CN107721380B - 一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法。一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：1)原料处理；2)原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：煤系高岭土10％～25％、煅烧铝矾土10％～25％、普通高岭土20～30％、长石15％～25％、滑石0～5％、石英18％～25％，称取原料，得到坯料；加入相当于坯料总质量的0.1％～0.25％的增强剂，球磨12～18h混合均匀，得到混合料；其中长石由钾长石和钠长石混合而成，混合后长石化学组成的K2O/Na2O＝2:1(质量比)；3)造粒和陈腐；4)半干压成型；5)干燥；6)施釉；7)烧成，得到低成本高铝质陶瓷薄板。该方法制备高铝质陶瓷薄板的烧成温度仅为1180℃，从而成本较低，强度也较高。

Description

一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，主要用作建筑内墙、外墙装饰板等，属于建筑陶瓷领域。
背景技术
陶瓷薄板是一种绿色、节能、环保的新型建筑陶瓷，可以按照其坯体中Al2O3含量分为高铝质(Al2O3≥28％)和高硅质(SiO2≥60％，Al2O3＜28％)两类。高铝质陶瓷薄板相对于高硅质陶瓷薄板而言，具备强度高、耐腐蚀性好、不易开裂等优点。但是，高铝质陶瓷薄板坯体配方中一般要添加工业氧化铝，导致其成本较高，限制了陶瓷薄板的应用。
中国发明专利《一种氧化硅陶瓷大薄板的制造方法》(CN201110039459.9)制备了高硅质陶瓷薄板，断裂强度仅为45～50MPa；《提高大规格超薄建筑陶瓷砖瓷坯性能的研究》(周健儿等.陶瓷学报，2006，27(3):243-249.)一文通过添加30％工业氧化铝微粉在1240℃下制得高铝质陶瓷薄板，强度达143MPa，成本较高；中国发明专利《一种利用煤矸石和钾长石制备陶瓷薄板的方法及由该方法制得的陶瓷薄板》(CN201610214106.0)通过添加煤矸石制备陶瓷薄板，强度达70.29MPa，烧成温度1270℃；《Processing and properties oflarge-sized ceramic slabs》(Raimondo,Dondi,et al.Boletín De La Sociedad
Figure BDA0001445677710000011
De Cerámica Y Vidrio,2010,49(4):289-295.)一文制备了大规格陶瓷薄板，抗折强度78MPa，烧成温度1220℃；中国发明专利《一种石英砂矿尾矿或硅砂矿尾矿基高强度陶瓷板及其制备方法》(CN104496438A)采用石英砂尾矿等原料制备陶瓷薄板，烧成温度虽为900℃，但抗折强度仅为32～37MPa。因此，如何在较低的温度下，制备高强度的高铝质陶瓷薄板，从而显著降低成本，成为陶瓷工业界的难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，该方法采用了低成本的煅烧铝矾土和煤系高岭土天然原料，制备高铝质陶瓷薄板的烧成温度仅为1180℃，从而成本较低，强度也较高。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是，一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
1)原料处理：将煤系高岭土、煅烧铝矾土、普通高岭土、长石、滑石、石英分别用球磨机球磨16～20h，过筛制备粉料备用，其中长石为钾长石和钠长石；
