一种陶瓷砖坯料及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域,具体涉及一种陶瓷砖坯料及制备方法。
背景技术
陶瓷行业作为传统产业,能耗较高,且陶瓷产品的生产能耗占陶瓷生产成本的30~40%,其中由于陶瓷砖的制粉几乎全部都采用了喷雾干燥制粉工艺,该过程消耗大量能源,并排放大量的SO2、CO2及烟尘废气,导致巨大的能源、资源浪费及环境污染。干法造粒只需将含水量10~12%的陶瓷粉料干燥成含水量6~8%的陶瓷粉料,相对于传统喷雾造粒湿法工艺具有节约水资源、能耗低、污染小的优点。
干法制粉工艺相对于传统喷雾造粒制粉技术能耗低,且调整工艺后粉料性能与喷雾造粒类似。现有陶瓷原料干法制粉工艺采用将硬质料、软质料同时进行球磨,由于原料硬度等物理性能不同,降低了球磨效率,能耗较高,对最终产品性能稳定性影响较大。另目前陶瓷原料干法制粉工艺采用直接加水至6~8%,经滚动、搅拌、等方式使原料与水混合而造粒,水分不能充分润湿颗粒,粉料颗粒不规则,流动性差,难以满足企业生产要求。干法制粉工艺同时对陶瓷坯料配方有一定要求,陶瓷坯料中的塑性原料最终影响粉料的粒度分布,瘠性原料的硬度则决定了制粉的效率。
发明内容
为克服现有技术中的问题,本发明目的是提供一种陶瓷砖坯料及制备方法,将陶瓷原料分为硬质料和软质料分开球磨,提高效率,同时采用增湿造粒后干燥的方法制备出最终造粒颗粒,该方法大大降低了制粉能耗,且粉料性能与喷雾造粒粉料性能相似,并且陶瓷砖坯料质量稳定,经压制成型后干坯强度较高。
为达到上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种陶瓷砖坯料,按质量百分比计,包括SiO2:63.4~73.6%、Al2O3:17.8~21.2%、Fe2O3:0.1~0.7%、TiO2:0.1~4.2%、CaO:1.5~4.1%、MgO:0.2~2.2%、K2O:2.2~3.8%、ZnO:0.3~0.5%、Na2O:2.1~3.3%、I.L.:1.8~3.6%。
一种陶瓷砖坯料的制备方法,包括以下步骤:
1)配制坯体增强剂溶液:将质量比CMC:PVA:聚丙烯酸钠:海藻酸钠=(2~3):(0.5~0.8):(15~20):(0.01~0.03),将CMC、PVA、聚丙烯酸钠、海藻酸钠混合后,加入水,得到质量分数5~8%的坯体增强剂溶液;
2)将粒径≤0.058mm的硬质料和粒径≤0.058mm的软质料混合均匀,然后加入到造粒机中,并向造粒机中加入坯体增强剂溶液,将经造粒机造粒后的粉料干燥至含水率为5~8%,再经过筛分,得到粒度为10~100目的粉料,即为陶瓷砖坯料;其中,硬质料与软质料的质量百分比为(66~89)%:(11~34)%,坯体增强剂溶液的加入量为硬质料、软质料总质量的10~15%。
所述步骤2)中硬质料为硅灰石、白云石、长石质量百分比为:(28~38)%:(33~55)%:(17~33)%的混合物,软质料为高铝泥、黑滑石、高岭土质量百分比为(33~61)%:(8~21)%:(31~48)%的混合物。
所述步骤2)中粒径≤0.058mm的硬质料和粒径≤0.058mm的软质料通过相同方法制得,粒径≤0.058mm的硬质料的具体制备为:将硬质料进行粗、中破碎处理,得到粒度≤25mm的颗粒,然后进行细磨,细磨至粒度≤0.058mm。
所述步骤2)中筛分后,将粒度不在10~100目范围内的粉料回收,再进行步骤2)。
