專利名稱：高摻量粉煤灰瓷質(zhì)磚及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑用瓷質(zhì)陶瓷及其制備方法，具體地講涉及一種利用粉煤灰為主要原料制備而成的瓷質(zhì)磚及其制備方法。
傳統(tǒng)的瓷質(zhì)磚生產(chǎn)中，主要以粘土、長(zhǎng)石、偉晶花崗巖、珍珠巖、霞石正長(zhǎng)巖、鋰輝石、透輝石、滑石等為原料，通過(guò)配料、球磨、過(guò)篩除鐵、噴霧干燥、造粒、壓制成形、烘坯、燒成等工序來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。傳統(tǒng)瓷質(zhì)磚生產(chǎn)中的配方復(fù)雜，而且，為了獲得適當(dāng)?shù)念伾?，還需另加色料來(lái)著色裝飾。
粉煤灰是火力發(fā)電廠燃燒煤炭排放出的一種粘土狀火山灰質(zhì)材料，可以作為瓷質(zhì)磚生產(chǎn)中的瘠性原料使用。國(guó)內(nèi)外均有利用粉煤灰作原料來(lái)燒制瓷質(zhì)磚的報(bào)道。但是這些文獻(xiàn)報(bào)道的配方中，粉煤灰的摻入量一般小于60％，外加的40％以上的其他原料一般都是優(yōu)質(zhì)的、高品位的材料，如石英、滑石、粘土、長(zhǎng)石等，以彌補(bǔ)劣質(zhì)的粉煤灰原料對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成的影響，從而確保產(chǎn)品的質(zhì)量。這種粉煤灰燒制瓷質(zhì)磚的工藝不能使瓷質(zhì)磚的生產(chǎn)成本大幅度下降。
本發(fā)明的技術(shù)方案是高摻量粉煤灰瓷質(zhì)磚，其特征是它由粉煤灰、超細(xì)高嶺土、長(zhǎng)石組成，各組分所占總質(zhì)量百分比為粉煤灰60～70、超細(xì)高嶺土25～40、長(zhǎng)石0～10。
所述的粉煤灰、超細(xì)高嶺土、長(zhǎng)石最佳質(zhì)量百分比為粉煤灰65、超細(xì)高嶺土30、長(zhǎng)石5。
所述的超細(xì)高嶺土的粒度為1～2μm。
高摻量粉煤灰瓷質(zhì)磚的制備方法，其特征是按如下步驟實(shí)現(xiàn)(1)原料預(yù)處理①長(zhǎng)石，利用行星式球磨機(jī)將長(zhǎng)石干法球磨6小時(shí)，②高嶺土直接使用通過(guò)納米插層技術(shù)制備出的超細(xì)高嶺土成品，③粉煤灰生產(chǎn)麻石狀瓷質(zhì)磚的粉煤灰需干法球磨3小時(shí)，而生產(chǎn)細(xì)膩光滑狀瓷質(zhì)磚的粉煤灰直接使用；(2)原料配方以粉煤灰為基本原料，以高嶺土作為粘結(jié)劑，以長(zhǎng)石作為熔劑；粉煤灰的摻入量為60～70％，超細(xì)高嶺土的加入量為25～40％，長(zhǎng)石的加入量為0～10％；(3)配料及制漿①對(duì)于麻石狀瓷質(zhì)磚，采用濕混合法配料制漿，即，首先稱取高嶺土，將高嶺土倒入容器中，加水?dāng)嚢璐蛏?；再加入長(zhǎng)石、粉煤灰，繼續(xù)攪拌成漿；②對(duì)于細(xì)膩狀瓷質(zhì)磚的生產(chǎn)，采用濕法球磨法，即，直接稱取粉煤灰、高嶺土、長(zhǎng)石，混合倒入球磨罐中，球磨5小時(shí)；(4)烘干漿料；(5)研磨利用瓷研磨，將干漿料研細(xì)，過(guò)80目篩；(6)摻水造粒直接向粉料中滴加8％～11％的水，攪拌打散過(guò)12目篩；
