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CN115536372B - 一种陶瓷岩板、干法制粉陶瓷岩板坯体及其制备方法 - Google Patents

一种陶瓷岩板、干法制粉陶瓷岩板坯体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种陶瓷岩板、干法制粉陶瓷岩板坯体及其制备方法，涉及建筑陶瓷技术领域。本发明的干法制粉陶瓷岩板坯体的制备原料包括如下重量份的组分：六偏磷酸钠0.1～0.5份，气相法纳米氧化铝0.1～0.5份，沉淀法纳米二氧化硅0.2～0.8份；还包括如下重量份的组分：煅烧煤矸石4～8份，铝矾土4～10份，钾钠水磨料8～16份，叶蜡石2～6份，钾砂13～23份，钾钠混合砂10～30份，硅砂10～20份，膨润土5～17份，透辉石2～6份。本发明通过选用特定组分复配，既保证干法制粉顺利进行，又保证坯体具有足够的强度；通过特定分散剂的复配，使坯体粉料具有较强的流动性能。

Description

一种陶瓷岩板、干法制粉陶瓷岩板坯体及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑陶瓷技术领域，尤其是一种陶瓷岩板、干法制粉陶瓷岩板坯体及其制备方法。
背景技术
陶瓷岩板坯体粉料传统的加工方式为湿法制粉，主要包括湿法球磨，然后把含水率在35～38％左右的浆料再进行喷雾干燥，得到含水率在6～7％的粉料，再进行压制成砖坯。湿法制粉模式中，由含水率较大的浆料喷雾造粉，需要较大的热能，能耗巨大。为了解决耗能大的问题，目前有更多的研究着眼于干法制粉。
干法制粉相对于湿法制粉，能耗低，效率高，是陶瓷生产企业降低成本，降低能耗，降低排放的一大举措。但与湿法制粉相比，干法制粉目前主要存在以下问题：(1)由于粘土类材料难以分散，现有技术中的干法制粉陶瓷坯体粉料并不使用粘土类材料，在缺少粘土类材料的情况下，使的坯体粉料的强度大大降低；(2)干法制粉的粉料颗粒是实心颗粒相对于湿法制粉的空心颗粒致密度大，压制坯体时需要减少压机压力，同时会造成坯体强度降低，影响产品成品率；(3)干法制粉的颗粒相对于湿法制粉颗粒表面相对稍不规则，粉料流动性稍差，在压制砖坯时干法制粉相对湿法难以使坯体致密度均匀，特别规格相对较大的岩板，干法制粉目前还难以应用；(4)由于干法制粉对于原材料水分和粘度的要求，使得大部分坯体材料不能运用到干法制粉，导致粉料配方受到限制，目前干法制粉的粉料大部分只能运用到发泡陶瓷制作；(5)干法制粉相对于湿法制粉对于粉料除铁效果较差，从而导致了干法制粉粉料含铁量较高，使产品缺陷率有所提高，影响产品的质量。
目前大规格岩板的尺寸普遍在900*1800mm以上，甚至在1800*3600mm以上，越大的规格对于坯体粉料的性能要求越高。一方面在于坯体布料时，需要粉料较好的流动性，才可以使粉料均匀分布，使得大规格岩板各个部位的致密度接近；另一方面大规格岩板对于坯体的强度要求高，需要足够的强度才可以保证产品的成品率。这就要求干法制粉的陶瓷岩板坯体的粉料既具有优异的流动相，制得的陶瓷岩板坯体又具有优异强度。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中干法制粉陶瓷岩板坯体的粉料流动性差、坯体强度不足的缺陷，提供一种陶瓷岩板、干法制粉陶瓷岩板坯体及其制备方法。通过选用特定组分复配，并限定合理水分及化学成分，减少高黏性材料的应用，既保证干法制粉顺利进行，又保证坯体具有足够的强度；同时通过特定分散剂的复配，使坯体的粉料具有较强的流动性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种干法制粉陶瓷岩板坯体，所述干法制粉陶瓷岩板坯体的制备原料包括如下重量份的组分：
