CN110304897A - 一种瓷质砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种瓷质砖的制备方法，其包括原料混合、烘干；粉磨；加水，搅拌造粒，得到粉料；将粉料布料到匣钵中；将盛有粉料的匣钵在辊道窑中预烧到850～1000℃；将匣钵整体置入热压机中，成型得到坯体；将所述坯体从匣钵中取出，并在1160～1300℃烧成后得到瓷质砖成品。实施本发明，可大幅降低了高品质粘土的使用量，降低瓷质砖的单位耗能，大幅降低了生产成本。

Description

一种瓷质砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑陶瓷技术领域，尤其涉及一种瓷质砖及其制备方法。
背景技术
目前，在建筑陶瓷行业，常用的高品质粘土(如黑泥、白泥、高岭土)日益枯竭，且随着环保意识的加强，国家出台了多种粘土限采政策，导致高品质粘土的价格节节攀升，陶瓷生产企业压力巨大。
高品质粘土是指风化完全，塑性良好的粘土；这种粘土通常呈泥状，其真粒径在2μm左右；由于风化完全，其层间结构中往往有大量吸附水，导致其含水率较高，尤其是在南方，雨季含水率可达到37％以上。这种高品质粘土在建筑陶瓷制备过程中作用主要有：在球磨制浆过程之中，有助于维持浆料的悬浮性、稳定性；在浆料喷雾制粉过程中，有助于浆料团聚，形成级配均匀的粉料；在压成阶段，提供粘性作用，提供生坯强度；在烧成阶段，生成莫来石，提升瓷质砖强度。要减少高品质粘土的使用量，则必须采用其他有效技术手段去弥补造成的作用损失。
一种常见的方法是采用较低品质的粘土加增强剂的模式来替代高品质粘土；所谓低品质粘土是指风化不是很完全的粘土，其往往含有一些石英、云母、长石等成分，且粒径较大，塑性差。这种方法的核心是满足陶瓷砖冷压过程中的塑性需求；但这种增强剂在浆料阶段往往难以解胶，导致配方中需要添加大量的解胶剂，大幅提升了原料成本；且这种方法替代作用有限。
针对上述缺陷，本专利发明人提出了建筑陶瓷的平面热压成型法的发明专利(申请号为CN200510120776.8)；提出将粉料先进行预热，再进行热压，烧成；以达到减少常温粘性原料(即粘土)的目的，但这种工艺仅关注了粘土的黏性作用，忽略了粘土在制浆、制粉过程中的作用，因此难以实施。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种瓷质砖的制备方法，其能有效降低生产成本，降低能量消耗，提升瓷质砖体积密度和硬度。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种瓷质砖。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种瓷质砖的制备方法，其包括：
(1)将强塑性粘土2～8份，弱塑性粘土25～40份，钾长石15～30份，钠长石5～20份，铝矾土1～10份，滑石1～8份混合均匀，并烘干至含水率≤10wt％，得到混合物；
(2)将所述混合物粉磨至250目筛筛余≤3％，得到微粉料；
(3)在所述微粉料中加入水，搅拌造粒，得到粉料；
(4)将所述粉料布料到匣钵中；
(5)将盛有粉料的匣钵在辊道窑中预烧到850～1000℃；
(6)将匣钵整体置入热压机中，成型得到坯体；
(7)将所述坯体从匣钵中取出，并在1160～1300℃烧成后得到瓷质砖成品。
作为上述技术方案的改进，所述强塑性粘土的的塑性指数≥17；所述弱塑性粘土的塑性指数≤8；
所述强塑性粘土选自黑泥、白泥、膨润土、高岭土、蒙脱土、球土、木节土中的一种或多种。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，所述粉料的含水率为6～10wt％；
所述粉料中，粒径小于100目的颗粒占比≥50wt％；粒径大于20目的颗粒占比≤5wt％。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，所述粉料中的颗粒级配为：20目以上，占比1～3wt％；20～60目，占比10～20wt％；60～100目，占比10～20wt％；100目以下，占比60～75wt％。
