CN1182067C - 高掺量粉煤灰瓷质砖及其制备方法 - Google Patents

高掺量粉煤灰瓷质砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种建筑用瓷质陶瓷及其制备方法。高掺量粉煤灰瓷质砖，其特征是它由粉煤灰、超细高岭土、长石组成，超细高岭土是利用纳米插层技术将高岭土超细化利备而成，粒度为1～2μm。各组分所占原料总量的质量百分比分别为：粉煤灰60～70、超细高岭土25～40、长石0～10。其制备方法：(1)原料预处理，(2)配料，(3)制浆，(4)烘干浆料，(5)研磨，(6)掺水造粒，(7)陈腐，(8)压坯，(9)烘坯，(10)烧结，(11)冷却。本发明粉煤灰在瓷质砖原料总量中的质量百分比达到60%以上，具有原料配方简单、不需外加色料、成本低的特点。产品的吸水率小于0.5%，断裂模数大于35MPa，完全能达到国家有关瓷质砖的标准。

Description

高掺量粉煤灰瓷质砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑用瓷质陶瓷及其制备方法，具体地讲涉及一种利用粉煤灰为主要原料制备而成的瓷质砖及其制备方法。
背景技术
瓷质砖在陶瓷市场上也常被称为玻化砖，是一类高档的建筑用瓷质陶瓷。具有抗折强度高、热稳定性好、吸水率低、质地坚硬、耐酸碱、耐腐蚀、抗冻、防滑、防潮、易清洁等优点，可推广应用到商场大厦、宾馆大楼、展览厅、娱乐场所、机场车站、医院、学校、住宅客厅等场所的墙、地、柱面装饰。瓷质砖的色泽莹润、纹理自然柔和、雍容典雅、华丽高贵，装饰效果极佳，日益受到人们的青睐。
传统的瓷质砖生产中，主要以粘土、长石、伟晶花岗岩、珍珠岩、霞石正长岩、锂辉石、透辉石、滑石等为原料，通过配料、球磨、过筛除铁、喷雾干燥、造粒、压制成形、烘坯、烧成等工序来进行生产。传统瓷质砖生产中的配方复杂，而且，为了获得适当的颜色，还需另加色料来着色装饰。
粉煤灰是火力发电厂燃烧煤炭排放出的一种粘土状火山灰质材料，可以作为瓷质砖生产中的瘠性原料使用。国内外均有利用粉煤灰作原料来烧制瓷质砖的报道。但是这些文献报道的配方中，粉煤灰的掺入量一般小于60％，外加的40％以上的其他原料一般都是优质的、高品位的材料，如石英、滑石、粘土、长石等，以弥补劣质的粉煤灰原料对产品质量造成的影响，从而确保产品的质量。这种粉煤灰烧制瓷质砖的工艺不能使瓷质砖的生产成本大幅度下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉煤灰在瓷质砖原料总量中的质量百分比达到60％以上、原料配方简单、不需外加色料、成本低的高掺量粉煤灰瓷质砖及其制备方法。
本发明的技术方案是：高掺量粉煤灰瓷质砖，其特征是它由粉煤灰、超细高岭土、长石组成，各组分所占总质量百分比为：粉煤灰60～70％、超细高岭土25～40％、长石0～10％。
所述的粉煤灰、超细高岭土、长石质量百分比为：粉煤灰65％、超细高岭土30％、长石5％。
所述的超细高岭土的粒度为1～2μm。
高掺量粉煤灰瓷质砖的制备方法，其特征是按如下步骤实现：
(1)原料预处理：①长石，利用行星式球磨机将长石干法球磨6小时，②高岭土：直接使用通过纳米插层技术制备出的超细高岭土成品，③粉煤灰：生产麻石状瓷质砖的粉煤灰需干法球磨3小时，而生产细腻光滑状瓷质砖的粉煤灰直接使用；
(2)原料配方：以粉煤灰为基本原料，以高岭土作为粘结剂，以长石作为熔剂；粉煤灰的掺入量为60～70％，超细高岭土的加入量为25～40％，长石的加入量为0～10％；
(3)配料及制浆：①对于麻石状瓷质砖，采用湿混合法配料制浆，即，首先称取高岭土，将高岭土倒入容器中，加水搅拌打散；再加入长石、粉煤灰，继续搅拌成浆；②对于细腻状瓷质砖的生产，采用湿法球磨法，即，直接称取粉煤灰、高岭土、长石，混合倒入球磨罐中，球磨5小时；
(4)烘干浆料；
(5)研磨：利用瓷研磨，将干浆料研细，过80目筛；