所述步骤2)中干燥是在流化床干燥器中进行的。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明的坯料制备方法中属于干法制粉工艺,能够代替现有湿法制粉工艺,大大降低生产能耗,该方法在陶瓷粉料造粒时添加含有CMC、PVA、聚丙烯酸钠、海藻酸钠的坯体增强剂溶液,一方面提高了干坯强度,另一方面起到了优化了造粒效率和造粒颗粒质量的目的,由于坯体增强剂中高分子有机物的分子链相互交链,形成网络结构,且不同高分子有机物分子形成网状结构结构间距不同,形成多重网络结构,形成互补作用,具有更好的固定坯体粉料的作用,坯体粉料进入网状结构后被粘结在一起,能极大提高坯体强度。由于坯料中硬质料和软质料比例合理,造粒过程中颗粒能充分润湿,表面由于吸附作用和坯体增强剂的溶液粘性快速吸附颗粒而继续被粉料包裹,最终形成较为光滑颗粒。经上述造粒后的颗粒级配合理,陶瓷砖坯料流动性好。本发明中的硬质料和软质料的粒径≤0.058mm,粉末粒度越细,比表面积越大,原料越容易混合均匀,同时在加入水后更容易形成被充分润湿,更快形成均匀湿化的颗粒,造粒效果约好,考虑到研磨时间和效率的原因,控制颗粒粒径在小于等于0.058mm为最佳。本发明制备的粉料经压制成型干燥后干坯强度高,干坯平均强度达1.8~3.0MPa,便于工厂生产过程中干坯的转运。
本发明的陶瓷砖坯料中的各组分适合干法制粉工艺,相对一般干法造粒技术陶瓷砖坯料质量稳定,颗粒流动性好,陶瓷砖试样烧成后平均抗折强度达到38~55MPa,吸水率≤0.5%。
附图说明
图1为本发明的制备流程图。
图2为本发明制得的粒度范围为10~100目的粉料的显微形貌图。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明中烧成周期指从室温升温至1180℃~1220℃并在该温度下保温的时间。
一种陶瓷砖坯料,按质量百分比计,包括SiO2:63.4~73.6%、Al2O3:17.8~21.2%、Fe2O3:0.1~0.7%、TiO2:0.1~4.2%、CaO:1.5~4.1%、MgO:0.2~2.2%、K2O:2.2~3.8%、ZnO:0.3~0.5%、Na2O:2.1~3.3%、I.L.:1.8~3.6%。其中,I.L.表示灼减量。
实施例1:
1)参见图1,将硬质料和软质料分开处理,分别将硬质料和软质料进行粗、中破碎处理,得到粒度≤25mm的颗粒,而后采用雷蒙磨将破碎后颗粒进行细磨,细磨至粒度≤0.058mm,得到粒度≤0.058mm的硬质料和粒度≤0.058mm的软质料,放入料仓备用。
其中硬质料为质量百分比30%:46%:24%的硅灰石、白云石、长石的混合物,软质料为质量百分比49%:18%:33%的高铝泥、黑滑石、高岭土的混合物。
2)配制坯体增强剂溶液,按质量比为CMC:PVA:聚丙烯酸钠:海藻酸钠=2:0.5:19:0.03,将CMC、PVA、聚丙烯酸钠、海藻酸钠混合,然后加水制成质量分数6%的坯体增强剂溶液,以此作为坯体增强剂使用,同时达到优化造粒效率和颗粒质量的目的。
3)按照质量百分比计,将72%的粒度≤0.058mm的硬质料和28%的粒度≤0.058mm的软质料投入到混料器混合均匀,然后加入到造粒***(造粒***包括造粒机、流化床干燥器和振动筛分机)的造粒机中,并向造粒机中加入坯体增强剂溶液进行增湿造粒,造粒后的粉料进入流化床干燥器至含水率为7%,干燥后粉料经振动筛分机筛分,得到粒度范围为10~100目的粉料,即得到陶瓷砖坯料;过大和过小颗粒回收进入混料器重新造粒,将10~100目的粉料放入料仓陈腐。其中,坯体增强剂溶液的质量为粒度≤0.058mm的硬质料和粒度≤0.058mm的软质料质量和的11%;所得到的10~100目的造粒粉料如图2所示。
4)将陶瓷砖坯料在13MPa压力下压制成型,然后放入烘箱干燥后,得到干坯,干坯平均强度为2.7MPa,而后在电炉中烧成,先自室温升温至900℃,并于900℃下保温7min,然后升温至1180℃,在1180℃下保温6min,烧成周期为65min,得到陶瓷砖烧成试样,该陶瓷砖烧成试样平均抗折强度为48MPa,吸水率为0.4%。其中,烧成周期指从室温至升温至1180℃并在1180℃下保温的时间和。
