CN116768599A - 一种提高陶瓷坯体强度的增强浆料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑陶瓷技术领域，具体涉及一种提高陶瓷坯体强度的增强浆料及其制备方法与应用。所述增强浆料的原料包括以下重量份的原料：高强球土20～25份；镁质土5～10份；改性膨润土70～75份；辅料0.85～1.1份；水40～44份。本发明的提高陶瓷坯体强度的增强浆料可短时间快速提高基础浆的生坯强度，提高生产稳定性和连续性，并且可降低压制工序压机的最高压制压力，降低压机故障率，降低生产中生坯破损率，提高产品成活率，降低生产成本，减少资源浪费，有利于环境保护和陶瓷产业的可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及建筑陶瓷技术领域，具体涉及一种提高陶瓷坯体强度的增强浆料及其制备方法与应用。
背景技术
随着建筑陶瓷行业发展，由于原料、人力成本的不断上涨，以及环保要求的不断提高，导致陶瓷企业生产成本增加，生存压力骤增。因此，将陶瓷坯体做薄，规格做大是陶瓷发展的必经之路。但由于行业的快速发展，大量优质粘土资源越来越匮乏，使得大规格超薄砖的坯体强度得不到保证。坯体的干燥强度是坯体成型性能中非常重要的一个指标，它对产品的成品率及质量有重要的影响。坯体的干燥强度主要是由粘土的可塑性、加入量及成型压力等因素所决定的，提高坯体强度对于陶瓷生产尤为重要。
在实际生产中经常遇到以下几个问题：
1、原材料质量波动
由于优质粘土资源逐渐减少，粘土类原料成本逐年递增，企业为降低生产成本，只能选择质量稍差的粘土。原矿粘土质量性能直接影响陶瓷坯体生坯强度，而陶瓷泥浆在球磨浆池或喷雾干燥前检测出生坯强度偏低时，由于产能较大，难以及时调整，严重影响生产稳定性和连续性。
2、深色产品和高白产品的生坯强度偏低
深色产品主要是基础浆中色料加入量较大，例如某产品坯体中加入色料坯黑3％～5％，基础浆生坯强度为1.45Mpa～1.5Mpa，加入色料后生坯强度降低至0.92Mpa～1.06Mpa，生产中生坯破损率高达45％，产品成活率较低，生产成本较高。
高白产品主要是基础浆中加入氧化铝增白剂提高坯体白度，因加入量较大，导致加入氧化铝增白剂后生坯强度降低至0.85Mpa，生产中生坯破损率高达60％左右，产品成活率较低，生产成本较高。
3、产品厚度和坯面凹凸模影响
为适应市场需求，生产不同规格的9.5mm、9.0mm、8.0mm等不同厚度的产品，同为一个坯料配方，生产线在转换规格时，尤其要关注坯体生坯强度，否则可能导致生产线生坯破损率高，产品成活率低，严重影响生产稳定性和连续性。
坯面凹凸模的作用是使砖坯表面具有凹凸感，实际生产中需要具备比平面模产品更高的生坯强度，否则生产过程中极易造成断坯现象。
而通过提前调整坯体配方来满足各种产品的生坯强度需求非常困难，所以需要有一种使用方便，效果显著的快速提高坯体强度的方法，将陶瓷泥浆的生坯强度调整到正常生产范围，满足生产线生产各种规格、各种厚度的不同坯色的产品。
因此，现有技术仍有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明提供了一种提高陶瓷坯体强度的增强浆料及其制备方法与应用，旨在解决陶瓷生产中因原材料质量波动、色料加入量大导致泥浆在喷雾干燥前检测生坯强度偏低时，需要快速提高异常泥浆生坯强度至正常范围，确保陶瓷生产稳定性和连续性的问题。
为解决目前陶瓷生产普遍存在的坯体强度难以及时调整的技术问题，本发明通过使用一种提高陶瓷坯体强度的增强浆料，可使坯体生坯强度控制在生产工艺参数范围内，还可降低压机的最高压制压力，减轻压机技术人员频繁调整压机参数的压力，以及减少生产釉线、窑炉断坯和裂砖等生产缺陷，从而提高了生产的稳定性和连续性，降低生产成本，提高公司产品竞争力。
具体地，本发明的技术方案如下：
本发明的目的之一在于提供一种提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其中，包括以下重量份的原料：高强球土20～25份；镁质土5～10份；改性膨润土70～75份；辅料0.85～1.1份；水40～44份。
可选地，所述辅料包括硅酸钠、三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠中的一种或多种。
可选地，所述辅料包括以下重量份的原料：硅酸钠0.8～1.0份；三聚磷酸钠0.05～0.1份。
