一种石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿基高强度陶瓷板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿基高强度陶瓷板及其制备方法，该陶瓷板由包括石英砂矿尾矿和/或硅砂矿尾矿、陶瓷原料和烧结助剂在内的组分原料通过制坯、烧结而成：该制备工艺简单、反应条件温和、原料成本低，制得的陶瓷板具有石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿利用率高，且强度高、化学稳定性好、不积水、不产生二次污染等特点；具体体现在体积密度2.11～2.38g/cm3、吸水率7.69～8.83％、抗弯强度32～37MPa、抗压强度210～229MPa、耐酸性98.45～98.81％、耐碱性98.78～99.38％，特别适合于用作地面装饰材料。

【技术实现步骤摘要】
一种石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿基高强度陶瓷板及其制备方法
本专利技术涉及一种以石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿为主要原料的高强度陶瓷板及其制备方法，属于陶瓷材料
技术背景石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿主要指石英砂矿、硅砂矿石开采过程中产生的废渣、加工过程中产生的尾砂和尾泥，其中尾砂占绝大多数。尾砂主要是粒度较细的晶质石英集合体，化学成分主要是SiO2，杂质矿物主要是粘土、长石、云母、铁矿物等，其质量因原矿品质和生产工艺的不同而存在很大差异。对比精砂，尾砂化学成分中SiO2含量明显偏低，同时Al2O3、Fe2O3、TiO2等杂质成分普遍偏高。随着我国工业化的快速发展，对石英砂或硅砂的需求量逐年递增，因而硅质原料的开采规模越来越大，由尾矿引起的问题日益凸显，不仅给企业发展带来难题，也给周边环境造成严重污染，成为政府、企业急需解决的问题。将石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿矿进行精细化处理后，可广泛应用于建材生产、填料、熔制熔融石英熔块等方面，也可用作硅微粉、人造大理石、彩色石英质釉料、泡化碱、白炭黑等产品的原料。我国石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿的应用研究主要集中在水泥、加气混泥土、釉面砖及填料等方面。在高端应用方面，也有人以尾矿为原料，采用压延法、浇铸法以与烧结法制备微晶玻璃。或以石英矿尾矿为原料生产超细硅微粉。然而，这些应用要么对石英矿尾矿的纯度要求很高，要么前期或后续处理工艺过于复杂，对设备和技术要求过高，因此，石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿的利用率是较低的。在利用石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿制备陶瓷或陶瓷板材的开发研究中，公开号为CN103864404A的中国专利公开了一种利用石英砂矿尾矿和污泥制作的陶粒及其制备方法，该专利主要利用石英砂矿尾矿粉、污泥、河道底泥和辅助剂来制作陶粒，石英矿尾矿的引用量30～20份，占配合料总量的20～30％，且烧结温度达1100～1500℃。公开号为CN103570340A的中国专利公开了一种利用工业固体废渣干法制备的建筑陶瓷及其工艺，该专利利用30～60％的陶瓷抛光废渣与钢渣或铝渣等工业固体废渣、40～70％的陶瓷原料以及1～3％的陶瓷添加剂来制备建筑陶瓷，该方法未涉及石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿的利用，且原料成分较复杂，加工难度较大，烧结温度也较高(1155～1220℃)。
技术实现思路
针对现有技术中利用石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿来制备陶瓷材料的技术方案存在的缺陷，本专利技术的目的是在于提供一种以石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿为主要原料得到的具有烧结温度低、石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿利用率高，且强度高、化学稳定性好、不积水、不产生二次污染等特点的陶瓷板。本专利技术的另一个目的是在于提供一种操作简单、工艺条件温和、低成本制备所述陶瓷板的方法。本专利技术公开了一种石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿基高强度陶瓷板，该陶瓷板包括以下质量百分比组分原料通过制坯、烧结而成：石英砂矿尾矿和/或硅砂矿尾矿75～85％；陶瓷原料5～15％；烧结助剂5～10％。优选的高强度陶瓷板中陶瓷原料为碳酸钙和/或长石。优选的高强度陶瓷板中烧结助剂为硼砂。优选的高强度陶瓷板中原料中包括质量百分比≤5％的粘结剂。优选的高强度陶瓷板中粘结剂为水玻璃。本专利技术还提供了一种制备所述的石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿基高强度陶瓷板的方法，该方法是将石英砂矿尾矿和/或硅砂矿尾矿、陶瓷原料和烧结助剂粉末过筛后，与适量粘结剂混合均匀，得到配合料；将所得配合料装模后，压制成型，得到陶瓷坯体；所得陶瓷坯体先干燥，再置于炉中升温到900～1000℃的温度下烧结，冷却，即得。