作为上述技术方案的改进，步骤(5)中，所述预烧按照第一烧成曲线进行；所述第一烧成曲线为：
从室温到150℃，采用20～30℃/min的升温速率；
在150℃保温5～10分钟；
从150℃到600℃，采用30～50℃/min的升温速率；
从600℃到预烧温度，采用20～30℃/min的升温速率；
其中，所述预烧温度为850～1000℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(6)中，成型压力为10～15 MPa。
作为上述技术方案的改进，步骤(7)中，所述烧成按照第二烧成曲线进行；所述第二烧成曲线为：
从800℃到1000℃，采用10～25℃/min的升温速率；
从1000℃到烧成温度，采用8～15℃/min的升温速率；
然后在烧成温度保温5～15分钟；
其中，所述烧成温度为1180～1250℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，采用立磨粉磨所述混合物；
步骤(3)中，采用圆盘造粒机、GRC造粒进行造粒。
相应的，本发明还提供了一种瓷质砖，其采用上述制备方法制备而成。
作为上述技术方案的改进，所述瓷质砖为抛光砖。
实施本发明，具有如下有益效果：
1.本发明将陶瓷粉料加热到800℃以上后成型，此时，陶瓷粉料颗粒表面软化，加压后陶瓷粉料产生热塑流动，变形阻力小，使得成型压力大幅降低；同时，降低了粉料在常温状态下塑性需求，降低了高品质粘土的使用量；大幅降低了生产成本。
2.本发明采用烘干-干法粉磨-加水造粒的粉料生产工艺，可大幅降低粉料生产过程之中的能量消耗量；且本发明降低了高塑性粘土的用量，使得坯体在氧化段的烧成时间大幅缩短；两者复合大幅降低了瓷质砖的单位耗能。
3.本发明通过控制造粒过程中得到粉料的颗粒级配，使得布料后粉料集合体密实程度合理，方便形成装饰图案，也方便后期烧成过程之中排气。
附图说明
图1是本发明一种瓷质砖制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
参见图1，本发明公开了一种瓷质砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：将各种原料按照配方混合，得到混合物；
具体的，步骤S1包括：
S101：将强塑性粘土2～8份，弱塑性粘土25～40份，钾长石15～30份，钠长石5～20份，铝矾土1～10份，滑石1～8份混合均匀；
其中，强塑性粘土为塑性指数≥17的粘土，其多呈泥状，实际粒径为2μm左右；具体的，所述强塑性粘土选自黑泥、白泥、膨润土、高岭土、蒙脱土、球土、木节土中的一种或多种。优选的，强塑性粘土选用黑泥、白泥、球土中的一种或两种。
弱塑性粘土为塑性指数≤8的粘土；其多为风化不完全的粘土；从矿相成分将，其多为长石类、云母类、高岭石(或伊利石)类矿物的混合物，多呈现土状或砂状，其平均粒径较大。
在本发明的配方之中，强塑性粘土为2～8份，弱塑性粘土为25～40份；优选的，强塑性粘土为2～5份；弱塑性粘土为25～36份；当强塑性粘土使用量过低时，后期造粒困难，使得粉料拱桥效应严重，输运困难；当弱塑性粘土、强塑性粘土使用量过低时，高温烧成后莫来石晶体含量低，成品强度低。
进一步的，为了提升烧成强度，在配方之中添加了1～10份的铝矾土，其可有效提升铝含量，提升烧成后针状、柱状莫来石晶体含量，提升强度。优选的，铝矾土的含量为1～5份。
需要说明的是，在现有的瓷质砖配方之中，一般高塑性的粘土含量需要占比18～20％左右；以满足冷压成型、球磨制浆、喷雾造粒过程之中的需求。本发明通过热压成型，大幅降低了对于塑性的需求，因此降低了高品质粘土的含量；同时，本发明通过干法粉磨，加水造粒工艺，也大幅降低了其对浆料悬浮功能的需求，两者复合，使得本发明中高塑性粘土的含量大幅降低，节省了生产成本。