2)原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：煤系高岭土10％～25％、煅烧铝矾土10％～25％、普通高岭土20～30％、长石15％～25％、滑石0～5％、石英18％～25％，称取原料，得到坯料；加入相当于坯料总质量的0.1％～0.25％的坯体增强剂，球磨12～18h混合均匀，得到混合料；
其中长石由钾长石和钠长石混合而成，混合后长石化学组成的K2O/Na2O＝2:1(质量比)；
3)造粒和陈腐：采用喷雾造粒法加入相当于混合料质量的7％～10％的水造粒后陈腐24h～36h，得到陈腐好的坯料；
4)半干压成型：采用自动液压机将陈腐好的坯料压制成型后得陶瓷薄板坯体；
5)干燥：将成型好的陶瓷薄板坯体置于干燥箱中在95～100℃下干燥2～5h，得到生坯；
6)施釉：采用淋釉的方式在生坯上施一层薄釉，置于干燥箱中在80～100℃下干燥30min～1h，得到干燥好的坯体；
7)烧成：将干燥好的坯体放入辊道窑中烧成3～6h，最低烧成温度为1180℃，冷却,即可得到低成本高铝质陶瓷薄板。
步骤1)中所用煅烧铝矾土要求325目过筛，煤系高岭土、普通高岭土、长石、滑石、石英均过250目筛。
步骤2)中，混合料中TiO2的质量分数大于1.2％。
步骤6)中，一层薄釉的厚度为0.05-0.2mm。
所述煤系高岭土为山西金海洋能源有限公司提供的煤系高岭土原矿。
所述煅烧铝矾土为河南新密煅烧铝矾土，粒度为325目。
所述普通高岭土、长石、滑石、石英均为襄阳高铭矿业有限公司提供。
所述坯体增强剂为景德镇陶瓷大学的TY-2型坯体增强剂。
本发明的有益效果是：
1.成本较低。本发明的原料成本低，用煅烧铝矾土代替纯Al2O3作为高铝质陶瓷薄板坯体的铝源，同时引入另一种低成本原料--煤系高岭土；另一方面，利用煅烧铝矾土本身的TiO2杂质降低了烧成温度达1180℃。以上两项措施，使本发明的高铝质陶瓷薄板生产成本比其他种类陶瓷薄板降低了近1/3，有利于高铝质陶瓷薄板的推广生产和销售。
2.强度较高。本发明在坯体配方中采用煅烧铝钒土引入高弹性模量的刚玉晶相(见附图3中的点1)，有利于提高强度；同时，煅烧铝矾土中的杂质TiO2可与Al2O3形成固溶体(见附图3中的点3)，有助于烧成过程中液相的产生，从而使得烧成温度降低至1180℃。此外，本发明通过在坯体配方中引入煤系高岭土在烧成过程中原位生成富集生长的短棒状莫来石(见附图4)，分散了坯体内应力，延长了裂纹扩展路径，提高了陶瓷薄板的断裂强度，达84～92MPa，超过国家标准的45MPa。从而制备低成本的高铝质陶瓷薄板。
附图说明
图1是本发明陶瓷薄板断面的二次电子像及元素面分布图。
图2是本发明陶瓷薄板断面二次电子像及元素分析指定点图。
图3是图2中指定点的EDS谱及相组成分析结果。
图4是本发明陶瓷薄板坯体显微形貌图。
具体实施方式
实施例1：
一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，它包括以下步骤：
1)原料处理：将煤系高岭土、煅烧铝矾土、普通高岭土、长石(长石为钾长石和钠长石)、滑石、石英分别用球磨机球磨16h，过筛制备粉料备用，其中所用煅烧铝矾土要求325目过筛，煤系高岭土、普通高岭土、长石、滑石、石英均过250目筛。煤系高岭土为山西金海洋能源有限公司提供的煤系高岭土原矿，煅烧铝矾土为河南新密煅烧铝矾土，粒度为325目，普通高岭土、长石、滑石、石英均为襄阳高铭矿业有限公司提供，坯体增强剂为景德镇陶瓷大学的TY-2型坯体增强剂；
2)原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：煤系高岭土10％、煅烧铝矾土10％、普通高岭土30％、长石25％(长石由钾长石18％、钠长石7％混合而成，混合后长石化学组成的K2O/Na2O＝2:1)、滑石0％、石英25％，称取原料，得到坯料；并加入坯料总质量0.1％的坯体增强剂，球磨12h混合均匀，得到混合料(混合料中TiO2的质量分数大于1.2％)；