(7)陳腐置于塑料袋中，密封放置2天；(8)壓坯利用25～40MPa的壓力，將粉料壓制成形；(9)烘坯將生坯置于烘箱中，在110℃條件下烘10小時(shí)；(10)燒結(jié)300℃以前，升溫速率為15℃/min；300℃～500℃，升溫速率為12℃/min；500℃～850℃，升溫速率為10℃/min；在850℃進(jìn)行中火保溫，保溫時(shí)間30～50min；850℃燒成溫度，升溫速率為12℃/min；在燒成溫度下進(jìn)行高火保溫，保溫時(shí)間30～60min；燒成溫度為1510～1210℃；(11)冷卻700℃以前快速冷卻；700～500℃間，緩慢冷卻；500℃以后，快速冷卻。
造粒摻水量最佳為9％～10％；壓坯壓力最佳為30～35MPa。
本發(fā)明的配料原理為燒制瓷質(zhì)磚的原料主要包括瘠性料、熔劑、色料、粘結(jié)劑等組分。(1)瘠性料粉煤灰的主要化學(xué)成分是SiO2和Al2O3，其中SiO240％～60％、Al2O315％～40％。此外，粉煤灰中還含有MgO0.5％～2.5％、Fe2O33％～10％、CaO2％～10％、K2O+Na2O0.2％～3.5％。這種化學(xué)組成與大多數(shù)瘠性粘土的化學(xué)組成相似，可作為瘠性料使用。(2)熔劑從粉煤灰的物相組成來(lái)看，鋁硅酸鹽玻璃微珠50～85％，海綿狀玻璃體(多孔玻璃體)10～30％，石英1～10％，氧化鐵3～35％，碳粒1～20％。其中所含的玻璃體占絕大多數(shù)，有利于燒結(jié)。玻璃體、鐵、鈣、鎂的氧化物都可以起到熔劑或助熔劑的作用。為了達(dá)到低溫快燒的目的，再加入適量的長(zhǎng)石來(lái)增加熔劑含量。(3)色料粉煤灰中含鐵、鈦的化合物具有顏色，可作為瓷質(zhì)磚的色料。(4)粘結(jié)劑超細(xì)高嶺土具有很強(qiáng)的可塑性和粘結(jié)性，完全可以作為燒制瓷質(zhì)磚的粘結(jié)劑使用。因此，僅利用粉煤灰和超細(xì)高嶺土作為基本原料，外加長(zhǎng)石作為熔劑的補(bǔ)充，就能滿足瓷質(zhì)磚制備中的物料組合。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)(1)粉煤灰的高摻入量粉煤灰的摻入量為60～70％，高嶺土和長(zhǎng)石的含量不超過(guò)40％。(2)高嶺土超細(xì)化利用納米插層技術(shù)將高嶺土超細(xì)化，產(chǎn)品粒度為1～2μm、比表面積＜59m2/g。利用這樣的超細(xì)高嶺土作為瓷質(zhì)磚的粘結(jié)劑和塑化劑，可使瓷質(zhì)磚的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，從而使產(chǎn)品的抗折強(qiáng)度、致密度、孔隙率等性能指標(biāo)產(chǎn)生奇特的效果，產(chǎn)品主要性能指標(biāo)達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，高嶺土的超細(xì)化可使其對(duì)瘠性的粉煤灰的粘結(jié)作用和塑化作用顯著增強(qiáng)，從而為提高粉煤灰的摻入量創(chuàng)造條件。(3)簡(jiǎn)化原料配方僅以粉煤灰、超細(xì)高嶺土、長(zhǎng)石作為原料。(4)不外加色料利用粉煤灰所含的鐵、鈦?zhàn)鳛樯希煌饧訉ｉT(mén)的著色劑。(5)顏色的靈活調(diào)控三價(jià)鐵呈紅色，而二價(jià)、零價(jià)鐵呈黑色。在強(qiáng)氧化氣氛、低溫環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，可使鐵全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)化合物，產(chǎn)品呈現(xiàn)鮮紅色；在強(qiáng)還原氣氛、高溫環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，鐵可全部轉(zhuǎn)化為零價(jià)及二價(jià)化合物，產(chǎn)品呈深黑色；當(dāng)氣氛環(huán)境介于強(qiáng)氧化與強(qiáng)還原之間、燒成溫度居中時(shí)，鐵將以三價(jià)、二價(jià)或零價(jià)化合物共存，但三者間的不同比重，可使產(chǎn)品呈現(xiàn)出從紫砂、紅棕、金紅、黃紅、金黃到暗灰、深灰、烏黑等各種不同的顏色。故控制瓷質(zhì)磚燒制時(shí)的氧化-還原氣氛、燒成溫度和配方，從而控制鐵的存在價(jià)態(tài)，進(jìn)而燒制出不同顏色的瓷質(zhì)磚。