(6)掺水造粒：直接向粉料中滴加8％～11％的水，搅拌打散过12目筛；
(7)陈腐：置于塑料袋中，密封放置2天；
(8)压坯：利用25～40MPa的压力，将粉料压制成形；
(9)烘坯：将生坯置于烘箱中，在110℃条件下烘10小时；
(10)烧结：300℃以前，升温速率为15℃/min；300℃～500℃，升温速率为12℃/min；500℃～850℃，升温速率为10℃/min；在850℃进行中火保温，保温时间30～50min；850℃烧成温度，升温速率为12℃/min；在烧成温度下进行高火保温，保温时间30～60min；烧成温度为1510～1210℃；
(11)冷却：700℃以前快速冷却；700～500℃间，缓慢冷却；500℃以后，快速冷却。
造粒掺水量为9％～10％；压坯压力为30～35MPa。
本发明的配料原理为：烧制瓷质砖的原料主要包括瘠性料、熔剂、色料、粘结剂等组分。(1)瘠性料：粉煤灰的主要化学成分是SiO2和Al2O3，其中SiO2：40％～60％、Al2O3：15％～40％。此外，粉煤灰中还含有MgO：0.5％～2.5％、Fe2O3：3％～10％、CaO：2％～10％、K2O+Na2O：0.2％～3.5％。这种化学组成与大多数瘠性粘土的化学组成相似，可作为瘠性料使用。(2)熔剂：从粉煤灰的物相组成来看，铝硅酸盐玻璃微珠50～85％，海绵状玻璃体(多孔玻璃体)10～30％，石英1～10％，氧化铁3～35％，碳粒1～20％。其中所含的玻璃体占绝大多数，有利于烧结。玻璃体、铁、钙、镁的氧化物都可以起到熔剂或助熔剂的作用。为了达到低温快烧的目的，再加入适量的长石来增加熔剂含量。(3)色料：粉煤灰中含铁、钛的化合物具有颜色，可作为瓷质砖的色料。(4)粘结剂：超细高岭土具有很强的可塑性和粘结性，完全可以作为烧制瓷质砖的粘结剂使用。因此，仅利用粉煤灰和超细高岭土作为基本原料，外加长石作为熔剂的补充，就能满足瓷质砖制备中的物料组合。
本发明的技术特点：(1)粉煤灰的高掺入量：粉煤灰的掺入量为60～70％，高岭土和长石的含量不超过40％。(2)高岭土超细化：利用纳米插层技术将高岭土超细化，产品粒度为1～2μm、比表面积＜59m2/g。利用这样的超细高岭土作为瓷质砖的粘结剂和塑化剂，可使瓷质砖的微观结构发生显著变化，从而使产品的抗折强度、致密度、孔隙率等性能指标产生奇特的效果，产品主要性能指标达到甚至超过国家标准。同时，高岭土的超细化可使其对瘠性的粉煤灰的粘结作用和塑化作用显著增强，从而为提高粉煤灰的掺入量创造条件。(3)简化原料配方：仅以粉煤灰、超细高岭土、长石作为原料。(4)不外加色料：利用粉煤灰所含的铁、钛作为色料，不外加专门的着色剂。(5)颜色的灵活调控：三价铁呈红色，而二价、零价铁呈黑色。在强氧化气氛、低温环境下进行烧结时，可使铁全部转化为三价化合物，产品呈现鲜红色；在强还原气氛、高温环境下进行烧结时，铁可全部转化为零价及二价化合物，产品呈深黑色；当气氛环境介于强氧化与强还原之间、烧成温度居中时，铁将以三价、二价或零价化合物共存，但三者间的不同比重，可使产品呈现出从紫砂、红棕、金红、黄红、金黄到暗灰、深灰、乌黑等各种不同的颜色。故控制瓷质砖烧制时的氧化-还原气氛、烧成温度和配方，从而控制铁的存在价态，进而烧制出不同颜色的瓷质砖。
具体实施方式
本发明仅以粉煤灰作为瘠性原料和色料、以超细高岭土作为粘结剂和塑化剂、以长石作为熔剂。粉煤灰的掺入量为60～70％，超细高岭土的加入量为25～40％，长石的加入量为0～10％。
所述的粉煤灰、超细高岭土、长石最佳质量百分比为：粉煤灰65、超细高岭土30、长石5。
所述的超细高岭土的粒度为1～2μm。
