含富铝红柱石结晶的陶瓷及其制造方法技术

本发明专利技术提高一种即使用下水污泥焚灰作原料也能制造高强度陶瓷的方法及用该方法得到的陶瓷。本发明专利技术的陶瓷制造方法包括它包括（ａ）．供给下水污泥焚灰、氧化铝的含量占矿物质总量的２０重量％以上的粘土材料和陶瓷材料的步骤、（ｂ）．所述该下水污泥焚灰与粘土材料和陶瓷材料混合的步骤；以及（ｃ）．将在上述混合步骤中得到的混合物焙烧的步骤，在基质中主要生成石英结晶部分和非晶质玻璃部分，在所述非晶质玻璃部分中生成由富铝红柱石组成的结晶部分。用本发明专利技术的方法可得到基质中主要含有石英结晶部分和非晶质玻璃部分、所述非晶质玻璃部分中含有富铝红柱石结晶部分的陶瓷。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷及其制造技术，更详细地说，涉及由将下水污泥等燃烧后产生的焚灰制造高强度陶瓷的方法及用该方法得到的高强度陶瓷制品。在将下水污泥等燃烧处理时，会生成大量的作为废弃物的焚灰，因此，人们希望有效地利用这些焚灰。以往，这类焚灰除直接用作土壤改良剂等之外，先将焚灰熔融成渣后，粉碎至适当大小，作为混凝土集料或路基材料等陶土制品而加以再利用。例如，日本特许公开公报1996年第225363号、1997年第100151号中记载了以下水污泥焚灰等为原料的陶瓷及其制造的方法。但以用现有的制造方法制得的焚灰为原料的陶瓷无法得到满意的强度。因此，以这些焚灰等为原料的陶瓷制品不能用作陶管等需要较高强度的陶瓷制品，而只限于用作瓦、瓷砖等对强度要求不怎么高的建材和土木材料。本专利技术就是为了解决现有技术中上述与以下水污泥焚灰为原料的陶瓷相关的问题而产生的。本专利技术的目的是，为进一步有效利用下水污泥等焚灰，提供一种即使用该焚灰也能得到高强度陶瓷的方法及其产物。为达到上述目的，本专利技术提供一种由下水污泥或其他污泥的焚灰制造陶瓷的方法，它包括(a)．供给下水污泥焚灰或其他污泥焚灰与氧化铝的含量占矿物质总量的20重量％以上的粘土材料和陶瓷材料的步骤、(b)．所述该下水污泥焚灰或其他污泥焚灰与粘土材料和陶瓷材料混合的步骤；以及(c)．将在上述混合步骤中得到的混合物焙烧的步骤，在基质中主要生成石英结晶部分和非晶质玻璃部分，在所述非晶质玻璃部分中生成由富铝红柱石组成的结晶部分。本说明书中所述的“陶瓷材料”是指包含水泥、玻璃、砖等的广义的陶瓷类无机材料。陶瓷粉碎物和水泥粉末等是本说明书中所述的陶瓷材料的典型实例。在本说明书中，“粘土材料”是指由可构成粘土的各种矿物质(典型的有各种粘土矿物、硅酸盐矿物)组成的无机材料。将高岭土等除去了粘土中的水分的矿物质部分是本说明书中所述的粘土材料的典型例子。在上述本专利技术的陶瓷制造方法中，往作为工业废弃物而大量生成的下水污泥或其他污泥的焚灰中供入粘土材料和陶瓷材料并混合。由此，即使下水污泥焚灰等中存在高含量的钙成分和磷酸成分，但在上述混合物中，可使这些成分的含量相对下降。从而可提高所得焙烧物(陶瓷烧结物)的致密性。在本专利技术的陶瓷制造方法中，以使用氧化铝含量在20重量％以上的混合用粘土材料(即矿物类集合体)为特征。由此，与原料焚灰相比，上述混合物中的氧化铝含量增大了。因此，若使用本专利技术的陶瓷制造方法，可在所得焙烧物的基质中，在生成作为其主要物成要素的石英结晶部分(相)和非晶质玻璃部分(相)的同时，在该非晶质玻璃中使由高强度结晶体的富铝红柱石晶体形成的结晶部分偏析。由此，可得到强度高于现有的陶瓷(即，得自下水污泥焚灰的陶瓷)。作为本专利技术的陶瓷制造方法，较好的是，在上述(b)步骤中，按下水污泥或其它污泥的焚灰为20-40重量％、上述粘土材料为30-40重量％、上述陶瓷材料为30-40重量％的比例将它们混合起来。按此设定的混合比，可使所得陶瓷的致密性和强度在高水平上兼顾。此外，作为本专利技术的陶瓷制造方法，更好的是，在上述(b)步骤中，供给和／或混合上述下水污泥焚灰或其它污泥焚灰和粘土材料及陶瓷材料，使混合后的混合物中的P2O5的含量为该混合物总量的8重量％以下。或者，在步骤(b)中，供给和／或混合上述焚灰和粘土材料及陶瓷材料，使混合后的混合物中的CaO含量为该混合物总量的3重量％以下。通过这样的对混合的原料及其混合比的调整，可得到强度更大的得自下水污泥或其它污泥焚灰的陶瓷。此外，本专利技术的陶瓷制造方法的另一种较好实施方式是，在上述(a)步骤中，将上述粘土材料和陶瓷材料的粒径调整至150μm以下。