一种陶瓷抛光废料烧制多孔过滤陶瓷砖的方法

摘要

本发明公开了一种陶瓷抛光废料烧制多孔过滤陶瓷砖的方法。该方法是利用建筑陶瓷抛光废料50～70％，与煅烧氧化铝18～22％、烧滑石0～10％、轻质氧化镁28～35％混合，经过原料处理、粉料制备、压制成型和烧结等工艺而实现的。本发明所制备的多孔过滤陶瓷砖不仅具有环保净化的功能，而且有着较高的断裂模数和良好的过滤性能；既可有效地解决建筑陶瓷抛光废料的处理问题，又可节约天然陶瓷原料；利用陶瓷抛光废料烧制堇青石质多孔过滤陶瓷砖工艺过程简单，成本低，在液体污染处理和精密过滤等领域有着良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于多孔过滤陶瓷材料制备领域，具体是指一种利用建筑陶瓷抛光废料烧制的多孔过滤陶瓷砖及其制备方法。

背景技术

我国建筑陶瓷产量已超过5.0×10⁹m³，连续多年居世界第一，而生产过程中产生的抛光废料每年达500万吨以上，既占用土地，又污染生态环境。因此建筑陶瓷抛光废料的资源化综合利用成为建筑陶瓷生产厂家和陶瓷科技工作者共同关注的热点问题，已列入粤港关键领域重点突破招标项目中环保与清洁生产关键技术之一。目前，建筑陶瓷抛光废料利用较多的是，用于制造多孔保温陶瓷砖，而用于制造多孔陶瓷过滤材料较为少见。由于多孔陶瓷过滤材料具有过滤精度高、洁净状态好及易清洗、寿命长等优点，在石油、化工、制药、食品、环保和水处理等领域的污染处理、精密过滤中得到广泛应用。

传统制作多孔过滤陶瓷材料的工艺是：采用可塑性强的粘土原料(如高岭土、球土)、熔剂性原料(如钾、钠长石，滑石)和脊性类原料(如石英)为主要原料，并添加造孔剂(如淀粉、锯末、碳粉等)，经过球磨、半干压成型和在一定温度范围内烧结获得的。

传统制作多孔过滤陶瓷材料工艺消耗大量难以再生的天然原料，同时添加部分的造孔剂分布不均影响材料的过滤性能。近年来，许多科研工作者不断研究采用能够自发气泡的原料来制备多孔陶瓷过滤砖，以此来改善材料的力学性能和显微结构，提高材料的气孔率，控制气孔的均匀性和连通性，提高材料的过滤性能。随着我国建陶行业的迅速发展，建筑陶瓷抛光废料日益增多，资源化综合利用建筑陶瓷抛光废料制备多孔过滤陶瓷砖，既降低产品的生产成本，又减少对环境污染，符合我国《循环经济促进法》和可持续发展的方向。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种陶瓷抛光废料烧制多孔过滤陶瓷砖的方法；该方法以建陶陶瓷抛光废料为主要原料，辅以氧化铝、滑石和轻质氧化镁等原料烧制多孔过滤陶瓷砖，不仅可有效地解决建筑陶瓷抛光废料的处理问题，节约天然陶瓷原料，而且解决了传统多孔过滤陶瓷砖成本高和工艺复杂的问题。

本发明的另一目的在于提供一种上述方法制备的多孔过滤陶瓷砖；该陶瓷变形小，热稳定性好，砖断裂模数高，气孔率高，过滤性能良好。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种陶瓷抛光废料烧制多孔过滤陶瓷砖的方法，其特征在于包括以下操作步骤：

(1)原料处理：将陶瓷抛光废料和煅烧氧化铝进行粗粉碎，加入轻质氧化镁和滑石，混合均匀，得到原料；加入占原料质量0.3～0.5％的三聚磷酸钠，进行湿法球磨，得到浆料；