制备工艺流程：(1)原料预处理：①长石，利用行星式球磨机将长石干法球磨6小时；②高岭土：直接使用通过纳米插层法制备出的超细高岭土成品；③粉煤灰：生产麻石状瓷质砖的粉煤灰需干法球磨3小时；而生产细腻状瓷质砖的粉煤灰直接使用。(2)原料配方：以粉煤灰为基本原料，以高岭土作为粘结剂，以长石作为熔剂。粉煤灰的掺入量为60～70％，超细高岭土的加入量为25～40％，长石的加入量为0～10％。(3)配料及制浆：①对于麻石状瓷质砖，采用湿混合法配料制浆，即，首先称取高岭土，将高岭土倒入容器中，加水搅拌打散；再加入长石、粉煤灰，继续搅拌成浆；②对于细腻状瓷质砖的生产，采用湿法球磨法，即，直接称取粉煤灰、高岭土、长石，混合倒入球磨罐中，球磨5小时。(4)烘干浆料。(5)研磨：利用瓷研磨，将干浆料研细，过80目筛。(6)掺水造粒：直接向粉料中滴加8％～11％的水，搅拌打散过12目筛。(7)陈腐：置于塑料袋中，密封放置2天。(8)压坯：利用25～40MPa的压力，将粉料压制成形。(9)烘坯：将生坯置于烘箱中，在110℃条件下烘10小时。(10)烧结：300℃以前，升温速率为15℃/min；300℃～500℃，升温速率为12℃/min；500℃～850℃，升温速率为10℃/min；在850℃进行中火保温，保温时间30～50min；850℃烧成温度，升温速率为12℃/min；在烧成温度下进行高火保温，保温时间30～60min；烧成温度为1510～1210℃。(11)冷却：700℃以前快速冷却；700～500℃间，缓慢冷却；500℃以后，快速冷却。
造粒掺水量最佳为9％～10％；压坯压力最佳为30～35MPa。
实施实例：所用原料化学成分见下表：                 计量单位：ω(B)/％
  成  分   SiO2   Al2O3   TFe2O3   MgO   CaO   Na2O   K2O   TiO2   P2O5   MnO   烧失
  高岭土   46.14   37.92   0.58   0.08   0.02   0.08   0.42   0.28   0.11   0.003   14.51
  粉煤灰   55.28   26.30   5.04   0.89   3.42   0.28   1.92   1.08   0.27   0.04   5.28
  长  石   72.09   15.13   0.26   0.09   0.33   3.98   7.46   0.03   0.03   0.02   0.56
实施实例1：(1)配方：60％粉煤灰+35％高岭土+5％长石；(2)工艺流程及主要工艺参数：粉煤灰干法球磨3小时；采用湿混合法配料制浆；掺10％的水进行造粒；利用40MPa的压力压制成形；850℃中火保温30min； 1210℃高火保温40min；烧成温度为1210℃。(3)产品形貌及性能：产品呈麻石状，白灰色略微泛红，吸水率为0.18％，断裂模数为40MPa。
实施实例2：(1)配方：70％粉煤灰+25％高岭土+5％长石；(2)工艺流程及主要工艺参数：粉煤灰干法球磨3小时；采用湿混合法配料制浆；掺9％的水进行造粒；利用40MPa的压力压制成形；850℃中火保温30min；1210℃高火保温40min；烧成温度为1210℃。(3)产品形貌及性能：产品呈麻石状，深灰色略微泛红，吸水率为0.16％，断裂模数为44MPa。
实施实例3：(1)配方：65％粉煤灰+30％高岭土+5％长石；(2)工艺流程及主要工艺参数：采用湿法球磨法混料球磨制浆；掺9％的水进行造粒；利用40MPa的压力压制成形；850℃中火保温50min；1210℃高火保温60min；烧成温度为1210℃。(3)产品形貌及性能：产品呈细腻光滑状，青灰色，吸水率为0.1％，断裂模数47MPa。
实施实例4：(1)配方：60％粉煤灰+40％高岭土；(2)工艺流程及主要工艺参数：采用湿法球磨法混料球磨制浆；掺10％的水进行造粒；利用40MPa的压力压制成形；850℃中火保温30min；1210℃高火保温40min；烧成温度为1210℃。(3)产品形貌及性能：产品呈细腻光滑状，青色，吸水率为0.14％，断裂模数43MPa。
