图6所示，其中微细孔轻质板呈灰白色，密度为738kg/m3，孔径为0.3mm。
对比例1
本对比例提供了一种微细孔轻质板，其元素组成和实施例1相同，制备方法与实施例1相似，区别仅在于：没有将筛分后的陶瓷板废弃粉末烘干，粉末的水分为10～15％。制得微细孔轻质板，如图7所示，其中微细孔轻质板呈黑棕色，但存在较大孔洞，是较大颗粒和其他杂料所致。将微细孔轻质板的表面放大后观察，得到如图8所示结果。由图8可知，由于水分高粉体流动性不好，布料均匀度不够，烧结后板材表面平整度不够，存在深浅不一不贯通裂纹，容易导致裂板材去皮加工后纹理依旧存在，密度为847kg/m3，孔径为0.2mm。
对比例2
本对比例提供了一种微细孔轻质板，其元素组成和实施例1相同，制备方法与实施例1相似，区别仅在于：烧成温度为1200℃，烧成时间为18h。
由于常规的烧成工艺温度较高，一般为1200℃，制得的微细孔轻质板密度835kg，孔径0.2-1mm，存在孔径大小不均情况，另外生产过程中布料厚度85mm，烧成周期要延长至18h才可生产出与本技术方案一样厚度的产品，烧成温度1200℃，布料厚度的增加给粉料受热氧化分解盐类和有机质增加难度，另外粉料大部分为生料，含有大量的可分解盐类和有机质需要氧化分解，需要耗费大量时间和热量。本对比例得到的微细孔轻质板的结果如图9所示。
以煤单价1800元/t，总产量1000m3计，当烧成温度增加到1200℃时，煤耗达到230kg/m3；而实施例1的煤耗为208kg/m3；而实施例2的煤耗为211kg/m3。因此，本发明制备的微细孔轻质板相对于常规的制备方法煤耗明显降低，在单位煤耗内能够生产出更多符合要求的微细孔轻质板。本发明实施例提供的微细孔轻质板，由于其原料粉末是已经经过烧制的陶瓷板废弃粉末，因此，粉料种有机物和可分解盐含量低，不需要过多的能源分解氧化有机质和碳酸盐类物质，只需要有足够温度达到熔融状态发泡即可，烧成温度降低，煤耗大幅减小。
对比例3
本对比例提供了一种微细孔轻质板，其元素组成和实施例1相同，制备方法与实施例1相似，区别仅在于：陶瓷板废弃粉末的颗粒级配不同，具体为：30目以上：2.27％，30-40目：3.05％，40～60目：1.73％；60～80目：1.58％；80～100目：2.17％；100～200目：20.22％；200～250目：15.39％；250～325目：50.91％；325目以下:2.68％。
本对比例制得的微细孔轻质板，如图10所示，其中微细孔轻质板呈黑棕色，但存在较大孔洞，是较大颗粒所致，粉末中混入的杂料颗粒如果目数较低，这些大颗粒的杂质多以有机质和铁锈铁屑料为主，导致板材开裂，不利于生产。本对比例制得的微细孔轻质板的密度为847kg/m3，孔径为0.2mm。
对比例4
本对比例提供了一种微细孔轻质板，其元素组成和实施例1相同，制备方法与实施例1相似，区别仅在于：陶瓷板废弃粉末是由较粗颗粒制备的多孔样品，粉末的颗粒级配具体为：30目以上：0.62％；30～60目：58.37％；60～80目：30.33％；80～100目：8.69％；100目以下1.99％。制得微细孔轻质板，如图11所示，其中微细孔轻质板呈黑灰色，但存在较大孔洞，是较大颗粒之间的拱桥效应导致存在颗粒间隙所致，密度为1167kg/m3，孔径为0.2-5mm。
造成上述问题的原因是，板材密度太大，生产布料厚度需要增加到11.5-12cm才能达到本技术方案所达到的产品厚度，另外产品孔径相差较大，大孔不利于生产。
本发明提供的一种微细孔轻质板及其制备方法和应用，其至少具有如下优点：
利用陶瓷板废弃粉末作为原料制备微细孔轻质板，可以直接利用陶瓷板废弃粉末中的有效成分，例如发泡剂碳化硅等。此外，由于陶瓷板废弃粉末是先经过烧成后再切削剩下的废弃物，因此，其内部存在的有机物和碳酸盐含量极低，在利用陶瓷板废弃粉末制备微细孔轻质板的氧化分解时间可以大大缩短。而通过控制陶瓷板废弃粉末的粒径，可以确保加工获得的微细孔轻质板的品质合格，不会出现干燥开裂或难以成型的情况，提高了陶瓷板废弃粉末的利用率。
从陶瓷板废弃粉末的微观形态来看，粉末的形状各异，并非都是形态均匀的圆珠状颗粒，且部分粉末达到微米级别，比表面积较大，在粉末水分含量较高的情况下，粉末相互吸附出现团聚的假颗粒，这样就会导致颗粒的流动性受到影响，进而会影响粉末在窑车内布料的均匀性和可操作性。将陶瓷板废弃粉末的水分控制在5％以内，可以极大地降低假颗粒的形成，布料平整度好，无拉线的情况，布料过程中粉末与粉末之间的间隙细小且均匀，烧制得到的产品外观质量较佳。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微细孔轻质板，其特征在于，包括陶瓷板废弃粉末，所述陶瓷板废弃粉末的平均粒径为80～90μm，D50为70～80μm，D97为250～260μm。
2.根据权利要求1所述的微细孔轻质板，其特征在于，所述陶瓷板废弃粉末的平均粒径为84～87μm，D50为75～78μm，D97为255～258μm。
3.根据权利要求1所述的微细孔轻质板，其特征在于，所述陶瓷板废弃粉末的颗粒级配包括40目以上：0.1～0.5％；40～60目：0.5～1％；60～80目：0.5～1.5％；80～100目：1～2％；100～200目：20～22％；200～250目：18～20％；250～325目：50～52％；325目以下:4～5％；
优选地，40目以上：0.27％；40～60目：0.73％；60～80目：1.04％；80～100目：1.47％；100～200目：20.76％；200～250目：18.93％；250～325目：50.91％；325目以下:4.68％。
4.根据权利要求1或3所述的微细孔轻质板，其特征在于，按质量百分比计，包括SiO2：60～70％、Al2O3：10～25％、Fe2O3：1～3％、TiO2：0.1～1％、CaO：1～20％、MgO：1～6％、K2O：0.5～5％、Na2O：1～5％、烧失量：0.1～1％；
优选地，按质量百分比计，包括SiO2：66～68％、Al2O3：19～21％、Fe2O3：1～2.5％、TiO2：0.1～0.5％、CaO：1～2％、MgO：1～3％、K2O：2～4％、Na2O：2～4％、烧失量：0.5～1％。
5.根据权利要求1所述的微细孔轻质板，其特征在于，玻璃相的含量＞8％；
优选地，所述微细孔轻质板的孔径≤0.5mm，密度为700～900kg/m3。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的微细孔轻质板的制备方法，其特征在于，包括将所述陶瓷板废弃粉末干燥、筛分后布料烧成。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述烧成温度为1130～1185℃，烧成时间12～20h。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，干燥包括将所述陶瓷板废弃粉末的水分降低至≤5％。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述筛分的筛网目数为30～325目。
10.一种如权利要求1～5任一项所述的微细孔轻质板或如权利要求6～9任一项所述的制备方法制得的微细孔轻质板在陶瓷材料生产领域的应用。
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