六偏磷酸钠0.1～0.5份，气相法纳米氧化铝0.1～0.5份，沉淀法纳米二氧化硅0.2～0.8份。
优选地，所述干法制粉陶瓷岩板坯体的制备原料，还包括如下重量份的组分：
煅烧煤矸石4～8份，铝矾土4～10份，钾钠水磨料8～16份，叶蜡石2～6份，钾砂13～23份，钾钠混合砂10～30份，硅砂10～20份，膨润土5～17份，透辉石2～6份。
本发明通过选用特定组分进行复配，并限定合理水分及化学组成，减少高黏性材料的应用，既保证干法制粉顺利进行，又保证坯体具有足够的强度；同时通过特定分散剂的复配，使干法制粉陶瓷岩板坯体的粉料具有较强的流动性能。
在本发明的干法制粉陶瓷岩板坯体，采用六偏磷酸钠、气相法纳米氧化铝和沉淀法纳米二氧化硅进行复配，形成干法制粉陶瓷岩板坯体的促分散体系。六偏磷酸钠，为无机分散剂，在与各物料一同研磨加工过程中，六偏磷酸钠分子间键力受到破坏，含有电解质的Na+，互相具有排斥力，使粉料的分散力大大增加，保证了干法制粉粉料的流动性。气相法纳米氧化铝和沉淀法纳米二氧化硅，在研磨加工过程中较为均匀且细微的分散于颗粒表面，在不断研磨加工的过程中，纳米氧化铝颗粒之间形成互相排斥的力，使干法制粉粉料难以团聚，具有较好的流动性。
发明人研究发现，虽然纳米二氧化硅也有气相法制得的，但与沉淀法纳米二氧化硅相比，气相法纳米二氧化硅会导致本发明的干法制粉陶瓷岩板坯体原料中各组分过于分散，组分间结合力差，从而导致制得的陶瓷岩板坯体强度低。
优选地，所述气相法纳米氧化铝的比表面积为110～150m2/g。
优选地，所述沉淀法纳米二氧化硅的平均粒径为50～100nm。
优选地，所述干法制粉陶瓷岩板坯体的制备原料，包括如下重量份的组分：
煅烧煤矸石5～7份，铝矾土6～8份，钾钠水磨料10～14份，叶蜡石3～5份，钾砂15～20份，钾钠混合砂15～25份，硅砂13～18份，膨润土10～15份，透辉石3～5份，六偏磷酸钠0.2～0.4份，气相法纳米氧化铝0.2～0.4份，沉淀法纳米二氧化硅0.5～0.7份。
在上述重量范围内，干法制粉陶瓷岩板坯体具有较高的强度，干法制粉陶瓷岩板坯体的粉料具有更好的流动性。
在本发明的干法制粉陶瓷岩板坯体中，膨润土是增大坯体强度的主要材料。膨润土具有较低的粘度，易于解胶，适合干法制粉的使用，在磨加工过程中，膨润土不会造成物料结团，同时其具有较高的塑性，以及较大的成型强度，是干法制粉增大坯体强度的主要材料。
优选地，所述膨润土的水分含量为8～12wt％。
优选地，所述膨润土的颗粒度控制为10～20目。
优选地，以重量百分含量计，所述膨润土的化学成分包括：SiO258.10～61.24％，Al2O330.12～36.35％，K2O0.56～0.98％，Na2O 1.02～1.85％。
所述煅烧煤矸石，采用煤矿尾矿进行煅烧。煅烧煤矸石主要提供坯体所需的Al2O3和SiO2，在岩板烧成后形成强度较大的莫来石晶相的主要成份。
优选地，所述煅烧煤矸石的水分含量≤2wt.％。
优选地，所述煅烧煤矸石颗粒度为20～50目。
优选地，以重量百分含量计，煅烧煤矸石的化学成分包括：Al2O350.32～55.32％，SiO242.35～46.85％。
铝矾土同样提供坯体所需的Al2O3和SiO2，但相对于煅烧煤矸石，铝矾土具有一定粘性，可以提高坯体的生坯强度。
优选地，所述铝矾土的水分含量控制在8～11wt.％。
