CN105152626A - 长石-石英尾矿微波养护生产免烧陶瓷的工艺 - Google Patents

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马鸿文
张盼
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长石-石英尾矿微波养护生产免烧陶瓷的工艺，该工艺是将60～80重量％的长石-石英尾矿和20～40重量％的煅烧高岭土按比例均匀混合后，经球磨机磨细处理后得到固相物料，将32～39重量％的工业片碱、45～55重量％的水玻璃和13～16重量％的水按比例混合后得到液相物料，按照固液重量比2.0～3.0将固相物料加入到液相物料中并搅拌混合均匀，然后模压成型，静置3～5h，脱模后制品经微波养护，即制得免烧陶瓷材料。设计合理，工艺流程简单，产品性能指标优良，生产成本低廉，原料来源广泛，便于实施推广，且生产过程符合“清洁生产”的环保要求。

Description

长石-石英尾矿微波养护生产免烧陶瓷的工艺
技术领域
本发明涉及用长石-石英尾矿微波养护生产免烧陶瓷的工艺。
技术背景
本免烧陶瓷是基于矿物聚合材料原理而制备的一种陶瓷。矿物聚合材料(Geopolymer)是一种新型的无机非金属聚合材料，这种材料多以天然的铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原料，配以煅烧高岭土和碱激发剂，在20～120℃的养护温度下成型硬化，是一类由铝硅酸盐凝胶成分粘接的化学键陶瓷材料。由铝硅酸盐凝胶相形成的基体相，其化学组成与沸石相近，物理形态上呈三维网络结构，将未溶解的固体颗粒胶结为坚硬块体，是材料获得良好力学性能和化学稳定性的结构基础。本发明不需加入水泥，相对于加气混凝土和泡沫混凝土，减少了水泥的应用。同时，矿物聚合材料的养护方式主要以空气加热养护为主，其养护周期长，成本高，不易实施推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用长石-石英尾矿生产免烧陶瓷的方法。该方法设计合理，工艺流程简单，无“三废”排放，原料来源广泛，成本低廉。
本发明的另一个目的在于用微波养护代替传统的空气加热养护方式，该方式养护周期短，能耗低，便于实施推广。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
这种利用长石-石英尾矿微波养护生产免烧陶瓷材料的工艺，包括下述步骤：
(1)原料处理步骤：将60～80重量％的长石-石英尾矿与20～40重量％的煅烧高岭土混磨后作为固相物料；将32～39重量％的工业片碱、45～55重量％的水玻璃和13～16重量％的水混合均匀作为液相物料；
(2)配料混合步骤：将步骤(1)中混合好的固相物料和液相物料按照2.0～3.0重量比置于搅拌器中搅拌5～10分钟后，即制得混合浆料；
(3)浇注成型步骤：将步骤(2)所得浆料直接浇注入固定模具模压成型，成型压力3-8MPa，成型后静置3～5小时后脱模；
(4)微波养护步骤：将步骤(3)所得固体样品转移到微波干燥器中，在微波频率为2450±50MHz条件下养护40～120分钟，即制得免烧陶瓷材料。
在本发明中的原料处理步骤中，长石-石英尾矿为金属矿山花岗岩选矿的尾矿，去除磁性矿物和暗色矿物后，其主要物相为钾长石、钠长石和石英。煅烧高岭土为高岭土在850℃下煅烧2～4小时的产物，主要物相为非晶态的铝硅酸盐。
在本发明中的原料处理步骤中，长石-石英尾矿和煅烧高岭土的粒度均为200目以下，即长石-石英尾矿和煅烧高岭土粒径均为0.074mm以下。
在本发明中的原料处理步骤中，水玻璃的模数(Na2O和SiO2的摩尔比)为2.2～2.6，波美度为35～40°Be，其通用的分子式为Na2O·nSiO2，呈无色透明或半透明的粘稠状液体；工业片碱为工业级氢氧化钠；使用的水为普通自来水。
在本发明中的配料混合步骤中，长石-石英尾矿和煅烧高岭土为固相物料，将工业片碱加入到水中搅拌均匀后，再加入水玻璃搅拌均匀成为液相物料，混合后的液相物料pH≥14。然后将混合后的固相物料加入到液相物料中，混合5～10分钟。
在本发明中的配料混合步骤中，所述的固相物料是按照固液重量比为2.0～3.0加入上述的液相物料中。
在本发明中的微波养护步骤中，微波干燥器输出功率为600～800W，微波频率为2450±50MHz，养护时间为40～120分钟。
本发明的免烧陶瓷材料具有如下主要优点：
1、强度性能高。采用本发明的配方由长石-石英尾矿制备的免烧陶瓷材料，抗压强度可以达70～80MPa，破坏强度大于3KN，断裂模数大于45MPa，所制备的免烧陶瓷性能上远高于现有的陶瓷砖(GB/T4100-2006)标准要求。
2、热震性稳定。将由长石-石英尾矿制备的免烧陶瓷材料按照陶瓷砖抗热震性测试方法(GB/T3810.9-2006)测试其抗热震性，测试样品表面没有发生剥落现象，未出现裂纹，完全符合陶瓷热稳定性的要求。