此外，本发明的配方之中还包含钾长石15～30份、钠长石5～20份，滑石1～8份，其均为熔剂类原料，能够使得粉料在高温下熔融，粘接，形成瓷质砖。其中，钠长石的加入量为5～20份，滑石的加入量为1～8份；优选的，钠长石的加入量为10～20份，滑石为2～5份；滑石与钠长石配合，可在预烧后，增强粉料的热熔流动性；便于热压压成。
需要说明的是，上述所有的份，以及下文提到的份均为重量份。
S102：烘干至含水率≤10wt％，得到混合物；
在本发明之中，强塑性粘土一般呈现泥状，其含水率较高，为25～35wt％左右。弱塑性粘土一般呈现砂状或土状，含水率较低；平均含水率较小，在20wt％以下；钾长石、钠长石、滑石、铝矾土均呈现石状，其含水率很低，在5wt％左右。本发明通过热压工艺，大幅降低了高含水率泥料的使用量，使得混合物的综合含水率大幅降低。再通过简单的烘干，即可使混合物的综合含水率降到10wt％以下，满足干法粉磨工艺。大幅节省能量。
需要说明的是，一般的陶瓷制粉工艺为：将多种原料混合，得到的混合物中再加入水，然后球磨至得到含水率为35～37％左右的浆料，然后喷雾干燥得到含水率为5～7％的粉料；这就需要大量的热能来蒸发水，导致制粉过程之中耗能极大。而本发明则通过干法工艺进行制粉，在原料到粉料阶段上至少可以节省60％以上的热量，降低生产成本。同时，本发明中的干法粉磨工艺也减少了减水剂、增强剂等添加剂的实用，节省了生产成本。
S2：将所述混合物粉磨，得到微粉料；
具体的，可采用立磨对混合物进行粉磨；立磨为辊式磨机，其通过辊式研磨，热风风选来实现粉磨。通过立磨粉磨后，微粉料的250目筛筛余≤3wt％；优选的，微粉料的250目筛筛余≤1wt％。此细度的微粉料能在烧成过程之中玻化，得到瓷质砖。
S3：在微粉料之中加入水，搅拌造粒，得到粉料；
具体的，可采用圆盘造粒机，GRC造粒机进行干法造粒。优选的，可采用意大利LB公司生产的GRC造粒机进行造粒。
造粒后，粉料中粒径小于100目的颗粒占比≥50wt％；粒径大于20目的颗粒占比≤5wt％。优选的，造粒后粉料的颗粒级配为：20目以上，占比1～3wt％；20～60目，占比10～20wt％；60～100目，占比10～20wt％；100目以下，占比60～75wt％。此颗粒级配的粉料在后续布料过程之中密实程度合理，方便形成装饰图案；同时也便于输送，满足生产需求。
需要说明的是，在传统的陶瓷工艺流程之中，为了实现冷压坯体致密度最大化；一般要求在造粒后，粉料之中，100目以下颗粒(即粒径小于100目的颗粒)＜10％；因为细粉过多时，冷压过程之中，流动性太差，坯体不均匀，容易开裂，层裂等。而本发明采用热压工艺，不存在上述问题，故只需要对粉料进行简单加水造粒，使得其在储存过程之中不产生拱桥效应，便于运输即可。
S4：将粉料布料到匣钵之中；
具体的，可采用传统陶瓷工业之中的布料车进行粉料布料；可进行单次布料，形成通体砖；亦可进行两次或多次布料；形成表面具有复杂纹理的瓷砖。优选的，采用两次布料，分别为底料和面料；以烧成抛光砖。
S5：将盛有粉料的匣钵在辊道窑中预烧；
具体的，布料后，匣钵进入辊道窑之中进行预烧；预烧过程按照第一烧成曲线进行，第一烧成曲线为：从室温到150℃，采用20～30℃/min的升温速率；在150℃保温5～10分钟；从150℃到600℃，采用30～50℃/min的升温速率；从600℃到预烧温度，采用20～30℃/min的升温速率；其中，所述预烧温度为850～1000℃。
需要说明的是，由于传统的陶瓷砖是在冷压之后，坯体干燥，然后烧成；为了确保烧成质量，在氧化段600～800℃一般升温速率较慢(＜15℃/min)；而本发明中降低了高塑性粘土的含量，使得氧化段需要时间段；同时由于采用松散的粉料集合体进行烧成，使得氧化更为容易；两者复合，就大幅缩短了氧化段的烧成时间，节省了烧成过程之中的热量。
S6：将匣钵整体置入热压机中，成型得到坯体；
其中，热压成型压力为10～15 MPa；传统的冷压成型压力一般在35MPa以上。
S7：将坯体从匣钵中取出，并烧成得到瓷质砖成品。
具体的，所述烧成按照第二烧成曲线进行；所述第二烧成曲线为：从800℃到1000℃，采用10～25℃/min的升温速率；从1000℃到烧成温度，采用8～15℃/min的升温速率；然后在烧成温度保温5～15分钟；其中，所述烧成温度为1180～1250℃。