上述方法制得的陶瓷砖坯料的化学成分按质量百分比计,包括SiO2:70.2%、Al2O3:18.3%、Fe2O3:0.3%、TiO2:1.1%、CaO:1.6%、MgO:0.3%、K2O:2.6%、ZnO:0.5%、Na2O:2.8%、I.L.:2.3%。
实施例2:
1)将硬质料和软质料分开处理,分别将硬质料和软质料进行粗、中破碎处理,得到粒度≤25mm的颗粒,而后采用雷蒙磨将破碎后颗粒进行细磨,细磨至粒度≤0.058mm,得到粒度≤0.058mm的硬质料和粒度≤0.058mm的软质料,放入料仓备用。
其中硬质料为质量百分比33%:38%:29%的硅灰石、白云石、长石的混合物,软质料为质量百分比51%:10%:39%的高铝泥、黑滑石、高岭土的混合物。
2)配制坯体增强剂溶液,按质量比为CMC:PVA:聚丙烯酸钠:海藻酸钠=3:0.6:18:0.02,将CMC、PVA、聚丙烯酸钠和海藻酸钠称量后混合,然后加水制成质量分数6.5%的溶液,即制得坯体增强剂溶液,以此作为坯体增强剂使用,同时达到优化造粒效率和颗粒质量的目的。
3)按照质量百分比计,将83%的粒度≤0.058mm的硬质料和17%的粒度≤0.058mm的软质料投入到混料器混合均匀,然后加入到造粒***(造粒***包括造粒机、流化床干燥器和振动筛分机)的造粒机中,并向造粒机中加入坯体增强剂溶液进行增湿造粒,造粒后的粉料进入流化床干燥器至含水率为6%,干燥后粉料经振动筛分机筛分,得到粒度范围为10~100目的粉料,过大和过小颗粒回收进入混料器重新造粒,将10~100目的粉料放入料仓陈腐,即得到陶瓷砖坯料;该陶瓷砖坯料流动性好。其中,坯体增强剂溶液的质量为粒度≤0.058mm的硬质料和粒度≤0.058mm的软质料质量和的12%;
4)将陶瓷砖坯料在12MPa压力下压制成型,然后放入烘箱干燥后,得到干坯,平均干坯强度为2.3MPa,再于在电炉中烧成,先自室温升温至900℃,于900℃下保温6min,而后升至1200℃,并在1200℃下保温5min,烧成周期为78min,得到陶瓷砖烧成试样,该陶瓷砖烧成试样的平均抗折强度为46MPa,吸水率为0.3%。
上述方法制得的陶瓷砖坯料的化学成分按质量百分比计,包括SiO2:65.2%、Al2O3:19.3%、Fe2O3:0.3%、TiO2:2.2%、CaO:3.1%、MgO:1.6%、K2O:2.3%、ZnO:0.4%、Na2O:2.2%、I.L.:3.4%。
实施例3
1)将硬质料和软质料分开处理,分别将硬质料和软质料进行粗、中破碎处理,得到粒度≤25mm的颗粒,而后采用雷蒙磨将破碎后颗粒进行细磨,细磨至粒度≤0.058mm,得到粒度≤0.058mm的硬质料和粒度≤0.058mm的软质料,放入料仓备用。
其中硬质料为质量百分比28%:55%:17%的硅灰石、白云石、长石的混合物,软质料为质量百分比61%:8%:31%的高铝泥、黑滑石、高岭土的混合物。
2)配制坯体增强剂溶液,按质量比为CMC:PVA:聚丙烯酸钠:海藻酸钠=2:0.7:15:0.02,将CMC、PVA、聚丙烯酸钠和海藻酸钠称量后混合,然后加水制成质量分数8%的溶液,即为坯体增强剂溶液,以此作为坯体增强剂使用,同时达到优化造粒效率和颗粒质量的目的。
3)按照质量百分比计,将77%的粒度≤0.058mm的硬质料和23%的粒度≤0.058mm的软质料投入到混料器混合均匀,在混匀后进入造粒***,(造粒***包括造粒机、流化床干燥器和振动筛分机)的造粒机中,并向造粒机中加入坯体增强剂溶液进行增湿造粒,造粒后的粉料进入流化床干燥器至含水率为7%,干燥后粉料经振动筛分机筛分,得到最终粒度范围为10~100目的粉料,即得到陶瓷砖坯料;过大和过小颗粒回收进入混料器重新造粒,将粒度范围为10~100目的粉料放入料仓陈腐备用。其中,坯体增强剂溶液的质量为粒度≤0.058mm的硬质料和粒度≤0.058mm的软质料质量和的13%。