3)造粒和陈腐：采用喷雾造粒法加入相当于混合料质量的7％的水造粒后陈腐24h，得到陈腐好的坯料；
4)半干压成型：采用自动液压机将陈腐好的坯料压制成型后得陶瓷薄板坯体；
5)干燥：将成型好的陶瓷薄板坯体置于干燥箱中在95℃下干燥2h，得到生坯；
6)施釉：采用淋釉的方式在生坯上施一层薄釉(厚度0.05mm)，置于干燥箱中在80℃下干燥30min，得到干燥好坯体；
7)烧成：将干燥好坯体放入辊道窑中烧成3h，最低烧成温度为1180℃，冷却,即可得到低成本高铝质陶瓷薄板。
按国家标准GB/T 3810《陶瓷砖试验方法》测试，本发明制得的高铝质陶瓷薄板吸水率为0.38％、断裂强度达85MPa、外观平整无翘曲，均达到GB/723266-2009《陶瓷板》的要求。
最低烧成温度仅为1180℃，厚度仅为3.5mm，均达到实际生产和使用的要求。
表1 附图2中指定点的元素分析及相组成结果(wt％)
Figure BDA0001445677710000031
注：点3分析结果说明了在陶瓷薄板中，Ti4+进入了Al2O3，TiO2与Al2O3形成了固溶体，此为本发明降低高铝质陶瓷薄板烧成温度的机理。
实施例2：
一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，它包括以下步骤：
1)原料处理：将煤系高岭土、煅烧铝矾土、普通高岭土、长石(长石为钾长石和钠长石)、滑石、石英分别用球磨机球磨18h，过筛制备粉料备用，其中所用煅烧铝矾土要求325目过筛，煤系高岭土、普通高岭土、长石、滑石、石英均过250目筛。煤系高岭土为山西金海洋能源有限公司提供的煤系高岭土原矿，煅烧铝矾土为河南新密煅烧铝矾土，粒度为325目，普通高岭土、长石、滑石、石英均为襄阳高铭矿业有限公司提供，坯体增强剂为景德镇陶瓷大学的TY-2型坯体增强剂；
2)原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：煤系高岭土20％、煅烧铝矾土17％、普通高岭土22％、长石20％(长石由钾长石15％、钠长石5％混合而成，混合后长石化学组成的K2O/Na2O＝2:1)、滑石3％、石英18％，称取原料，得到坯料；并加入坯料总质量0.2％的坯体增强剂，球磨16h混合均匀，得到混合料(混合料中TiO2的质量分数大于1.2％)；
3)造粒和陈腐：采用喷雾干燥法加入相当于混合料质量的8％的水造粒后陈腐30h，得到陈腐好的坯料；
4)半干压成型：采用自动液压机将陈腐好的坯料压制成型后得陶瓷薄板坯体；
5)干燥：将成型好的陶瓷薄板坯体置于干燥箱中在98℃下干燥3h，得到生坯；
6)施釉：采用淋釉的方式在生坯上施一层薄釉(厚度为0.1mm)，置于干燥箱中在90℃下干燥50min，得到干燥好坯体；
7)烧成：将干燥好坯体放入辊道窑中烧成4h，最低烧成温度为1180℃，冷却,即可得到低成本高铝质陶瓷薄板。
按国家标准GB/T 3810《陶瓷砖试验方法》测试，本发明制得的高铝质陶瓷薄板吸水率为0.42％、断裂强度达92MPa、外观平整无翘曲，均达到GB/723266-2009《陶瓷板》的要求。最低烧成温度仅为1180℃，厚度仅为4.2mm，均达到实际生产和使用的要求。
实施例3：
一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，它包括以下步骤：
1)原料处理：将煤系高岭土、煅烧铝矾土、普通高岭土、长石(长石为钾长石和钠长石)、滑石、石英分别用球磨机球磨20h，过筛制备粉料备用，其中所用煅烧铝矾土要求325目过筛，煤系高岭土、普通高岭土、长石、滑石均过250目筛。煤系高岭土为山西金海洋能源有限公司提供的煤系高岭土原矿，煅烧铝矾土为河南新密煅烧铝矾土，粒度为325目，普通高岭土、长石、滑石、石英均为襄阳高铭矿业有限公司提供，坯体增强剂为景德镇陶瓷大学的TY-2型坯体增强剂；