优选地，以重量百分含量计，所述铝矾土的化学成分包括：SiO249.35～51.68％，Al2O345.35～48.95％。
所述钾钠水磨料，是原矿钾钠石粉经过水磨后酸洗去除铁质及杂质，钾钠水磨料的水分含量控制在9～16wt.％，颗粒度在30～50目之间。钾钠水磨料主要提供氧化钾，氧化钠做熔剂，起到降低坯体烧成温度的作用，促使晶相尽早形成。以重量百分含量计，钾钠水磨料的化学成分包括：SiO258.69～62.35％，Al2O313.52～16.53％，K2O6.35～8.69％，Na2O3.45～5.36％，Fe2O3 0.06～0.10％。
所述钾钠混合砂，水分含量控制在6～9wt.％，颗粒度在10～30目之间。钾钠混合砂同时具有助熔剂Na2O和K2O，两者结合形成的熔剂助熔效果更加优异。以重量百分含量计，所述钾钠混合砂的化学成分包括：SiO267.16～70.66％，Al2O313.65～17.45％，K2O 4.58～6.67％，Na2O 3.85～5.25％，Fe2O3 0.8～1.2％。
钾钠水磨料同钾钠混合砂在配方中都主要提供了一价氧化物助熔剂，钾钠水磨料经过酸洗及水磨后含有较少的杂质，烧成后相对于钾钠混合砂具有较高的白度，但经过水洗后材料的悬浮性相对较差，配方中运用钾钠混合砂和钾钠水磨料可以各取其长。
利用叶蜡石在作为原料时具有的低粘度，易于解胶的特点，而在烧成后利用其具有的Al2O3和SiO2，在坯体中形成莫来石晶相，从而大大增大岩板的强度。优选地，所述叶蜡石为高岭土质叶腊石。
优选地，所述叶蜡石的水分含量为8～10wt％。
优选地，所述叶蜡石的颗粒度为20～50目。
优选地，以重量百分含量计，叶蜡石的化学成分包括：SiO252.98～56.34％，Al2O342.36～46.32％。
所述钾砂优选产自北流的钾砂。钾砂中具有高K2O含量，利用氧化钾的助熔作用，来降低坯体配方的烧成温度；氧化钾相对于氧化钠具有稍高的高温粘度，有利于产品变形度的控制。
优选地，以重量百分含量计，所述钾砂的化学成分包括：SiO268.56～72.56％，Al2O313.65～17.45％，K2O6.58～8.67％，Na2O:0.85～1.25％。
优选地，所述钾砂的水分含量为4.5～6.5wt％。
优选地，所述钾砂的颗粒度控制为20～50目。
所述硅砂优选为白度≥70°的超白硅砂。超白硅砂具可以提升岩板坯体的烧成后白度。
优选地，所述硅砂的水分含量为4～8wt％。
优选地，所述硅砂的颗粒度控制为30～60目。
优选地，以重量百分含量计，所述硅砂的化学成分包括：SiO270.68～75.68％，Al2O316.8～20.51％，K2O1.52～2.31％。
透辉石具有较高的助熔性能，可使坯料中的游离态石英，氧化铝充分熔融，形成更多的莫来石晶相。同时大大减少了游离态石英的存在，较少了坯体烧成后的内应力，从而减少了岩板的开裂问题。
优选地，所述透辉石的水分含量为4.2～5.8wt％。
优选地，所述透辉石的颗粒度控制为30～50目。
优选地，以重量百分含量计，所述透辉石的化学成分包括：SiO254.68～56.49％，CaO24.8～26.05％，MgO15.25～19.35％。
以重量百分含量计，本发明的陶瓷岩板坯体干基混合料的化学成分包括：SiO265.73～71.73％，Al2O316.51～19.06％，Fe2O30.4～0.6％，TiO20.2～0.4％，CaO1.21～1.62％，MgO1.65～1.98％，K2O2.65～3.05％，Na2O1.83～2.53％，酌减4.86～5.07％。
本发明还保护上述干法制粉陶瓷岩板坯体的制备方法，包括如下步骤：
S1.按配方称取各原料，混合均匀，研磨，除铁，得到细料；