优选地，包括以下重量份的原料：高强球土24份；镁质土6份；改性膨润土70份；硅酸钠0.9份；三聚磷酸钠0.08份；水40～44份。
可选地，所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其中，所述高强球土的化学组成以质量百分比计，包括：
SiO250％～52％；Al2O3 33％～35％；Fe2O3 1.1％～1.2％；K2O 1.5％～1.6％；烧失量10.2％～14.4％。
可选地，所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其中，所述镁质土的化学组成以质量百分比计，包括：
SiO2 64％～67％；Al2O3 2.2％～2.5％；Fe2O3 1.4％～1.6％；MgO 22％～24％；烧失量4.9％～10.4％。
可选地，所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，所述改性膨润土的化学组成以质量百分比计，包括：
SiO2 42％～44％；Al2O3 25％～27％；Fe2O3 0.5％～0.7％；CaO 12％～13％；MgO1.2～1.4％；K2O 0.5％～0.8％；Na2O 2.5％～3.0％；烧失量10.1％～16.3％。
本发明的目的之一还提供一种所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料的制备方法，包括步骤：
所述增强浆料的原料通过球磨工艺加工，得到泥浆；
所述泥浆过70～80目筛、除铁，得到所述增强浆料。
可选地，所述增强浆料的制备方法中：
所述泥浆的水分控制在40％～44％；
所述泥浆的细度以325目筛计，筛余为1.4％～1.8％；
所述泥浆的比重≥1.66；
所述泥浆的流速100±30秒。
本发明还提供了一种增强陶瓷坯体强度的方法，包括步骤：在陶瓷坯料泥浆进行喷雾干燥工序前加入所述增强浆料，所述增强浆料为陶瓷坯料干基质量的0.6％～1.0％。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提高陶瓷坯体强度的增强浆料可短时间快速提高基础浆的生坯强度，提高生产稳定性和连续性。
(2)本发明通过加入提高陶瓷坯体强度的增强浆料，可降低压制工序压机的最高压制压力，降低压机故障率，降低生产中生坯破损率，提高产品成活率，降低生产成本，提高公司产品竞争力。
(3)本发明通过加入提高陶瓷坯体强度的增强浆料，不仅降低了坯体配方调整频率，又减少了原矿泥等优质粘土使用量。既提高了生产稳定性和连续性，又减少了资源浪费，有利于环境保护和陶瓷产业的可持续发展。
具体实施方式
本发明提供一种提高陶瓷坯体强度的增强浆料及其制备方法与应用，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种提高陶瓷坯体强度的增强浆料，包括以下重量份的原料：高强球土20～25份；镁质土5～10份；改性膨润土70～75份；辅料0.85～1.1份；水40～44份。
镁质土是一种熔剂性原料，其化学成分中的氧化镁具有强助熔作用，在陶瓷坯料中主要作用是降低陶瓷坯体的烧成温度和瓷化温度。在本发明所述的增强浆料的配方中主要作用是为了将坯体烧成温度调整至与基础浆坯体烧成温度接近。当坯体的烧成温度比基础浆坯体烧成温度高时，可适当增加镁质土的加入比例；如果比基础浆坯体烧成温度低，则要降低镁质土的加入比例，具体配方中的加入比例需要根据实际需要调节的烧成温度范围来确定。
改性膨润土主要是由钙基膨润土或钠基膨润土和有机高分子化合物合成的一种陶瓷坯体增强剂，其特点是适量加入到陶瓷坯料配方中即可显著提高陶瓷坯体生坯强度，并且在400℃以上温度便大部分碳化、烧失，对最终烧成产品的质量无不良影响。通常在陶瓷坯料配方中以辅料添加剂形式加入，正常生产中加入量约0.1％～0.3％。然而，改性膨润土在提高坯体生坯强度的同时，也对泥浆流动性有一定影响。如果直接在陶瓷坯料配方中提高改性膨润土的用量，在泥浆水分不变的情况下，则会增大球磨泥浆触变性、粘稠度等性能参数，严重影响球磨泥浆流速，降低球磨效率，增大球磨电耗，增加生产成本。
本发明实施例提高陶瓷坯体强度的增强浆料原料中，改性膨润土的用量高达70％～75％，通过提高增强浆料中的水分含量解决由于改性膨润土的大量加入导致增强浆料解胶性差的问题的同时，降低增强浆料细度，使增强浆料具有良好的流动性、分散性并且具有与基础浆接近的烧成温度，使泥浆能够充分混合均匀，且不增加球磨加工生产成本。