2)原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：煤系高岭土25％、煅烧铝矾土22％、普通高岭土20％、长石15％(长石由钾长石11％、钠长石4％混合而成，混合后长石化学组成的K2O/Na2O＝2:1)、滑石0％、石英18％，称取原料，得到坯料；并加入坯料总质量0.25％的坯体增强剂，球磨18h混合均匀，得到混合料(为使TiO2呈现助熔作用，要求混合料中TiO2的质量分数大于1.2％)；
3)造粒和陈腐：采用喷雾干燥法加入混合料质量10％的水造粒后陈腐36h，得到陈腐好的坯料；
4)半干压成型：采用自动液压机将陈腐好的坯料压制成型后得陶瓷薄板坯体；
5)干燥：将成型好的陶瓷薄板坯体置于干燥箱中在100℃下干燥5h，得到生坯；
6)施釉：采用淋釉的方式在生坯上施一层薄釉(厚度为0.2mm)，置于干燥箱中在100℃下干燥1h，得到干燥好坯体；
7)烧成：将干燥好坯体放入辊道窑中烧成6h，最低烧成温度为1180℃，冷却,即可得到低成本高铝质陶瓷薄板。
按国家标准GB/T 3810《陶瓷砖试验方法》测试，本发明制得的高铝质陶瓷薄板吸水率≤0.5％、断裂强度达84～92MPa、外观平整无翘曲，均达到GB/723266-2009《陶瓷板》的要求。最低烧成温度仅为1180℃，厚度仅为3～6mm，均达到实际生产和使用的要求。

Claims (5)

1.一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
1)原料处理：将煤系高岭土、煅烧铝矾土、普通高岭土、长石、滑石、石英分别用球磨机球磨16～20h，过筛制备粉料备用，其中长石为钾长石和钠长石；
所述煅烧铝矾的粒度为325目；
2)原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：煤系高岭土10％～25％、煅烧铝矾土10％～25％、普通高岭土20～30％、长石15％～25％、滑石0～5％、石英18％～25％，称取原料，得到坯料；加入相当于坯料总质量的0.1％～0.25％的坯体增强剂，球磨12～18h混合均匀，得到混合料；
其中长石由钾长石和钠长石混合而成，混合后长石化学组成的K2O/Na2O质量比＝2:1；
3)造粒和陈腐：采用喷雾造粒法加入相当于混合料质量的7％～10％的水造粒后陈腐24h～36h，得到陈腐好的坯料；
4)半干压成型：采用自动液压机将陈腐好的坯料压制成型后得陶瓷薄板坯体；
5)干燥：将成型好的陶瓷薄板坯体置于干燥箱中在95～100℃下干燥2～5h，得到生坯；
6)施釉：采用淋釉的方式在生坯上施一层薄釉，置于干燥箱中在80～100℃下干燥30min～1h，得到干燥好的坯体；
7)烧成：将干燥好的坯体放入辊道窑中烧成3～6h，最低烧成温度为1180℃，冷却,即可得到低成本高铝质陶瓷薄板。
2.根据权利要求1所述的一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，其特征在于：步骤1)中所用煅烧铝矾土要求325目过筛，煤系高岭土、普通高岭土、长石、滑石、石英均过250目筛。
3.根据权利要求1所述的一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，其特征在于：步骤2)中，混合料中TiO2的质量分数大于1.2％。
4.根据权利要求1所述的一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述坯体增强剂为景德镇陶瓷大学的TY-2型坯体增强剂。
5.根据权利要求1所述的一种低成本高铝质陶瓷薄板的制备方法，其特征在于：步骤6)中，一层薄釉的厚度为0.05-0.2mm。
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