一種環保型建築陶瓷及其製備方法與流程
2023-05-07 14:16:21
本發明涉及建築陶瓷
技術領域：
，具體地說，是一種環保型建築陶瓷及其製備方法。
背景技術：
：中國世界上最大的建築陶瓷生產和出口第一大國，據統計，2013年全國建築陶瓷總產量超過90億平方米，按消耗原材料20～24kg/m2計算，需要原材料1.8～2.1億t；按耗電5kWh/m2計算，電耗為450億kWh，建築陶瓷生產企業通常都是高消耗、高汙染型企業。傳統用以生產陶瓷原料主要是粘土、長石及石英。陶瓷粘土是適用於作陶瓷原料用的粘土總稱，主要由高嶺土組成。其特點是一般具有高的粘結力、可塑性和良好的燒結性能，在1360℃時能燒成白色的坯，燒結溫度和耐火度間隔大，焙燒後無疤痕和斑點，化學成分中FeO、Fe2O3、TiO2等有害雜質含量甚微。它是製造各種工業技術陶瓷、建築衛生陶瓷和日用陶瓷的主要原料。但目前用以生產陶瓷的優質粘土已經日益枯竭，佛山、景德鎮等地區粘土已經開採殆盡，陶瓷產業正逐漸向內地轉移。中國內地按照目前粘土的開採速度，內地自然粘土資源在30年後也將被開採完。花崗巖是由火山爆發的巖漿在地底下經高壓慢慢冷卻凝固後形成的火成巖[1]。由於花崗巖有硬度高、耐磨損、難以被酸鹼或風化作用侵蝕的特性，常被加工成建築材料。又由於其顏色美觀、品種多樣，被廣泛應用於建築物的裝飾工程和家具裝飾品，如紀念碑、雕刻、地面磚、花崗巖家具等。通常來說花崗巖的主要是由石英、長石及少量的白雲母組成，一般石英含量約為20％～35％，長石含量為55％～70％。我國是世界上主要的花崗巖資源大國和生產大國，據《96中國礦產資源報告》不完全統計，中國花崗巖礦產資源總量約為230～240立方平米，目前探明的儲量僅佔資源總量的4％。由於花崗巖屬於瘠性原料，利用花崗巖溼法成型製備建築陶瓷的關鍵在於製備固相含量高、粘度低、分散性能好、穩定性能好的陶瓷漿料，同時在溼法成型後陶瓷生坯具有一定的生坯強度(至少大於2MPa)。中國專利2014103679391公開了一種用花崗巖廢料溼法澆注成型製備建築陶瓷的方法，採用花崗巖廢料為主要原料，水為分散介質，外加卡拉膠、田箐膠、低分子聚丙烯酸鈉為添加劑混合得到漿料，然後採用溼法澆注成型工藝製得建築陶瓷磚坯體，經乾燥、修坯後在1140-1180℃燒制，冷卻後得到抗折強度為50-70MPa的建築陶瓷磚。該專利使用卡拉膠、田箐膠做為膠凝劑成型，所製備的生坯強度最高只有1.9MPa，且其沒有涉及到陶瓷漿料的流動性能評價。我們知道，使用高分子膠成型由於膠溶解後會急劇增加液相的粘度，通常粘度小於1000mpa·s的漿料可以流動，粘度小於500mpa·s的漿料具有較好的流動性。而粘度大於1000mpa·s的漿料較難流動，難以用於大規模煎煮陶瓷的生產。技術實現要素：本發明的目的是針對現有技術中的不足，提供一種利用花崗巖廢料溼法成型的建築陶瓷。本發明的再一的目的是，提供如上所述建築陶瓷的製備方法。為實現上述目的，本發明採取的技術方案是：一種利用花崗巖廢料溼法成型的建築陶瓷，所述溼法成型所用的漿料由下列重量份的原料製成：花崗巖粉料：50-70份、水：30-50份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：2份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：0.5-2份。優選地，所述溼法成型所用的漿料由下列重量份的原料製成：花崗巖粉料：50-60份、水：40-50份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：2份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：0.5-2份。優選地，所述溼法成型所用的漿料由下列重量份的原料製成：花崗巖粉料：55份、水：45份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：2份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：1份。所述溼法成型包含如下步驟：(1)將花崗巖粗顆粒與水、球磨子按照1:2:1的比例放入球磨罐中球磨8h，將球磨好的漿料烘乾，過160-250目篩，得花崗巖粉料；(2)將刺槐豆膠與海藻酸鈉溶解在水中，配置成質量分數為1-5％的溶液，然後放在磁力攪拌機中加熱40-60℃攪拌，得到預配液；(3)將製備好的花崗巖粉料與水、腐植酸鈉、六偏磷酸鈉按照比例配料，在40-60℃攪拌混合均勻，然後與2製備的預配液按比例混合，加熱攪拌半小時然後注入模具中；(4)待漿料冷卻後60-80℃烘乾，然後脫模；(5)將脫模後的生坯在1140-1180℃下燒成，得到成品陶瓷。優選地，所述步驟3所用的模具為金屬模具。優選地，所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。優選地，所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。所述漿料澆注成型後乾燥的生坯強度大於2.5MPa。所述漿料的在固相含量為40-60％條件下漿料粘度為300-500mpa·s。為實現上述第二個目的，本發明採取的技術方案是：如上任一所述的花崗巖廢料溼法成型的建築陶瓷的製備方法，包括如下步驟：(1)將花崗巖粗顆粒與水、球磨子按照1:2:1的比例放入球磨罐中球磨8h，將球磨好的漿料烘乾，過160-250目篩，得花崗巖粉料；(2)將刺槐豆膠與海藻酸鈉溶解在水中，配置成質量分數為1-5％的溶液，然後放在磁力攪拌機中加熱40-60℃攪拌，得到預配液；(3)將製備好的花崗巖粉料與水、腐植酸鈉、六偏磷酸鈉按照比例配料，在40-60℃攪拌混合均勻，然後與2製備的預配液按比例混合，加熱攪拌半小時然後注入模具中；(4)待漿料冷卻後60-80℃烘乾，然後脫模；(5)將脫模後的生坯在1140-1180℃下燒成，得到成品陶瓷。本發明優點在於：1、本發明的技術不僅可以簡化陶瓷成型過程、降低製備成本，而且提高了製品的成份和組織均勻性。2、本發明採用全瘠性料花崗巖製備建築陶瓷，緩解了粘土等傳統陶瓷原料的日益短缺問題，與同類建築陶瓷相比價格更低，可帶來更高的經濟效益，為建陶行業開發了儲量巨大、廉價易得的替代原料。