S2.对所述细料进行喷水造粒，水中含有5～10wt.％多功能聚合液，得到粒料；所述多功能聚合液包括聚丙烯酸钠、膨润土和水；
S3.所述粒料经干燥、硬化、破碎、级配、陈腐，得到粉料；
S4.将所述粉料进行压制，得到所述干法制粉陶瓷岩板坯体。
多功能聚合液以水为基体，含有聚丙烯酸钠和膨润土，可以使粉料具有可塑性，同时增大粉料的结合力，在成型后具有更大的坯体强度。
优选地，所述多功能聚合液由如下方法制得：将聚丙烯酸钠、膨润土和水混合后，进行球磨，得到细度在325目，筛余为0.05～0.1wt.％的液体，即为所述多功能聚合液。
优选地，所述多功能聚合液中包括如下重量份的组分：聚丙烯酸钠20～30份，膨润土8～10份，水68～72份。
优选地，步骤S1.中，所述细料的细度为过250目筛，筛余在0.8～1.0wt.％。
优选地，步骤S2.中，所述粒料的含水量为10～12％。
含水率小于10％，往往喷得不够均匀；含水率大于12％，后期再进行干燥易造成能耗增大。
优选地，步骤S3.中，所述级配为控制粒料在20目以上占比为0.5wt.％，40目以上占比为22wt.％，60目以上占比为60wt.％，80目以上占比为70wt.％，80-90目占比为20wt.％，90-100目占比为3wt.％。
优选地，步骤S3.中，所述陈腐的时间为12～15小时。
所述制备方法的步骤S3中制得的粉料具有优异的流动性，流出100ml的漏斗所需用时间为40～50秒。
本发明还保护一种陶瓷岩板，所述陶瓷岩板包括陶瓷岩板坯体层，所述陶瓷岩板坯体层由所述干法制粉陶瓷岩板坯体制得。
采用本发明的陶瓷岩板坯体制备的陶瓷岩板的收缩率为10.11～10.55％。通过控制稍大的收缩而不需减少压机压力，从而保证了生坯的强度。
优选地，所述陶瓷岩板的规格≥900*1800mm；更优选地，所述陶瓷岩板的规格≥1800*3600mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种陶瓷岩板、干法制粉陶瓷岩板坯体及其制备方法。通过选用特定组分复配，并限定合理水分及化学成分，减少高黏性材料的应用，既保证干法制粉顺利进行，又保证坯体足够的强度；同时通过特定分散剂的复配，使干法制粉陶瓷岩板坯体的粉料具有较强的流动性能。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1～7
实施例1～7分别提供一种干法制粉陶瓷岩板坯体，原料的组分含量(重量份)如表1。
表1
实施例1～7的干法制粉陶瓷岩板坯体的制备方法如下：
S1.按照表1的原料配方，称取各组分，混合均匀，输送进雷蒙磨进行磨细加工，经过磨细后，控制粉料细度在250目筛，筛余在0.8～1.0％；把磨细后细度合格的粉料运至过筛出铁区域，进行除铁；
S2.经过除铁完毕的粉料进行喷水进行造粒，经过喷水造粒后的粒料水分控制在10～12％的含水率，水中含有8wt.％多功能聚合液，多功能聚合液包括聚丙烯酸钠25份，膨润土10份，水70份，增强聚合液由如下方法制得：将聚丙烯酸钠、膨润土和水混合后，进行球磨，得到细度在325目，筛余为0.05～0.1％的液体，即为多功能聚合液；
S3.对粒料进行干燥，把水分控制在6.5～7.5％之间，再进行硬化、破碎，级配，级配为控制粒料在20目以上占比为0.5wt.％，40目以上占比为22wt.％，60目以上占比为60wt.％，80目以上占比为70wt.％，80-90目占比为20wt.％，90-100目占比为3wt.％；然后进行陈腐12h，得到粉料；
S4.将粉料进行压制至600*600mm规格，得到干法制粉陶瓷岩板坯体。