3、抗冻性稳定。将由长石-石英尾矿制备的免烧陶瓷材料按照陶瓷砖抗冻性测试方法(GB/T3810.12-2006)测试其抗冻性，测试样品表面完整，未出现剥落、裂纹等现象，完全符合陶瓷抗冻性的要求。
4、生产工艺简单，能耗低。由长石-石英尾矿制备的免烧陶瓷材料，其生产工艺流程为：原料处理→配料混合→浇注成型→微波养护→材料样品。材料微波养护频率为2450±50MHz，养护时间为40～120分钟，相对于养护箱的养护过程，大大减少了生产过程中的能耗。
5、原料来源广，成本低廉，利废量大。本发明的工艺方法其配料中长石-石英尾矿为工业矿山的尾矿，来源广泛，成本低廉，其用量高达60～80重量％，可以减少金属矿山尾矿的排放，便于在各地推广使用。
本发明工艺设计合理、工艺流程简单、无“三废”排放，符合高效节能和“清洁生产”的环保要求。采用本发明的方法制备的陶瓷与现有陶瓷材料的工艺相比，其主要改进之处是，以工业固体废弃物长石-石英尾矿代替了传统的粘土，从而大大减少了对粘土的消耗；与传统的免烧陶瓷相比减少了水泥的应用，从而使材料的生产成本有一定程度降低；同时，解决了矿山尾矿的长期堆存造成的环境问题。本发明原料来源广泛，工艺流程短，产品成本低，经济效益高，投资回收期短，便于实施推广。
附图说明
图1长石-石英尾矿微波养护生产免烧陶瓷的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，长石-石英尾矿与煅烧高岭土经混磨后得到固相物料。将工业片碱按一定的配合比在水中充分溶解后，与水玻璃进行混合搅拌，混合均匀后得到液相物料。将固相物料加入到液相物料中，经充分混合搅拌，即制得一种混合浆料，将该浆料注入模具中进行模压成型，压制成型后，经过一定时间后脱模，样品经微波养护，即制得免烧建筑陶瓷材料制品。
实施例1
长石-石英尾矿中主要物相含量组成为35.93重量％的钾长石、14.04重量％的钠长石和48.40％的石英；煅烧高岭土中主要成分含量为49.75重量％SiO2和43.23重量％Al2O3；水玻璃模数为2.46，波美度为40°Be。固相物料中各组分的配比为：煅烧高岭土40重量％；长石-石英尾矿60重量份；液相物料中各组分的配比为：工业片碱39重量％；水玻璃45重量％；水16重量％。固液重量比为2.0。
如图1所示，将长石-石英尾矿与煅烧高岭土按上述重量比称量好，置于球磨机中，在混合物料的同时也可以将固相物料磨细。将工业片碱按配方称量好后完全溶解在定量的水中，得到氢氧化钠溶液。将氢氧化钠溶液和水玻璃充分混合得到液相物料。将固相物料加入液相物料中充分混合5分钟得到混合料浆。
将浆料浇注在模具上压制成型，成型压力4MPa，静置3小时后将成形的样品脱模。将样品转移至低温微波干燥器中，微波频率为2450MHz，养护时间40分钟。在微波干燥器中缓慢降温至室温。样品取出后即为免烧陶瓷材料。该陶瓷材料还要在厂区停留3天，保证产品质量稳定。采用上述配方以及工艺条件，制备的免烧陶瓷材料的理化性能如下：
破坏强度：＞3000N，断裂模数：平均值46.03MPa，单值≥45.05MPa(陶瓷砖强度性能精细品技术要求破坏强度≥900，断裂模数平均值≥17.5MPa，单值≥15MPa，GB/T4100-2006)
抗压强度：平均值＝77.01MPa，单值≥74.92MPa(路面砖强度性能CC60等级技术要求抗压强度平均值≥60MPa，单值≥50MPa)
含水量：4.28％
吸水率：16.97％
线收缩率：0.1％
热震性测定：将样品按照陶瓷砖抗热震性测试方法(GB/T3810.9-2006)测试其抗热震性。通过样品在15℃和145℃之间的10次循环，样品表面均没有剥落，未出现裂纹。
抗冻性测定：将样品按照陶瓷砖抗冻性测试方法(GB/T3810.12-2006)测试其抗冻性，样品在-5℃和5℃之间经过100次循环后，样品表面完整，未出现剥落、裂纹等现象。
实施例2
在实施例2中，长石-石英尾矿中主要物相含量组成为49.32重量％的钾长石、12.43重量％的钠长石和31.56％的石英，固相物料中各组分的配比为：煅烧高岭土25重量％；长石-石英尾矿75重量份；液相物料中各组分的配比为：工业片碱35重量％；水玻璃50重量％；水15重量％。固液重量比为2.6。除上述的条件外，其余的工艺参数和实施例1相同。采用上述配方以及工艺条件，制备的免烧陶瓷材料的理化性能如下：
破坏强度：＞3300N，断裂模数：平均值54.25MPa，单值≥50.13MPa(陶瓷砖强度性能技术要求精细品破坏强度≥900，断裂模数平均值≥17.5MPa，单值≥15MPa，GB/T4100-2006)
抗压强度：平均值＝82.34MPa，单值≥81.25MPa(路面砖强度性能CC60等级技术要求抗压强度平均值≥60MPa，单值≥50MPa)
含水量：3.92％
吸水率：14.48％
线收缩率：0.1％
热震性测定：将样品按照陶瓷砖抗热震性测试方法(GB/T3810.9-2006)测试其抗热震性。样品表面均没有剥落，未出现裂纹。
抗冻性测定：将样品按照陶瓷砖抗冻性测试方法(GB/T3810.12-2006)测试其抗冻性，样品在-5℃和5℃之间经过100次循环后，样品表面完整，未出现剥落、裂纹等现象。