所述原料由以下按质量份数计的组分组成：陶瓷抛光废料50～70份，煅烧氧化铝18～22份，烧滑石28～35份，轻质氧化镁0～10份；

(2)粉料制备：将步骤(1)所得浆料经脱水、过筛后，喷雾造粒，得到粉料；

(3)压制成型：在150～190Mpa压力条件下，将步骤(2)所得粉料进行半干压成型，得到成型坯体并进行干燥；

(4)烧结：将步骤(3)所得成型坯体进行烧结，所述烧结分为干燥阶段、烧成阶段和冷却阶段；冷却后得到多孔过滤陶瓷砖。

步骤(1)所述陶瓷抛光废料的烧失量为2.01～8.99％；所述煅烧氧化铝的烧失量为0.10～3.99％。

所述陶瓷抛光废料中含有以下质量百分比浓度的组分：SiO₂66.13％、Al₂O₃17.36％、CaO 2.60％、MgO 4.94％、K₂O 1.75％、Na₂O 2.94％、Fe₂O₃0.59％和TiO₂0.21％；所述煅烧氧化铝中含有以下质量百分比浓度的组分：Al₂O₃99.36％、K₂O 0.19％和Na₂O 0.32％；所述烧滑石中含有以下质量百分比浓度的组分：SiO₂66.52％、Al₂O₃1.22％、MgO 30.65％、Fe₂O₃0.32％和TiO₂0.04％；所述轻质氧化镁为纯度达到98％以上的分析纯。

步骤(1)所述球磨是采用球型氧化铝作为球磨介质，球磨时间为20～25h。

步骤(1)所述浆料的含水质量百分比为28～33％，筛余质量百分比为0.1～0.7％，浆料的流动度以涂4粘度杯的流出时间计为30～40s。

步骤(2)所述粉料呈球状，含水质量百分比为3～7％；所述粉料的粒度为过20目的粉料占粉料总质量的67～73％，过40目的粉料占粉料总质量的27～33％。

步骤(3)所述压制成型是采用液态油压压机采用双面压的原理对粉料进行半干压成型。

步骤(4)所述干燥阶段是在100～300℃下干燥15～20min；所述烧成阶段是在500～1300℃下保持50～65min，其中1220～1275℃下高火烧结的时间为20～25min；所述冷却为冷却至150℃，冷却时间为15～30min。

步骤(4)所述烧结阶段所使用的燃料重油的热值(Q^f_DW)为41868～45218KJ/Kg。

一种根据上述方法制备的多孔过滤陶瓷砖。

实验研究和生产实践表明，在配方中控制好各种原料的配比，有利于提高多孔过滤陶瓷砖中堇青石相的含量，提高气孔率和形成三维连通的气孔，获得良好过滤性能。同时，适当增加煅烧氧化铝的含量，有利于多孔过滤陶瓷砖中形成少量的刚玉相，这有助于提高该陶瓷砖的断裂模数。再者，烧滑石和轻质氧化镁的加入，能够使其在较低的温度下生成较多的液相，促进烧结过程的进行，从而增强多孔过滤陶瓷砖的强度和硬度。本发明烧结温度范围宽，有利于成瓷的稳定性。利用陶瓷抛光废料烧制堇青石质多孔过滤陶瓷砖具有工艺过程简单和生产成本低的特点。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

(1)本发明经过试验和配方优化研究结构表明，利用抛光废料、煅烧氧化铝、烧滑石和轻质氧化镁作为主要原料，可以有效地提高多孔过滤陶瓷砖中堇青石相的含量，改变其微观结构和组成，提高三维连通气孔的数量和气孔率，从而无需添加造孔剂，即可制得具有较高过滤性能的多孔过滤陶瓷砖。

(2)通过改变配方中熔剂性原料的配比，可以在相同的温度下获得更多的液相，调节气孔的分布，促进多孔过滤陶瓷砖的烧结过程，降低烧成温度，有利于提高多孔过滤陶瓷砖的显气孔率和降低其的表观密度。

(3)通过改变配方中瘠性原料的配比，可以使烧结后的陶瓷在保持一定堇青石晶相的条件下提高多孔过滤陶瓷砖中刚玉相的含量，增强陶瓷砖的骨架结构和强度，减少缺陷，从而有利于提高多孔过滤陶瓷砖的断裂模数。

(4)本发明的多孔过滤陶瓷砖断裂模数满足要求，既具有高气孔率、高吸水率、低体积密度和优良的过滤性能，又具有优良的耐酸、耐碱性。

(5)本发明所制备的具有环保净化功能的多孔过滤陶瓷砖，有着较高的断裂模数和良好的过滤性能；可有效地解决建筑陶瓷抛光废料的处理问题，节约天然原料的消耗；产品成本较低，使用范围广泛，不仅可获得较高的社会效益和经济效益，而且符合我国环保和清洁生产的要求，在污染处理和精密过滤等方面有着良好的应用前景。

可见本发明的多孔过滤陶瓷砖，不仅没有传统多孔陶瓷砖受烧成温度影响大，变形小，热稳定性好的特点，而且有利于其大范围的推广和应用。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明的烧成曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：(工艺流程如图1所示，烧成曲线如图2所示)