所述的粉煤灰、超細(xì)高嶺土、長(zhǎng)石最佳質(zhì)量百分比為粉煤灰65、超細(xì)高嶺土30、長(zhǎng)石5。
所述的超細(xì)高嶺土的粒度為1～2μm。
制備工藝流程(1)原料預(yù)處理①長(zhǎng)石，利用行星式球磨機(jī)將長(zhǎng)石干法球磨6小時(shí)；②高嶺土直接使用通過(guò)納米插層法制備出的超細(xì)高嶺土成品；③粉煤灰生產(chǎn)麻石狀瓷質(zhì)磚的粉煤灰需干法球磨3小時(shí)；而生產(chǎn)細(xì)膩狀瓷質(zhì)磚的粉煤灰直接使用。(2)原料配方以粉煤灰為基本原料，以高嶺土作為粘結(jié)劑，以長(zhǎng)石作為熔劑。粉煤灰的摻入量為60～70％，超細(xì)高嶺土的加入量為25～40％，長(zhǎng)石的加入量為0～10％。(3)配料及制漿①對(duì)于麻石狀瓷質(zhì)磚，采用濕混合法配料制漿，即，首先稱取高嶺土，將高嶺土倒入容器中，加水?dāng)嚢璐蛏?；再加入長(zhǎng)石、粉煤灰，繼續(xù)攪拌成漿；②對(duì)于細(xì)膩狀瓷質(zhì)磚的生產(chǎn)，采用濕法球磨法，即，直接稱取粉煤灰、高嶺土、長(zhǎng)石，混合倒入球磨罐中，球磨5小時(shí)。(4)烘干漿料。(5)研磨利用瓷研磨，將干漿料研細(xì)，過(guò)80目篩。(6)摻水造粒直接向粉料中滴加8％～11％的水，攪拌打散過(guò)12目篩。(7)陳腐置于塑料袋中，密封放置2天。(8)壓坯利用25～40MPa的壓力，將粉料壓制成形。(9)烘坯將生坯置于烘箱中，在110℃條件下烘10小時(shí)。(10)燒結(jié)300℃以前，升溫速率為15℃/min；300℃～500℃，升溫速率為12℃/min；500℃～850℃，升溫速率為10℃/min；在850℃進(jìn)行中火保溫，保溫時(shí)間30～50min；850℃燒成溫度，升溫速率為12℃/min；在燒成溫度下進(jìn)行高火保溫，保溫時(shí)間30～60min；燒成溫度為1510～1210℃。(11)冷卻700℃以前快速冷卻；700～500℃間，緩慢冷卻；500℃以后，快速冷卻。
造粒摻水量最佳為9％～10％；壓坯壓力最佳為30～35MPa。實(shí)施實(shí)例所用原料化學(xué)成分見(jiàn)下表 計(jì)量單位ω(B)/％

實(shí)施實(shí)例1(1)配方60％粉煤灰+35％高嶺土+5％長(zhǎng)石；(2)工藝流程及主要工藝參數(shù)粉煤灰干法球磨3小時(shí)；采用濕混合法配料制漿；摻10％的水進(jìn)行造粒；利用40MPa的壓力壓制成形；850℃中火保溫30min；1210℃高火保溫40min；燒成溫度為1210℃。(3)產(chǎn)品形貌及性能產(chǎn)品呈麻石狀，白灰色略微泛紅，吸水率為0.18％，斷裂模數(shù)為40MPa。
實(shí)施實(shí)例2(1)配方70％粉煤灰+25％高嶺土+5％長(zhǎng)石；(2)工藝流程及主要工藝參數(shù)粉煤灰干法球磨3小時(shí)；采用濕混合法配料制漿；摻9％的水進(jìn)行造粒；利用40MPa的壓力壓制成形；850℃中火保溫30min；1210℃高火保溫40min；燒成溫度為1210℃。(3)產(chǎn)品形貌及性能產(chǎn)品呈麻石狀，深灰色略微泛紅，吸水率為0.16％，斷裂模數(shù)為44MPa。