实施实例5：(1)配方：60％粉煤灰+35％高岭土+5％长石；(2)工艺流程及主要工艺参数：采用湿法球磨法混料球磨制浆；掺9.5％的水进行造粒；利用40MPa的压力压制成形；850℃中火保温40min；1180℃高火保温50min；烧成温度为1180℃。(3)产品形貌及性能：产品呈细腻光滑状，深红灰色，吸水率为0.1％，断裂模数54MPa。
实施实例6：(1)配方：60％粉煤灰+30％高岭土+10％长石；(2)工艺流程及主要工艺参数：采用湿法球磨法混料球磨制浆；掺9.5％的水进行造粒；利用40MPa的压力压制成形；850℃中火保温40min；1180℃高火保温50min；烧成温度为1180℃。(3)产品形貌及性能：产品呈细腻光滑状，黑灰色，吸水率为0.08％，断裂模数46MPa。
实施实例7：(1)配方：60％粉煤灰+30％高岭土+10％长石；(2)工艺流程及主要工艺参数：采用湿法球磨法混料球磨制浆；掺9.5％的水进行造粒；利用35MPa的压力压制成形；850℃中火保温30min；1180℃高火保温30min；烧成温度为1180℃。(3)产品形貌及性能：产品呈细腻光滑状，暗红色，吸水率为0.34％，断裂模数39MPa。
实施实例8：(1)配方：60％粉煤灰+40％高岭土长石；(2)工艺流程及主要工艺参数：采用湿法球磨法混料球磨制浆；掺10％的水进行造粒；利用40MPa的压力压制成形；850℃中火保温40min；1180℃高火保温50min；烧成温度为1180℃。(3)产品形貌及性能：产品呈细腻光滑状，红灰色，吸水率为0.1％，断裂模数38MPa。

Claims (5)

1、高掺量粉煤灰瓷质砖，其特征是它由粉煤灰、超细高岭土、长石组成，各组分所占原料总量的质量百分比分别为：粉煤灰60～70％、超细高岭土25～40％、长石0～10％。
2、根据权利要求1所述的高掺量粉煤灰瓷质砖，其特征是所述的粉煤灰、超细高岭土、长石质量百分比为：粉煤灰65％、超细高岭土30％、长石5％。
3、根据权利要求1或2所述的高掺量粉煤灰瓷质砖，其特征是所述的超细高岭土粒度为1～2μm。
4、高掺量粉煤灰瓷质砖的制备方法，其特征是按如下步骤实现：
(1)原料预处理：①长石，利用行星式球磨机将长石干法球磨6小时，②高岭土：直接使用通过纳米插层法制备出的超细高岭土成品，③粉煤灰：生产麻石状瓷质砖的粉煤灰需干法球磨3小时，而生产细腻状瓷质砖的粉煤灰直接使用；
(2)原料配方：以粉煤灰为基本原料，以高岭土作为粘结剂，以长石作为熔剂；粉煤灰的掺入量为60～70％，超细高岭土的加入量为25～40％，长石的加入量为0～10％；
(3)配料及制浆：①对于麻石状瓷质砖，采用湿混合法配料制浆，即，首先称取高岭土，将高岭土倒入容器中，加水搅拌打散；再加入长石、粉煤灰，继续搅拌成浆；②对于细腻状瓷质砖的生产，采用湿法球磨法，即，直接称取粉煤灰、高岭土、长石，混合倒入球磨罐中，球磨5小时；
(4)烘干浆料；
(5)研磨：利用瓷研磨，将干浆料研细，过80目筛；
(6)掺水造粒：直接向粉料中滴加8％～11％的水，搅拌打散过12目筛；
(7)陈腐：置于塑料袋中，密封放置2天；
(8)压坯：利用25～40MPa的压力，将粉料压制成形；
(9)烘坯：将生坯置于烘箱中，在110℃条件下烘10小时；
(10)烧结：300℃以前，升温速率为15℃/min；300℃～500℃，升温速率为12℃/min；500℃～850℃，升温速率为10℃/min；在850℃进行中火保温，保温时间30～50min；850℃烧成温度，升温速率为12℃/min；在烧成温度下进行高火保温，保温时间30～60min；烧成温度为1510～1210℃；
(11)冷却：700℃以前快速冷却；700～500℃间，缓慢冷却；500℃以后，快速冷却。
5、根据权利要求4所述的高掺量粉煤灰瓷质砖的制备方法，其特征是造粒掺水量为9％～10％；压坯压力最佳为30～35MPa。
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