实施例8～10
实施例8～10分别提供一种干法制粉陶瓷岩板坯体，均由实施例1的干法制粉陶瓷岩板坯体的原料制得，与实施例1区别在于：
实施例8干法制粉陶瓷岩板坯体的制备步骤S2.中，水中含有5wt.％多功能聚合液；
实施例9干法制粉陶瓷岩板坯体的制备步骤S2.中，水中含有10wt.％多功能聚合液；
实施例10干法制粉陶瓷岩板坯体的制备步骤S2.中，多功能聚合液包括聚丙烯酸钠30份，膨润土8份，水68份。
对比例1～6
对比例1～6分别提供一种干法制粉陶瓷岩板坯体，原料的组分含量(重量份)如表2，制备方法与实施例1～7相同。
表2
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6
煅烧煤矸石 6 6 6 6 6 6
铝矾土 7 7 7 7 7 7
钾钠水磨料 12 12 12 12 12 12
叶蜡石 4 4 4 4 4 4
钾砂 18 18 18 18 18 18
钾钠混合砂 20 20 20 20 20 20
硅砂 15 15 15 15 15 15
膨润土 13 13 13 13 13 13
透辉石 4 4 4 4 4 4
六偏磷酸钠 - 0.3 0.3 - 0.3 0.3
三聚磷酸钠 0.3 - - - - -
气相法纳米氧化铝 0.3 - 0.3 0.3 - 0.3
液相法纳米氧化铝 - 0.3 - - - -
沉淀法纳米二氧化硅 0.5 0.5 - 0.5 0.5 -
气相法纳米二氧化硅 - - 0.5 - - -
对比例7～9
对比例7～9分别提供一种干法制粉陶瓷岩板坯体，均由实施例1的干法制粉陶瓷岩板坯体的原料制得，与实施例1区别在于：
对比例7干法制粉陶瓷岩板坯体的制备步骤S2.中，水中不含多功能聚合液；
对比例8干法制粉陶瓷岩板坯体的制备步骤S2.中，水中含有8wt.％市售增强液(主要成分及占比为甲基纤维素钠5wt.％，木质素5wt.％，三聚磷酸钠3.5wt.％，水：86.5wt.％)；
对比例9干法制粉陶瓷岩板坯体的制备步骤S2.中，多功能聚合液包括聚丙烯酸钠25份，膨润土0份，水70份。
性能测试
对上述实施例和对比例得到的陶瓷岩板坯体以及步骤S3中所制得的粉料的性能进行表征，具体测试项目及测试方法和结果如下：
(1)粉料流动性：采用漏斗法，选取100ml步骤S3中所制得的粉料，计算全部经过漏斗流出所用的时间，时间越短说明流动性越好；
(2)坯体强度：坯体经过烘干排除水分，通过坯体抗折强度检测仪进行强度检测。
实施例及对比例的检测结果见表3。
表3
根据表3的测试结果，本发明各实施例所制备的陶瓷岩板坯体的粉料均具有较好的流动性，100ml经过漏斗流出所用的时间为24.5～31秒；经过压制，坯体强度≥2.2MPa，说明本发明的干法制粉陶瓷岩板坯体具有高强度。根据岩板粉料对于流动性的要求，粉料的流速在20～40秒，所压制的砖坯最为均匀致密，小于20秒，则粉料在压机皮带处难以堆积，大于40秒，则压制的砖坯致密度不均匀。
根据实施例1～3、6～7，可以看出，干法制粉陶瓷岩板坯体的原料为：煅烧煤矸石5～7份，铝矾土6～8份，钾钠水磨料10～14份，叶蜡石3～5份，钾砂15～20份，钾钠混合砂15～25份，硅砂13～18份，膨润土10～15份，透辉石3～5份，六偏磷酸钠0.2～0.4份，气相法纳米氧化铝0.2～0.4份，沉淀法纳米二氧化硅0.5～0.7份时，干法制粉陶瓷岩板坯体的粉料的流动性更优。
