高掺量粉煤灰瓷质砖及其制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。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。本专利技术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。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。造粒掺水量最佳为9％～10％；压坯压力最佳为30～35MPa。本专利技术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SiO240％～60％、Al2O315％～40％。此外，粉煤灰中还含有MgO0.5％～2.5％、Fe2O33％～10％、CaO2％～10％、K2O+Na2O0.2％～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。本专利技术的技术特点(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。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％；压坯压力最佳为本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：王焰新，周俊，袁曦明，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]