高强球土主要是高岭土和黑泥等经水洗加工而成的一种粘性原料，单一原料生坯强度高，结合性和可塑性好，化学组成铝含量高，泥浆流动性和悬浮性能好。在陶瓷坯料配方中可以提高坯体生坯强度，改善坯体压制成型效果，然而加入过多也会使陶瓷坯体的烧成温度偏高。
在本发明实施例中，增强浆料中的高强球土主要是与改性膨润土相结合为坯体提供粘结性，改性膨润土中的有机高分子化合物在水溶液中发生作用，形成具有足够链长的高分子聚合物，具有足够链长的高分子聚合物可在陶瓷坯体颗粒间架桥，产生交联作用而形成不规则网状结构，将陶瓷坯体颗粒紧紧包裹，从而增加坯体强度。
在一些实施方式中，所述辅料包括硅酸钠、三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠中的一种或多种。
所述辅料中的硅酸钠、三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠等均起到分散剂的作用，使浆料中的颗粒之间分散开来，因而不易团聚。
在一些实施方式中，所述辅料包括以下重量份的原料：硅酸钠0.8～1.0份；三聚磷酸钠0.05～0.1份。
在一些实施方式中，所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，包括以下重量份的原料：高强球土24份；镁质土6份；改性膨润土70份；硅酸钠0.9份；三聚磷酸钠0.08份；水40～44份。
在一些实施方式中，所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其中，所述高强球土的化学组成以质量百分比计，包括：
SiO250％～52％；Al2O3 33％～35％；Fe2O3 1.1％～1.2％；K2O 1.5％～1.6％；烧失量10.2％～14.4％。
在一些实施方式中，所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其中，所述镁质土的化学组成以质量百分比计，包括：
SiO2 64％～67％；Al2O3 2.2％～2.5％；Fe2O3 1.4％～1.6％；MgO 22％～24％；烧失量4.9％～10.4％。
在一些实施方式中，所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，所述改性膨润土的化学组成以质量百分比计，包括：
SiO2 42％～44％；Al2O3 25％～27％；Fe2O3 0.5％～0.7％；CaO 12％～13％；MgO1.2～1.4％；K2O 0.5％～0.8％；Na2O 2.5％～3.0％；烧失量10.1％～16.3％。
本发明实施例提供一种所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料的制备方法，包括步骤：
所述增强浆料的原料通过球磨工艺加工，得到泥浆；
所述泥浆过70～80目筛、除铁，得到所述增强浆料。
在一些实施方式中，所述增强浆料的制备方法中：
所述泥浆的水分控制在40％～44％；
所述泥浆的细度以325目筛计，筛余为1.4％～1.8％；
所述泥浆的比重≥1.66；
所述泥浆的流速100±30秒。
本发明实施例中增强浆料的粒径小，流速好，分散性和结合性好，烧成温度和基础浆接近，短时间内即可与待调整的基础浆混合均匀，快速提高基础浆的坯体强度。
本发明实施例还提供了一种增强陶瓷坯体强度的方法，具体包括：在陶瓷坯料泥浆进行喷雾干燥工序前加入所述的增强浆料，所述增强浆料为陶瓷坯料干基质量的0.6％～1.0％，待泥浆混合均匀后进入喷雾干燥工序制备成粉料。待成型后，可明显提高陶瓷坯体的生坯强度。
下面以具体的实施例对本发明的方案作进一步的说明。
实施例1
基础浆的制备
泥浆水分控制在33％～36％，泥浆细度控制在以325目筛计，筛余2.0％～2.4％，泥浆比重≥1.68，泥浆流速100±30秒。
以生产线生产的高白产品为例，高白产品坯体白度需达60度以上才符合生产工艺要求，而基础浆坯体白度才45度，因此需在基础浆中加入1.5％～2.0％的氧化铝增白剂提高坯体白度，由于加入的氧化铝增白剂比例较大，导致泥浆生坯强度由1.45Mpa～1.5Mpa降低至0.9Mpa～1.0Mpa，无法满足正常生产。若不调整生坯强度进行生产，将导致压制工序压机压力偏高，生产线生坯破损率高，产品成活率低，生产成本高等。因此需将泥浆生坯强度调整至正常生产工艺参数范围内，才能进行喷雾干燥工序。