在热压过程之中，坯体温度由少许降低；因此在烧成过程之中，选取800℃为起始温度；进行烧成。
相应的，本发明还公开了一种瓷质砖，其采用上述方法制备。优选的，其为抛光砖。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
配方
强塑性粘土2份，弱塑性粘土40份，钾长石20份，钠长石20份，铝矾土10份，滑石8份。
其中，强可塑性粘土选用黑泥，其塑性指数为20；含水率为35％；弱塑性粘土选用高铝土，其塑性指数为8，含水率为18％。
制备方法：
(1)按照配方混合，并烘干至综合含水率为10％，得到混合物；
(2)将混合物粉磨，得到微粉料，微粉料的250目筛筛余为1.5％；
(3)加水造粒，得到粉料；其中，粉料含水率为6％；
(4)布料到匣钵；
(5)匣钵预烧到850℃；
(6)匣钵整体进行热压，成型得到坯体；其中，成型压力为10 MPa；
(7)将坯体从匣钵中取出，在1160℃下烧成得到成品。
实施例2
配方
强塑性粘土8份，弱塑性粘土30份，钾长石30份，钠长石20份，铝矾土10份，滑石2份。
其中，强可塑性粘土选用白泥，其塑性指数为18；含水率为31％；弱塑性粘土选用高铝土，其塑性指数为8，含水率为18％。
制备方法：
(1)按照配方混合，并烘干至综合含水率为8％，得到混合物；
(2)将混合物粉磨，得到微粉料，微粉料的250目筛筛余为3％；
(3)加水造粒，得到粉料；其中，粉料含水率为10％；
(4)布料到匣钵；
(5)匣钵预烧到1000℃；
(6)匣钵整体进行热压，成型得到坯体；其中，成型压力为15 MPa；
(7)将坯体从匣钵中取出，在1300℃下烧成得到成品。
实施例3
配方
强塑性粘土4份，弱塑性粘土36份，钾长石26份，钠长石18份，铝矾土8份，滑石8份。
其中，强可塑性粘土选用黑泥，其塑性指数为20；含水率为35％；弱塑性粘土选用高铝土，其塑性指数为8，含水率为18％；钾长石的含水率为2％，钠长石、铝矾土以及滑石的含水率为5％；
制备方法：
(1)按照配方混合，并烘干至综合含水率为10％，得到混合物；
其中在，混合后，取样测试混合物含水率为10.3％；
(2)将混合物粉磨，得到微粉料，微粉料的250目筛筛余为1％；含水率为0.2％(计算过程中直接取绝干)；
(3)加水造粒，得到粉料；其中，粉料含水率为7％；
粉料的颗粒级配为：20目以上，3％；20～60目14％；60～100目12％；100目以下71％。
(4)布料到匣钵；
(5)匣钵预烧到900℃；
其中，预烧的烧成曲线为：室温到150℃，升温速率为20℃/min；150℃保温7分钟；150～600℃，升温速率为35℃/min；600～900℃，升温速率为25℃/min；
(6)匣钵整体进行热压，成型得到坯体；其中，成型压力为12 MPa；
(7)将坯体从匣钵中取出，在1220℃下烧成得到成品。
其中，烧成曲线为：800℃到1000℃，采用20℃/min的升温速率；从1000℃到1220，采用12℃/min的升温速率；然后在1220℃保温6分钟。
可见，整体的预烧+烧成的周期为75分钟。
对比例1
配方：黑泥18份，高铝石20份，钾长石35份，钠长石15份，滑石2份，铝矾土8份；减水剂0.5份。
制备方法：
(1)将各种原料混合，加水球磨得到浆料，喷雾干燥制粉；得到粉料；
其中，原料混合物的含水率为12％；浆料含水率为35％，细度为250目筛筛余1％，粉料含水率为7％；
(2)将粉料在35MPa下压制成坯体；然后在干燥窑中烘干，烘干周期为20分钟；
(3)干燥后的坯体在1220℃烧成，烧成周期为68分钟。
将实施例1-3、对比例1得到的瓷质砖进行性能测试，如下表：
吸水率 断裂模数(MPa) 体积密度(g/cm<sup>3</sup>) 莫氏硬度
实施例1 0.4％ 38 2.25 7
实施例2 0.1％ 48 2.28 7
实施例3 0.05％ 62 2.41 8