本专利技术的制备所述的石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿基高强度陶瓷板的方法还包括以下优选方案：优选的方案中以3～10℃/min升温速率从室温升温至900～1000℃进行烧结。进一步优选的方案中烧结时间为0.5～3小时。优选的方案中干燥为自然晾干1～6h，或者在80～120℃温度下鼓风干燥0.5～1h。优选的方案中过筛筛取200～300目之间的粉末。优选的方案中压制过程中成型压力为15～25MPa。本专利技术的技术优势和带来的有益技术效果：经过专利技术人大量研究发现，将以石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿为主，与适量的陶瓷原料(碳酸钙或长石)和烧结助剂复配使用，能够很好地利用各原料组分之间的复配协同增效作用，获得一种强度高、化学稳定性好的陶瓷板材料。本专利技术充分利用石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿，其主要组成为SiO2，同时包括Al2O3、TiO2、Fe2O3、FeO、MgO、GaO、Na2O、K2O等成分，而SiO2和Al2O3成分在陶瓷板材料中起骨架作用，SiO2和Al2O3含量越高，材料的强度越高、热膨胀系数越低、化学稳定性越好，可赋予陶瓷板材优良综合性能，但是SiO2和Al2O3含量越高，则所需的烧结温度也高。本专利技术巧妙地将石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿与适量的碳酸钙或长石及烧结助剂复配使用，其中，长石主要含SiO2、Al2O3成份，同时还含有较高量的Na2O或K2O，以及少量的Fe2O3、CaO等成份；而碳酸钙含大量CaO成分；烧结剂主要含Na2O等；充分利用碳酸钙或长石及烧结助剂来补充石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿中的MgO、CaO、Na2O、K2O等碱土金属或碱金属氧化物进行辅助烧结，一方面有效地降低烧结温度；同时MgO、CaO、Na2O、K2O等与SiO2、Al2O3发生化学反应，生成硅酸盐、铝酸盐熔体，进而形成玻璃相；玻璃相可对Na+、K+离子及可能存在的微量重金属离子起“束缚”作用，在材料的使用过程中，这些被束缚的碱金属离子和重金属离子难于排出，从而可解决土壤碱化及重金属离子污染问题；另外，玻璃相的形成又可以将气体包裹及将放射物固封。本专利技术的陶瓷板原料中的TiO2、Fe2O3、FeO等都参与了材料构成，不需要对原料进行任何除杂处理，原料拿来即可使用，进一步提高了陶瓷材料的强度，也进一步降低原料的相对成本。本专利技术进一步优选的方案中由于石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿、长石、碳酸钙等原料都是非塑性原料，可以引入少量水玻璃作为粘结剂，以提高配合料在成型过程中的塑性，增强坯体强度。研究进一步发现以本专利技术的配方在本专利技术的工艺条件下进行烧结由本专利技术专利制得的陶瓷板，其主晶相为石英(quartz，SiO2)，方石英(cristobalite，SiO2)，当配方中加入10％的碳酸钙时，出现少量的硅灰石(wollastonite，CaSiO3)，因此，在高硅陶瓷板的烧结过程中，主要发生了由石英相(quartz)向方石英(cristobalite)的相变。同时，陶瓷板中含有一定量玻璃相，有利于固化和包裹有害物质。综上所述本专利技术的技术上的优势，带来了特别优异的技术效果：1、由本专利技术充分利用石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿，利用率达到85％，减少废渣对土地的占用，降低废渣渣场维护成本，缓解环境污染，同时降低陶瓷板材的生产成本。2、制备的陶瓷板材综合性能好，具体表现在：体积密度2.11～2.38g/cm3、吸水率7.69～8.83％、抗弯强度32～37MPa、抗压强度210～229MPa、耐酸性98.45～98.81％、耐碱性98.78～99.38％，具有烧成温度低、强度高、化学稳定性好、不积水、不产生二次污染等特点。3、对石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿的品质与纯度要求不高，无需复杂的前期后续本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿基高强度陶瓷板，其特征在于，包括以下质量百分比组分原料通过制坯、烧结而成：石英砂矿尾矿和/或硅砂矿尾矿75～85％；陶瓷原料5～15％；烧结助剂5～10％。

【技术特征摘要】
1.一种石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿基高强度陶瓷板，其特征在于，包括以下质量百分比组分原料通过制坯、烧结而成：石英砂矿尾矿和/或硅砂矿尾矿75～85％；陶瓷原料5～15％；烧结助剂5～10％；粘结剂≤5％；所述的陶瓷原料为碳酸钙和/或长石；所述的烧结助剂为硼砂；所述的粘结剂为水玻璃。2.制备权利要求1所述的石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿基高强度陶瓷板的方法，其特征在于，将石英砂矿尾矿和/或硅砂矿尾矿、陶瓷原料和烧结助剂粉末过筛后，与适量粘结剂混合均匀，得到配合料；将所得配合料装模后，压制成型...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢安贤，俞其兵，官立民，李卓，郑志勇，罗志伟，郭海彬，李秀英，
申请(专利权)人：中南大学，株洲醴陵旗滨玻璃有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43