1、增强浆料的制备：
表1
(1)按表1中的原料比例进行配料，入湿式球磨机研磨制浆，工艺参数控制：泥浆水分控制在40％～44％，泥浆细度控制在325目筛1.4％～1.8％，泥浆比重≥1.66，泥浆流速100±30秒。
(2)泥浆过70～80目筛并除铁。减少粗颗粒、铁杂质等引起后续坯体起泡、溶洞和斑点杂质等缺陷。
(3)将制备好的泥浆单独储存备用，在需要提高基础泥浆生坯强度时按比例直接加入到需调整的泥浆中，经搅拌机充分搅拌均匀即可达到增强坯体强度的效果。
2、调整增强浆料的添加量
制备6组实验泥浆，分别为：
1：按陶瓷坯料干基质量的2％加入氧化铝增白剂的基础浆；
2：在有氧化铝增白剂的基础浆中加入其干基质量0.2％的增强浆料；
3：在有氧化铝增白剂的基础浆中加入其干基质量0.6％的增强浆料；
4：在有氧化铝增白剂的基础浆中加入其干基质量1.0％的增强浆料；
5：在有氧化铝增白剂的基础浆中加入其干基质量1.4％的增强浆料；
6：未加任何泥浆的基础浆(大生产基础浆)。
3、实验样板的制备与测试
(1)将以上6组实验泥浆分别混合均匀后，取300克泥浆烘干至恒重，取150克干料，加水12克，人工造粒至全部通过30目筛网，制备成水分均匀的粉料。
(2)已制备好的实验粉料中取135克，用小型压砖机压制成小条砖。6组对比实验所压制的小条砖必须将粉料水分和小砖厚度保持一致，减小实验数据误差。
(3)将压制好的小条砖放入180℃烘箱内烘烤1小时。
(4)使用小型生坯抗折仪检测6组实验小条砖，并记录数据，结果如表2所示。
表2
通过表2中的实验数据对比可知，第1组和第6组中，基础浆加入氧化铝增白剂1.5％～2％后生坯强度严重偏低，第3组和第4组中加入增强浆料0.6％～1.0％左右即可快速将泥浆生坯强度调整至正常范围，确保生产的稳定性和连续性。
陶瓷坯体生坯强度达1.2Mpa以上即可稳定生产。第2组增强浆料的添加量还未将坯体生坯强度调整至生产工艺参数范围内，第3组和第4组的坯体生坯强度已达到陶瓷坯体稳定生产范围，第5组实验泥浆为在有氧化铝增白剂的基础浆中加入1.4％的增强浆料，坯体生坯强度虽高达1.58Mpa，但增强浆料中所含的改性膨润土用量不能过多，否则坯体在干燥过程中会出现开裂。所以增强浆料加入量选择在0.6％～1.0％范围内，既可降低陶瓷坯体在干燥过程出现开裂的风险，也可降低陶瓷生产成本。
实施例2
基础浆的制备
泥浆水分控制在33％～36％，泥浆细度控制在以325目筛计，筛余2.0％～2.4％，泥浆比重≥1.68，泥浆流速100±30秒。
在陶瓷生产过程中有时会出现坯料配方中粘土类原料质量变差的情形，实际生产过程中发现其可能导致坯料坯体生坯强度由正常的1.36Mpa～1.44Mpa降低至1.10Mpa～1.15Mpa；且由于通常生产产能较大，通过坯料配方调整无法短时间内提高异常泥浆的生坯强度，且调整难度较高。若不及时调整异常泥浆的生坯强度，将导致压制工序压机压力偏高，生产线生坯破损率高，产品成活率低，生产成本高等，严重影响生产稳定性和连续性。因此需将泥浆生坯强度快速调整至正常生产工艺参数范围内，再进行喷雾干燥工序。
1、增强浆料的制备：
表3
(1)按表3中的原料比例进行配料，入湿式球磨机研磨制浆，工艺参数控制：泥浆水分控制在40％～44％，泥浆细度控制在325目筛1.4％～1.8％，泥浆比重≥1.66，泥浆流速100±30秒。
(2)泥浆过70～80目筛并除铁。从而减少粗颗粒、铁杂质等引起后续坯体起泡、溶洞和斑点杂质等缺陷。
(3)将制备好的泥浆单独储存备用，在需要提高基础泥浆生坯强度时按比例直接加入到需调整的泥浆中，经搅拌机充分搅拌均匀即可达到增强坯体强度的效果。
2、调整增强浆料的添加量
制备5组实验泥浆，分别为：
1：生坯强度偏低的异常泥浆；
2：在异常泥浆中加入其干基质量0.2％的增强浆料；
3：在异常泥浆中加入其干基质量0.6％的增强浆料；
4：在异常泥浆中加入其干基质量1.0％的增强浆料；
5：正常生坯强度的基础浆。
3、实验样板的制备与测试
(1)将以上5组实验泥浆分别混合均匀后，取300克泥浆烘干至恒重，取150克干料，加水12克，人工造粒至全部通过30目筛网，制备成水分均匀的粉料。
(2)已制备好的实验粉料中取135克，用小型压砖机压制成小条砖。5组对比实验所压制的小条砖必须将粉料水分和小砖厚度保持一致，减小实验数据误差。
(3)将压制好的小条砖放入180℃烘箱内烘烤1小时。