对比例1～3中，分别将六偏磷酸钠等质量替换为三聚磷酸钠、将气相法纳米氧化铝等质量替换为液相法纳米氧化铝、将沉淀法纳米二氧化硅等质量替换为气相法纳米二氧化硅；对比例4～6中，分别去除六偏磷酸钠、气相法纳米氧化铝、沉淀法纳米二氧化硅的添加；根据表3的测试结果。对比例1～6所制得的干法制粉陶瓷岩板坯体的粉料的流动性差，且制得的坯体强度低。由此可见，六偏磷酸钠、气相法纳米氧化铝、沉淀法纳米二氧化硅在特定的复配条件下，通过协同增效作用，起到促分散的作用。
对比例7中，陶瓷岩板坯体的制备中未添加多功能聚合液，对比例7与实施例1相比，干法制粉陶瓷岩板坯体的粉料的流动性变差，且制得的坯体强度较低。对比例9中，多功能聚合液中不含膨润土，对比例9与实施例1相比，制得的坯体强度大幅下降。
对比例8为采用市售的普通增强液等质量替换本申请的多功能增强液，售的普通增强液无法提供如本申请多功能增强液所起到的促流动、提高强度的作用。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种干法制粉陶瓷岩板坯体，其特征在于，所述干法制粉陶瓷岩板坯体的制备原料包括如下重量份的组分：
六偏磷酸钠0.1~0.5份，气相法纳米氧化铝 0.1~0.5份，沉淀法纳米二氧化硅 0.2~0.8份，煅烧煤矸石 4~8份，铝矾土 4~10份，钾钠水磨料 8~16份，叶蜡石 2~6份，钾砂 13~23份，钾钠混合砂 10~30份，硅砂 10~20份，膨润土 5~17份，透辉石 2~6份；
所述干法制粉陶瓷岩板坯体在制备过程中，喷水造粒所用水中含有5~10wt.%多功能聚合液，所述多功能聚合液中包括如下重量份的组分：聚丙烯酸钠 20~30份，膨润土 8~10份，水 68~72份。
2.根据权利要求1所述干法制粉陶瓷岩板坯体，其特征在于，所述干法制粉陶瓷岩板坯体的制备原料包括如下重量份的组分：
煅烧煤矸石 5~6份，铝矾土 6~8份，钾钠水磨料 10~14份，叶蜡石 3~5份，钾砂 15~20份，钾钠混合砂 15~25份，硅砂 13~18份，膨润土 10~15份，透辉石 3~5份，六偏磷酸钠 0.2~0.4份，气相法纳米氧化铝0.2~0.4份，沉淀法纳米二氧化硅 0.5~0.7份。
3.根据权利要求1所述干法制粉陶瓷岩板坯体，其特征在于，所述气相法纳米氧化铝的比表面积为110~150m2/g。
4.根据权利要求1所述干法制粉陶瓷岩板坯体，其特征在于，所述沉淀法纳米二氧化硅的平均粒径为50~100nm。
5.根据权利要求1或2所述干法制粉陶瓷岩板坯体，其特征在于，所述膨润土的水分含量为8~12wt.%，颗粒度为10~20目。
6.一种干法制粉陶瓷岩板坯体的制备方法，其特征在于，所述干法制粉陶瓷岩板坯体为权利要求1~5任一项所述的干法制粉陶瓷岩板坯体，所述制备方法包括如下步骤：
S1. 按配方称取各原料，混合均匀，研磨，除铁，得到细料；
S2. 对所述细料进行喷水造粒，水中含有5~10wt.%多功能聚合液，得到粒料；所述多功能聚合液包括如下重量份的组分：聚丙烯酸钠 20~30份，膨润土 8~10份，水 68~72份；
S3. 所述粒料经干燥硬化、破碎、陈腐，得到粉料；
S4. 将所述粉料进行压制，得到所述干法制粉陶瓷岩板坯体。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述多功能聚合液由如下方法制得：将聚丙烯酸钠、膨润土和水混合后，进行球磨，得到细度在325目，筛余为0.05~0.1wt%的液体，即为所述多功能聚合液。
8.一种陶瓷岩板，其特征在于，所述陶瓷岩板包括陶瓷岩板坯体层，所述陶瓷岩板坯体层由权利要求1~5任一项所述的干法制粉陶瓷岩板坯体制得。
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