Claims (6)

1.长石-石英尾矿微波养护生产免烧陶瓷的工艺，其特征在于：该工艺方法包括以下步骤：
(1)原料处理步骤：将60～80重量％的长石-石英尾矿与20～40重量％的煅烧高岭土按比例均匀混合后，在球磨机上混磨后得到固相物料；将32～39重量的工业片碱、45～55重量的水玻璃和13～16重量的水按照上述配比搅拌混合均匀得到液相物料；
(2)配料混合步骤：将步骤(1)所得的混磨固相物料与液相物料按照固液质量比2.0～3.0置于搅拌器中搅拌，搅拌5～10分钟后，即制得混合浆料；
(3)模压成型步骤：将步骤(2)所得浆料直接注入固定模具后，模压成型，后脱模即可；
(4)微波养护步骤：将步骤(3)所得固体转移到微波干燥器中，微波干燥器输出功率为600～800W，养护40～120分钟，即制得免烧陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的方法生产免烧陶瓷材料，其特征在于：所述的长石-石英尾矿与煅烧高岭土的粒度均为200目以下，即长石-石英尾矿与煅烧高岭土的粒径均为0.074mm以下。
3.根据权利要求1所述的方法生产免烧陶瓷材料，其特征在于：所述的长石-石英尾矿为金属矿山花岗岩尾矿，在去除磁性矿物和其他暗色矿物后得到；其物相含量为10～50重量％的钾长石、10～30重量％的钠长石和30～80％的石英；煅烧高岭土为高岭土在850℃下煅烧2～4小时的产物，其物相为非晶态的铝硅酸盐。
4.根据权利要求1所述的方法生产免烧陶瓷材料，其特征在于：在原料处理步骤，其搅拌混合过程是先将工业片碱加入到水中搅拌均匀后，再加入水玻璃搅拌均匀成为液相物料。
5.根据权利要求1所述的方法生产免烧陶瓷材料，其特征在于：在模压成型步骤，成型压力3-8MPa，成型的样品再静置3～5小时后脱模。
6.根据权利要求1所述的方法生产免烧陶瓷材料，其特征在于：在微波养护步骤，微波的频率为2450±50MHz。
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