3、本發明將來源廣泛、價格便宜、綠色環保和可再生的膠體應用於建築陶瓷的成型中，不僅為製備傳統陶瓷材料的溼法成型技術開創了新的途徑，而且避免了建築陶瓷生產過程中大噸位壓機、噴霧塔等高能耗設備的使用，簡化了建築陶瓷生產過程，將生態環境材料這一新興交叉學科引入了傳統陶瓷製備的一個新的嘗試。4、本發明製備陶瓷生坯強度大於2.5MPa，同時漿料的粘度小於500mpa·s。5、本發明製備的陶瓷結構緊密、孔隙率小，燒結後抗折強度高。附圖說明附圖1為不同種類的膠體所製備的生坯照片。附圖2為實施例1製備的成品陶瓷SEM照片。具體實施方式下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明記載的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例1本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(一)花崗巖粉料：55份、水：45份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：1份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：1份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例2本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(二)花崗巖粉料：50份、水：50份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：0.5份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：2份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例3本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(三)花崗巖粉料：70份、水：30份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：2份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：0.5份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例4本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(四)花崗巖粉料：50份、水：30份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：0.5份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：0.5份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例5本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(五)花崗巖粉料：55份、水：45份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：0.5份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：1份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例6本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(六)花崗巖粉料：70份、水：50份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：0.5份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：0.5份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例7本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(七)花崗巖粉料：70份、水：50份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：2份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：0.5份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例8本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(八)花崗巖粉料：70份、水：50份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：2份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：2份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例9本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(九)花崗巖粉料：55份、水：45份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：2份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：1份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例10本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(十)花崗巖粉料：60份、水：40份