實(shí)施實(shí)例3(1)配方65％粉煤灰+30％高嶺土+5％長(zhǎng)石；(2)工藝流程及主要工藝參數(shù)采用濕法球磨法混料球磨制漿；摻9％的水進(jìn)行造粒；利用40MPa的壓力壓制成形；850℃中火保溫50min；1210℃高火保溫60min；燒成溫度為1210℃。(3)產(chǎn)品形貌及性能產(chǎn)品呈細(xì)膩光滑狀，青灰色，吸水率為0.1％，斷裂模數(shù)47MPa。
實(shí)施實(shí)例4(1)配方60％粉煤灰+40％高嶺土；(2)工藝流程及主要工藝參數(shù)采用濕法球磨法混料球磨制漿；摻10％的水進(jìn)行造粒；利用40MPa的壓力壓制成形；850℃中火保溫30min；1210℃高火保溫40min；燒成溫度為1210℃。(3)產(chǎn)品形貌及性能產(chǎn)品呈細(xì)膩光滑狀，青色，吸水率為0.14％，斷裂模數(shù)43MPa。
實(shí)施實(shí)例5(1)配方60％粉煤灰+35％高嶺土+5％長(zhǎng)石；(2)工藝流程及主要工藝參數(shù)采用濕法球磨法混料球磨制漿；摻9.5％的水進(jìn)行造粒；利用40MPa的壓力壓制成形；850℃中火保溫40min；1180℃高火保溫50min；燒成溫度為1180℃。(3)產(chǎn)品形貌及性能產(chǎn)品呈細(xì)膩光滑狀，深紅灰色，吸水率為0.1％，斷裂模數(shù)54MPa。
實(shí)施實(shí)例6(1)配方60％粉煤灰+30％高嶺土+10％長(zhǎng)石；(2)工藝流程及主要工藝參數(shù)采用濕法球磨法混料球磨制漿；摻9.5％的水進(jìn)行造粒；利用40MPa的壓力壓制成形；850℃中火保溫40min；1180℃高火保溫50min；燒成溫度為1180℃。(3)產(chǎn)品形貌及性能產(chǎn)品呈細(xì)膩光滑狀，黑灰色，吸水率為0.08％，斷裂模數(shù)46MPa。
實(shí)施實(shí)例7(1)配方60％粉煤灰+30％高嶺土+10％長(zhǎng)石；(2)工藝流程及主要工藝參數(shù)采用濕法球磨法混料球磨制漿；摻9.5％的水進(jìn)行造粒；利用35MPa的壓力壓制成形；850℃中火保溫30min；1180℃高火保溫30min；燒成溫度為1180℃。(3)產(chǎn)品形貌及性能產(chǎn)品呈細(xì)膩光滑狀，暗紅色，吸水率為0.34％，斷裂模數(shù)39MPa。
實(shí)施實(shí)例8(1)配方60％粉煤灰+40％高嶺土長(zhǎng)石；(2)工藝流程及主要工藝參數(shù)采用濕法球磨法混料球磨制漿；摻10％的水進(jìn)行造粒；利用40MPa的壓力壓制成形；850℃中火保溫40min；1180℃高火保溫50min；燒成溫度為1180℃。(3)產(chǎn)品形貌及性能產(chǎn)品呈細(xì)膩光滑狀，紅灰色，吸水率為0.1％，斷裂模數(shù)38MPa。
權(quán)利要求
1.高摻量粉煤灰瓷質(zhì)磚，其特征是它由粉煤灰、超細(xì)高嶺土、長(zhǎng)石組成，各組分所占原料總量的質(zhì)量百分比分別為粉煤灰60～70、超細(xì)高嶺土25～40、長(zhǎng)石0～10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高摻量粉煤灰瓷質(zhì)磚，其特征是所述的粉煤灰、超細(xì)高嶺土、長(zhǎng)石最佳質(zhì)量百分比為粉煤灰65、超細(xì)高嶺土30、長(zhǎng)石5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的高摻量粉煤灰瓷質(zhì)磚，其特征是所述的超細(xì)高嶺土粒度為1～2μm。