这样，可提高各原料的混和性，从而可提高所得焙烧物的致密度。此外，本专利技术的陶瓷制造方法的又一种较好实施方式是，在上述(c)步骤中，最高温度选择在1050-1200℃的范围内。较好的是，使从常温升温至最高温度所花的时间至少为8小时。通过设定这样的升温处理条件，可提高从焙烧中的混合物中除去气体的效率，结果，可得到高致密性的烧结体。在特别好的升温处理条件下，将从常温至500℃的升温设定为每小时125℃或比这更为缓慢的升温速度。通过设定这样的升温速率，可将随粘土材料一起加入的有机成分和／或污泥焚灰中的碳成分有效地烧掉、除去。为达到上述目的，本专利技术提供基本上由基质中主要有(即，基质中的大部分为)石英结晶部分和非晶质玻璃部分、该非晶质玻璃部分含有富铝红柱石结晶部分的陶瓷构成的各种陶瓷制品(建筑用材料、土木用材料)。此外，作为此类陶瓷的一个典型例子，在本专利技术中，提供基本上由上述陶瓷构成的陶管。本专利技术的陶管由于具有上述富铝红柱石结晶部分，因此，可达到高强度。由此，可将其适宜地用作需要高强度的上、下水道用的陶管。本专利技术的陶管宜基本上由用上述本专利技术的陶瓷制造方法得到的陶瓷构成。由这样的制造方法得到的陶管由于具有上述富铝红柱石结晶部分，因此可达到高强度。由此，可适宜地用作需要高强度的上、下水道用的陶管。而且，还有助于使作为工业废弃物的下水污泥的焚灰得到有效的再利用。较好的是，本专利技术的陶管中的富铝红柱石结晶部分占上述陶瓷的9重量％以上，更好地占15-17重量％以上。由这样的陶瓷构成的陶管具有与三点抗弯强度在80Mpa(1Pa=1．01972×10-5kgf／cm2)以上的陶瓷相同或相近的强度。这样的高强度陶管适宜用作埋设于土内之类的有特别需要高强度的上下水道用的陶管。下面对本专利技术的陶瓷制造方法的较佳实施方式进行说明，首先，对上述步骤(a)(原料供给步骤)进行说明。在本专利技术的陶瓷制造方法中，对所用各种下水污泥焚灰或其它污泥焚灰的组成无特殊限制。例如，从矿物质的角度看，得自一般下水污泥的焚灰通常由石灰长石、磷酸化合物、石英等构成，以SiO2为主要成分，还含有Al2O3、Na2O、K2O、MgO、Fe2O3、P2O5等，但对它们的组成比无影响，此外，对含有其它微量成分者也可利用。一般，下水污泥焚灰通过该处理方法可分类成高分子系和石灰系，二者均可使用。高分子系的焚灰尤佳。用于本专利技术的陶瓷制造方法的上述粘土材料只要其氧化铝(Al2O3)含量占矿物质总量的20重量％以上即可，无特殊限制，但优选在焙烧时成为玻璃质生成的原因的CaO、P2O5的含量低的粘土材料。该类粘土的组成例如最好为SiO257-67重量％，Al2O320-27重量％，Fe2O3小于5重量％，CaO小于1重量％，MgO小于1重量％，K2O小于3重量％，Na2O小于1重量％。另一方面，若Fe2O3、CaO、MgO、K2O及Na2O超过上述组成比过量存在，则所得陶瓷基质中的玻璃相的比例变得过高，难以确保所希望的强度。作为本专利技术的陶瓷制造方法中使用的上述粘土材料，氧化铝量在25重量％以上的粘土材料由于大量生成富铝红柱石结晶成分(富铝红柱石相)而尤佳。特别是以高岭石为主要粘土构成矿物的粘土材料或长石含量少的粘土材料较为合适。这类粘土材料可以其本身或以含有该粘土材料的供给源(天然或人工的调制物)的形式提供。作为含这类粘土材料的供给源，较好的是可塑性的天然粘土，必要时也可将这类天然粘土数种混合。此外，使用时，可用包含水份的可塑性生粘土，也可用加水时产生可塑性的干燥粘土。在将陶管挤压成形的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
由下水污泥焚灰制造陶瓷的方法，它包括：（ａ）．供给下水污泥焚灰、氧化铝的含量占矿物质总量的２０重量％以上的粘土材料和陶瓷材料的步骤、（ｂ）．所述该下水污泥焚灰与粘土材料和陶瓷材料混合的步骤；以及（ｃ）．将在上述混合步骤中得到的混 合物焙烧的步骤，在基质中主要生成石英结晶部分和非晶质玻璃部分，在所述非晶质玻璃部分中生成由富铝红柱石组成的结晶部分。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀见和広，佐野达雄，岩田美佐男，
申请(专利权)人：诺利塔克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]