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：0.5份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：0.5份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例11本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(十一)花崗巖粉料：60份、水：50份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：1份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：2份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例12本發明利用花崗巖廢料溼法成型的原料(十二)花崗巖粉料：52份、水：45份、刺槐豆膠與海藻酸鈉：1份、腐植酸鈉與六偏磷酸鈉：2份。所述刺槐豆膠與海藻酸鈉的質量比為2:1。所述腐植酸鈉與六偏磷酸鈉的質量比為1:1。實施例13本發明利用花崗巖廢料溼法成型建築陶瓷的製備將實施例1-12所製備的原料按照下列方法溼法澆注成型製備建築陶瓷：(1)將花崗巖粗顆粒與水、球磨子按照1:2:1的比例放入球磨罐中球磨8h，將球磨好的漿料烘乾，過160-250目篩，得花崗巖粉料；(2)將刺槐豆膠與海藻酸鈉溶解在水中，配置成質量分數為1-5％的溶液，然後放在磁力攪拌機中加熱40-60℃攪拌，得到預配液；(3)將製備好的花崗巖粉料與水、腐植酸鈉、六偏磷酸鈉按照比例配料，在40-60℃攪拌混合均勻，然後與2製備的預配液按比例混合，加熱攪拌半小時然後注入金屬模具中；(4)待漿料冷卻後60-80℃烘乾，然後脫模；(5)將脫模後的生坯在1140-1180℃下燒成，得到成品陶瓷。實施例14性能測試一、抗折強度的測定陶瓷材料抗折強度極限是指受到外力作用下到破壞時的最大應力。抗折強度是陶瓷材料的重要力學性質之一，具有一定強度的陶瓷素坯不僅能有效避免陶瓷生產過程中因為搬動而破碎，而且高強度的陶瓷製品能提高其使用時間。抗折強度在DWD-10型微機控制電子萬能實驗儀上進行，採用三點抗彎曲法測試材料的抗折強度，試樣尺寸為10×10×60mm，跨距20mm，加載速率為0.5mm/min。每次取3組樣品檢測，取平均值，計算公式：R＝3PL/(2bh2)。式中R——抗折強度(MPa)；P——樣品斷裂時承受的負荷(N)；L——跨距，即支點間的距離(mm)；b——試樣寬度(mm)；h——試樣的截面厚度(mm)。二、漿料粘度的測試漿料粘度使用上海尼潤智能科技有限公司的SNB-2型數字式粘度計進行測量，測量溫度為水浴50℃。將實施例1-13的組分進行性能測試，測試結果如下表所示組別漿料粘度(mpa·s)生坯抗折強度(MPa)燒結後抗折強度(MPa)實施例1357.53.4588實施例2342.63.1572實施例3493.63.2273實施例4485.73.3571實施例5480.23.0469實施例6378.12.8170實施例7360.62.9373實施例8380.73.4775實施例9453.33.3474從表中的結果可以看出，本發明原料所製備漿料粘度均在500mpa·s以下，這說明漿料具有很好的流動性。同時，漿料澆注成型後乾燥的生坯強度均在2.5MPa以上，這說明使用溼法澆築成型所製備的生坯具有較高的強度，能滿足大批量工業陶瓷生產的需要。燒結後成品陶瓷的抗折強度在69-88MPa之間，滿足了成品陶瓷的抗折強度要求。對比例實施例1-13的組方是發明人通過大量實驗篩選的，為了便於對比，將其中對粘度及抗折強度影響較大的因素列舉如下：一、不同種類的膠體對生坯的影響篩選的膠體如下：海藻酸鈉、卡拉膠、刺槐豆膠、黃原膠、田箐膠、瓜爾豆膠、果膠、魔芋膠、亞麻籽膠。按照下表的組分配比，利用溼法澆注成型製備條形生坯樣品。註：-表示抗折強度過低，機器無法讀取數據。成型後生坯照片如圖1所示，可以看到，只有對比例1、2、7、8才能成型出較完整的配體，而對比例子3、4、5、6成型的坯體有較大缺陷。同時可以看到，所有對比例所製備的生坯強過低，最高只有0.73MPa，顯然單獨使用一種膠體無法滿足生坯強度的生產要求。二、不同兩種膠體配比對生坯的影響使用不同膠體兩兩按照1:1的重量份配比，由於實驗數據較多，此處只列舉出生坯強度大於1.0的配比數據。組分及結果如下表所示。從表中的結果可以看出，選用卡拉膠、田箐膠、刺槐豆膠、海藻酸鈉兩兩配比能顯著增加生坯強度，且選擇刺槐豆膠與海藻酸鈉兩兩配比對生坯強度增加效果最好。三、不同膠體比例對生坯的影響選擇刺槐豆膠與海藻酸鈉復配，測試不同配比對生坯強度的影響從表中的結果可以看出，選擇刺槐豆膠與海藻酸鈉復配，當刺槐豆膠與海藻酸鈉質量比為2:1時，所製備的陶瓷生坯強度最高。四、不同分散劑對漿料的影響分別在固相量為53％，刺槐豆膠與海藻酸鈉(2:1)添加量為1.4％的漿料中分別加入腐植酸鈉、檸檬酸鈉、碳酸鈉、六偏磷酸鈉、低分子聚丙烯酸鈉，分別觀察漿料的流動性如下表所示：註：當漿料粘度大於1000mpa·s，表示無法流動；當漿料粘度介於500-1000mpa·s時，表示流動性能差；當漿料粘度小於500mpa·s時，表示流動性能好。從表中的結果可以看到，單獨使用一種分散劑時，漿料流動性差。五、選擇腐植酸鈉與六偏磷酸鈉復配對漿料的影響分別在固相量為53％,刺槐豆膠與海藻酸鈉(2:1)添加量為1.4％的漿料中外加不同比例的腐植酸鈉與六偏磷酸鈉(外加量為1％)。註：當漿料粘度大於1000mpa·s，表示無法流動；當漿料粘度介於500-1000mpa·s時，表示流動性能差；當漿料粘度小於500mpa·s時，表示流動性能好。從表中的結果可以看到，當腐植酸鈉與六偏磷酸鈉質量比為1:1時，漿料的流動性能最好。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本
技術領域：
的普通技術人員，在不脫離本發明方法的前提下，還可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應視為本發明的保護範圍。當前第1頁1 2 3