4.高摻量粉煤灰瓷質(zhì)磚的制備方法，其特征是按如下步驟實(shí)現(xiàn)(1)原料預(yù)處理①長(zhǎng)石，利用行星式球磨機(jī)將長(zhǎng)石干法球磨6小時(shí)，②高嶺土直接使用通過(guò)納米插層法制備出的超細(xì)高嶺土成品，③粉煤灰生產(chǎn)麻石狀瓷質(zhì)磚的粉煤灰需干法球磨3小時(shí)，而生產(chǎn)細(xì)膩狀瓷質(zhì)磚的粉煤灰直接使用；(2)原料配方以粉煤灰為基本原料，以高嶺土作為粘結(jié)劑，以長(zhǎng)石作為熔劑；粉煤灰的摻入量為60～70％，超細(xì)高嶺土的加入量為25～40％，長(zhǎng)石的加入量為0～10％；(3)配料及制漿①對(duì)于麻石狀瓷質(zhì)磚，采用濕混合法配料制漿，即，首先稱取高嶺土，將高嶺土倒入容器中，加水?dāng)嚢璐蛏ⅲ辉偌尤腴L(zhǎng)石、粉煤灰，繼續(xù)攪拌成漿；②對(duì)于細(xì)膩狀瓷質(zhì)磚的生產(chǎn)，采用濕法球磨法，即，直接稱取粉煤灰、高嶺土、長(zhǎng)石，混合倒入球磨罐中，球磨5小時(shí)；(4)烘干漿料；(5)研磨利用瓷研磨，將干漿料研細(xì)，過(guò)80目篩；(6)摻水造粒直接向粉料中滴加8％～11％的水，攪拌打散過(guò)12目篩；(7)陳腐置于塑料袋中，密封放置2天；(8)壓坯利用25～40MPa的壓力，將粉料壓制成形；(9)烘坯將生坯置于烘箱中，在110℃條件下烘10小時(shí)；(10)燒結(jié)300℃以前，升溫速率為15℃/min；300℃～500℃，升溫速率為12℃/min；500℃～850℃，升溫速率為10℃/min；在850℃進(jìn)行中火保溫，保溫時(shí)間30～50min；850℃燒成溫度，升溫速率為12℃/min；在燒成溫度下進(jìn)行高火保溫，保溫時(shí)間30～60min；燒成溫度為1510～1210℃；(11)冷卻700℃以前快速冷卻；700～500℃間，緩慢冷卻；500℃以后，快速冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高摻量粉煤灰瓷質(zhì)磚的制備方法，其特征是造粒摻水量最佳為9％～10％；壓坯壓力最佳為30～35MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種建筑用瓷質(zhì)陶瓷及其制備方法。高摻量粉煤灰瓷質(zhì)磚，其特征是它由粉煤灰、超細(xì)高嶺土、長(zhǎng)石組成，超細(xì)高嶺土是利用納米插層技術(shù)將高嶺土超細(xì)化利備而成，粒度為1～2μm。各組分所占原料總量的質(zhì)量百分比分別為粉煤灰60～70、超細(xì)高嶺土25～40、長(zhǎng)石0～10。其制備方法(1)原料預(yù)處理，(2)配料，(3)制漿，(4)烘干漿料，(5)研磨，(6)摻水造粒，(7)陳腐，(8)壓坯，(9)烘坯，(10)燒結(jié)，(11)冷卻。本發(fā)明粉煤灰在瓷質(zhì)磚原料總量中的質(zhì)量百分比達(dá)到60％以上，具有原料配方簡(jiǎn)單、不需外加色料、成本低的特點(diǎn)。產(chǎn)品的吸水率小于0.5％，斷裂模數(shù)大于35MPa，完全能達(dá)到國(guó)家有關(guān)瓷質(zhì)磚的標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)C04B33/00GK1410386SQ02139300
公開(kāi)日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者王焰新, 周俊, 袁曦明 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)