(4)使用小型生坯抗折仪检测5组实验小条砖，并记录数据，结果如表4所示。
表4
通过表4中的实验数据对比可知，由于粘土类原料质量变差导致坯体生坯强度偏低的异常泥浆，加入增强坯体强度浆料0.2％～0.6％左右即可快速将泥浆生坯强度调整至正常工艺参数范围，确保生产的稳定性和连续性。
通过以上实验结果，可以表明，本发明所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料可短时间内快速提高生坯强度偏低的基础浆，不论是因为加入过多的氧化铝增白剂，或者因原材料质量变化造成的基础浆生坯强度突然变低，或者生产线的产品规格、厚度、模面的变化等，使用本发明提高陶瓷坯体强度的增强浆料在喷雾塔工序喷料前调整基础浆的生坯强度，均能大大提高生产的稳定性和连续性。
综上所述，本发明通过使用一种提高陶瓷坯体强度的增强浆料，可短时间快速提高基础浆的生坯强度，使坯体生坯强度快速调整在生产工艺参数范围内，还可降低压机的最高压制压力，减轻压机技术人员频繁调整压机参数的压力，以及减少生产釉线、窑炉断坯和裂砖等生产缺陷，从而提高生产的稳定性和连续性，降低生产成本，提高公司产品竞争力。
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 (10)
1.一种提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其特征在于，包括以下重量份的原料：高强球土20～25份；镁质土5～10份；改性膨润土70～75份；辅料0.85～1.1份；水40～44份。
2.根据权利要求1所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其特征在于，所述辅料包括硅酸钠、三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其特征在于，所述辅料包括以下重量份的原料：硅酸钠0.8～1.0份；三聚磷酸钠0.05～0.1份。
4.根据权利要求1所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其特征在于，包括以下重量份的原料：高强球土24份；镁质土6份；改性膨润土70份；硅酸钠0.9份；三聚磷酸钠0.08份；水40～44份。
5.根据权利要求1所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其特征在于，所述高强球土的化学组成以质量百分比计，包括：
SiO250％～52％；Al2O3 33％～35％；Fe2O3 1.1％～1.2％；K2O 1.5％～1.6％；烧失量10.2％～14.4％。
6.根据权利要求1所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其特征在于，所述镁质土的化学组成以质量百分比计，包括：
SiO2 64％～67％；Al2O3 2.2％～2.5％；Fe2O3 1.4％～1.6％；MgO 22％～24％；烧失量4.9％～10.4％。
7.根据权利要求1所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料，其特征在于，所述改性膨润土的化学组成以质量百分比计，包括：
SiO2 42％～44％；Al2O3 25％～27％；Fe2O3 0.5％～0.7％；CaO 12％～13％；MgO 1.2～1.4％；K2O 0.5％～0.8％；Na2O 2.5％～3.0％；烧失量10.1％～16.3％。
8.一种如权利要求1～7所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
所述增强浆料的原料通过球磨工艺加工，得到泥浆；
所述泥浆过70～80目筛、除铁，得到所述增强浆料。
9.根据权利要求8所述的提高陶瓷坯体强度的增强浆料的制备方法，其特征在于，
所述泥浆的水分控制在40％～44％；
所述泥浆的细度以325目筛计，筛余为1.4％～1.8％；
所述泥浆的比重≥1.66；
所述泥浆的流速100±30秒。
10.一种增强陶瓷坯体强度的方法，其特征在于，包括步骤：在陶瓷坯料泥浆进行喷雾干燥工序前加入如权利要求1～7任一项所述的增强浆料，所述增强浆料为陶瓷坯料干基质量的0.6％～1.0％。
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