4)将陶瓷砖坯料在13MPa压力下压制成型,然后放入烘箱干燥后,得到干坯,干坯平均强度为2.2MPa,再于在电炉中烧成,先自室温升温至900℃,于900℃下保温7min,而后升至1210℃,并在1210℃下保温5min,烧成周期为80min,得到陶瓷砖烧成试样,该陶瓷砖烧成试样平均抗折强度为39MPa,吸水率为0.5%。
上述方法制得的陶瓷砖坯料的化学成分按质量百分比计,包括SiO2:68.6%、Al2O3:17.9%、Fe2O3:0.4%、TiO2:1.5%、CaO:2.2%、MgO:0.9%、K2O:2.8%、ZnO:0.3%、Na2O:2.5%、I.L.:2.9%。
实施例4
1)配制坯体增强剂溶液:将质量比CMC:PVA:聚丙烯酸钠:海藻酸钠=3:0.8:16:0.01,将CMC、PVA、聚丙烯酸钠、海藻酸钠混合后,加入水,得到质量分数5%的坯体增强剂溶液;
2)将硬质料进行粗、中破碎处理,得到粒度≤25mm的颗粒,然后进行细磨,细磨至粒度≤0.058mm;再将粒径≤0.058mm的硬质料和粒径≤0.058mm的软质料混合均匀,然后加入到造粒机中,并向造粒机中加入坯体增强剂溶液,将经造粒机造粒后的粉料在流化床干燥器中干燥至含水率为5%,再经过筛分,得到粒度为10~100目的粉料,即得到陶瓷砖坯料;筛分后,将粒度不在10~100目范围内的粉料回收,重新进行粉碎;
其中,硬质料与软质料的质量百分比为66%:34%,坯体增强剂溶液的加入量为硬质料、软质料总质量的14%;硬质料为质量百分比为33%:48%:19%的硅灰石、白云石、长石的混合物,软质料为质量百分比为40%:21%:39%的高铝泥、黑滑石、高岭土的混合物。
3)将陶瓷砖坯料在11MPa压力下压制成型,干燥后,得到干坯,干坯的平均强度达1.8MPa,然后进行烧成,先自室温升温至900℃,并于900℃下保温8min,再升温至1190℃,并在1190℃下保温10min,烧成周期为75min,得到陶瓷砖烧成试样。该陶瓷砖烧成试样的强度为51MPa,吸水率为0.5%。
上述方法制得的陶瓷砖坯料的化学成分按质量百分比计,包括SiO2:63.4%、Al2O3:19.4%、Fe2O3:0.6%、TiO2:2%、CaO:2.1%、MgO:2.2%、K2O:3.8%、ZnO:0.3%、Na2O:3.3%、I.L.:2.9%。
实施例5
1)配制坯体增强剂溶液:将质量比CMC:PVA:聚丙烯酸钠:海藻酸钠=2.5:0.5:20:0.03,将CMC、PVA、聚丙烯酸钠、海藻酸钠混合后,加入水,得到质量分数6%的坯体增强剂溶液;
2)将硬质料进行粗、中破碎处理,得到粒度≤25mm的颗粒,然后进行细磨,细磨至粒度≤0.058mm;再将粒径≤0.058mm的硬质料和粒径≤0.058mm的软质料混合均匀,然后加入到造粒机中,并向造粒机中加入坯体增强剂溶液,将经造粒机造粒后的粉料在流化床干燥器中干燥至含水率为7%,再经过筛分,得到粒度为10~100目的粉料,即得到陶瓷砖坯料;筛分后,将粒度不在10~100目范围内的粉料回收,重新进行粉碎;其中,硬质料与软质料的质量百分比为70%:30%,坯体增强剂溶液的加入量为硬质料、软质料总质量的10%;硬质料为质量百分比33%:34%:33%的硅灰石、白云石、长石的混合物,软质料为质量百分比44%:15%:41%的高铝泥、黑滑石、高岭土的混合物。
3)将陶瓷砖坯料在20MPa压力下压制成型,干燥后,得到干坯,干坯的平均强度达3MPa,然后进行烧成,先自室温升温至900℃,于900℃下保温7min,而后升至1190℃,并在1190℃下保温9min,烧成周期为73min,得到陶瓷砖烧成试样。该陶瓷砖烧成试样的强度为55MPa,吸水率≤0.5%。
上述方法制得的陶瓷砖坯料的化学成分按质量百分比计,包括SiO2:73.6%、Al2O3:18%、Fe2O3:0.1%、TiO2:0.1%、CaO:1.5%、MgO:0.2%、K2O:2.2%、ZnO:0.4%、Na2O:2.1%、I.L.:1.8%。