对比例1 0.1％ 42 2.21 7
进一步的，将实施例3、对比例1中制粉阶段能量消耗进行计算；如下表所示，需要说明的是，1kg水从室温加热需要830kcal能量是工程常用的计算数据。
实施例3 对比例1
粉料 100kg 100kg
干料量 93kg 93kg
混合物量 103.68kg /
浆料量 / 143.08kg
需要蒸发水量 10.68kg 43.08
耗能量(kcal) 8864.4 35756.4
由上表可以看出，本发明的工艺在制粉阶段，可节省能量75.2％左右，节能效果明显。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种瓷质砖的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将强塑性粘土2～8份，弱塑性粘土25～40份，钾长石15～30份，钠长石5～20份，铝矾土1～10份，滑石1～8份混合均匀，并烘干至含水率≤10wt％，得到混合物；
(2)将所述混合物粉磨至250目筛筛余≤3％，得到微粉料；
(3)在所述微粉料中加入水，搅拌造粒，得到粉料；
(4)将所述粉料布料到匣钵中；
(5)将盛有粉料的匣钵在辊道窑中预烧到850～1000℃；
(6)将匣钵整体置入热压机中，成型得到坯体；
(7)将所述坯体从匣钵中取出，并在1160～1300℃烧成后得到瓷质砖成品。
2.如权利要求1所述的瓷质砖的制备方法，其特征在于，所述强塑性粘土的的塑性指数≥17；所述弱塑性粘土的塑性指数≤8；
所述强塑性粘土选自黑泥、白泥、膨润土、高岭土、蒙脱土、球土、木节土中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的瓷质砖的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述粉料的含水率为6～10wt％；
所述粉料中，粒径小于100目的颗粒占比≥50wt％；粒径大于20目的颗粒占比≤5wt％。
4.如权利要求3所述的瓷质砖的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述粉料中的颗粒级配为：20目以上，占比1～3wt％；20～60目，占比10～20wt％；60～100目，占比10～20wt％；100目以下，占比60～75wt％。
5.如权利要求1所述的瓷质砖的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述预烧按照第一烧成曲线进行；所述第一烧成曲线为：
从室温到150℃，采用20～30℃/min的升温速率；
在150℃保温5～10分钟；
从150℃到600℃，采用30～50℃/min的升温速率；
从600℃到预烧温度，采用20～30℃/min的升温速率；
其中，所述预烧温度为850～1000℃。
6.如权利要求1所述的瓷质砖的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，成型压力为10～15MPa。
7.如权利要求1所述的瓷质砖的制备方法，其特征在于，步骤(7)中，所述烧成按照第二烧成曲线进行；所述第二烧成曲线为：
从800℃到1000℃，采用10～25℃/min的升温速率；
从1000℃到烧成温度，采用8～15℃/min的升温速率；
然后在烧成温度保温5～15分钟；
其中，所述烧成温度为1180～1250℃。
8.如权利要求1所述的瓷质砖的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，采用立磨粉磨所述混合物；
步骤(3)中，采用圆盘造粒机、GRC造粒机进行造粒。
9.一种瓷质砖，其特征在于，其采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备而成。
10.如权利要求9所述的瓷质砖，其特征在于，所述瓷质砖为抛光砖。
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