实施例6
1)配制坯体增强剂溶液:将质量比CMC:PVA:聚丙烯酸钠:海藻酸钠=2.2:0.6:15:0.01,将CMC、PVA、聚丙烯酸钠、海藻酸钠混合后,加入水,得到质量分数7%的坯体增强剂溶液;
2)将硬质料进行粗、中破碎处理,得到粒度≤25mm的颗粒,然后进行细磨,细磨至粒度≤0.058mm;再将粒径≤0.058mm的硬质料和粒径≤0.058mm的软质料混合均匀,然后加入到造粒机中,并向造粒机中加入坯体增强剂溶液,将经造粒机造粒后的粉料在流化床干燥器中干燥至含水率为8%,再经过筛分,得到粒度为10~100目的粉料,即得到陶瓷砖坯料;筛分后,将粒度不在10~100目范围内的粉料回收,重新进行粉碎;其中,硬质料与软质料的质量百分比为80%:20%,坯体增强剂溶液的加入量为硬质料、软质料总质量的15%;硬质料为质量百分比为29%:45%:26%的硅灰石、白云石、长石的混合物,软质料为质量百分比为39%:15%:46%的高铝泥、黑滑石、高岭土的混合物。
3)将陶瓷砖坯料在15MPa压力下压制成型,干燥后,得到干坯,干坯的平均强度达2MPa,然后进行烧成,先自室温升温至900℃,于900℃下保温7min,然后升温至1180℃,并在1180℃下保温4min,烧成周期为67min,得到陶瓷砖烧成试样。该陶瓷砖烧成试样的强度为45MPa,吸水率≤0.4%。
上述方法制得的陶瓷砖坯料的化学成分按质量百分比计,包括SiO2:64%、Al2O3:21.2%、Fe2O3:0.3%、TiO2:4.2%、CaO:1.6%、MgO:0.5%、K2O:3%、ZnO:0.5%、Na2O:2.6%、I.L.:2.1%。
实施例7
1)配制坯体增强剂溶液:将质量比CMC:PVA:聚丙烯酸钠:海藻酸钠=2.7:0.7:17:0.02,将CMC、PVA、聚丙烯酸钠、海藻酸钠混合后,加入水,得到质量分数8%的坯体增强剂溶液;
2)将硬质料进行粗、中破碎处理,得到粒度≤25mm的颗粒,然后进行细磨,细磨至粒度≤0.058mm;再将粒径≤0.058mm的硬质料和粒径≤0.058mm的软质料混合均匀,然后加入到造粒机中,并向造粒机中加入坯体增强剂溶液,将经造粒机造粒后的粉料在流化床干燥器中干燥至含水率为6%,再经过筛分,得到粒度为10~100目的粉料,即得到陶瓷砖坯料;筛分后,将粒度不在10~100目范围内的粉料回收,重新进行粉碎;其中,硬质料与软质料的质量百分比为89%:11%,坯体增强剂溶液的加入量为硬质料、软质料总质量的11%;硬质料为质量百分比38%:33%:29%的硅灰石、白云石、长石的混合物,软质料为质量百分比33%:19%:48%的高铝泥、黑滑石、高岭土的混合物。
3)将陶瓷砖坯料在17MPa压力下压制成型,干燥后,得到干坯,干坯的平均强度达2.5MPa,然后进行烧成,先自室温升温至900℃,于900℃下保温5min后升温中1180℃,并在1180℃下保温7min,烧成周期为71min,得到陶瓷砖烧成试样。该陶瓷砖烧成试样的强度为45MPa,吸水率≤0.4%。
上述方法制得的陶瓷砖坯料的化学成分按质量百分比计,包括SiO2:65.8%、Al2O3:17.8%、Fe2O3:0.7%、TiO2:1.2%、CaO:4.1%、MgO:1%、K2O:2.7%、ZnO:0.3%、Na2O:2.8%、I.L.:3.6%。
本发明为了对所制得的陶瓷砖坯料的性能进行测试,将陶瓷砖坯料在11~20MPa下压制成型,干燥后,得到干坯,干坯的平均强度达1.8~3.0MPa;然后烧成,烧成温度为1180~1220℃,升温至900℃时保温5~10min,而后升至烧成温度,烧成温度下保温3~10min,烧成周期为65~80min,得到陶瓷砖烧成试样。并对陶瓷砖烧成试样进行了测试。烧成陶瓷砖试样的强度为38~55MPa,吸水率≤0.5%。