以抛光废料、煅烧氧化铝、烧滑石和轻质氧化镁为原料，多孔过滤陶瓷砖的化学成分如表2所示，采用重油为燃料，其燃烧热值为41868KJ/Kg。

(1)原料处理：首先对抛光废料(烧失量为2.01％)和煅烧氧化铝(烧失量为3.99％)进行粗粉碎，过筛；然后，称量抛光废料70Kg、煅烧氧化铝19Kg、烧滑石35Kg和轻质氧化镁2Kg相混合，添加占上述物质总质量百分比为0.5％的三聚磷酸钠(添加剂)；最后，放入球磨机进行湿法球磨，球磨介质为氧化铝，球磨子的用量比为大∶中∶小＝5∶2∶3，球磨时间为20小时，获得含水质量百分比为33％的浆料，筛余为0.7％(质量百分比)，流动度在涂4粘度杯流出时间为33s；

(2)粉料制备：将步骤(1)所得浆料经脱水、过筛后，在喷雾干燥塔中进行喷雾造粒，得到呈球状粉料，该粉料含水质量百分比为4％，其粒度为过20目筛的粉料占粉料总质量68％，过40目筛的粉料占粉料总质量32％；

(3)压制成型：利用液态油压压机，采用双面压的原理，压力为150Mpa条件下，将步骤(2)所得粉料进行半干压成型，得到成型坯体并进行干燥；

(4)烧结：将步骤(3)所得成型坯体在辊道窑中进行烧成，主要分三个阶段：干燥阶段、烧成阶段和冷却阶段；干燥阶段的温度为100～300℃，干燥15min；烧成阶段的温度为500～1220℃，时间50min，其中1230～1270℃高火烧结20min；冷却时间为15min，冷却至150℃以下出窑，即得到多孔过滤陶瓷砖。

经测定，所得多孔过滤陶瓷砖的断裂模数为8.31～9.43Mpa、气孔率为38.22～64.23％。

实施例2

以抛光废料、煅烧氧化铝、烧滑石为主要原料，多孔过滤陶瓷砖的化学成分如表2所示，采用燃料的燃烧热值为45218KJ/Kg。

(1)原料处理：首先对抛光废料(烧失量为8.99％)和煅烧氧化铝(烧失量为0.10％)进行粗粉碎，过筛；然后，称量抛光废料50Kg、煅烧氧化铝22Kg和烧滑石28Kg相混合，添加占上述原料总质量百分比为0.5％的三聚磷酸钠(添加剂)；最后，放入球磨机进行湿法球磨，球磨介质为氧化铝，球磨子的用量比为大∶中∶小＝5∶2∶3，球磨时间为22小时，获得含水质量百分比为33％的浆料，筛余小于0.1％(质量百分比)，流动度在涂4粘度杯流出时间为34s；

(2)粉料制备：将步骤(1)所得浆料经脱水、过筛后，在喷雾干燥塔中进行喷雾造粒，得到含水质量百分比为3％的呈球状粉料，其粒度为过20目筛的粉料占粉料总质量72％，过40目筛的粉料占粉料总质量28％；

(3)压制成型：利用液态油压压机，采用双面压的原理，压力为180Mpa，将步骤(2)所得粉料进行半干压成型，得到成型坯体并进行干燥；

(4)烧结：将步骤(3)所得成型坯体在辊道窑中进行烧成，主要分三个阶段：干燥阶段、烧成阶段和冷却阶段；所述干燥阶段的温度为100～300℃，干燥时间为18min；烧成阶段的温度为500～1220℃，经历时间55min，其中1220～1260℃高火烧结22min；冷却时间为20min，冷却至150℃以下出窑，即得到多孔过滤陶瓷砖。

经测定，所得多孔过滤陶瓷砖的断裂模数为8.46～9.32Mpa、气孔率为39.12～65.27％。

实施例3

以抛光废料、煅烧氧化铝、烧滑石和轻质氧化镁为主要原料，多孔过滤陶瓷砖的化学成分如表2所示，采用燃料的燃烧热值为43318KJ/Kg。

(1)原料处理：首先对抛光废料(烧失量为4.63％)和煅烧氧化铝(烧失量为2.99％)进行粗粉碎，过筛；然后，称量抛光废料60Kg、煅烧氧化铝18Kg、烧滑石30Kg和轻质氧化镁7Kg相混合，添加占上述物质总质量百分比为0.3％的三聚磷酸钠(添加剂)；最后，放入球磨机进行湿法球磨，球磨介质为氧化铝，球磨子的用量比为大∶中∶小＝5∶2∶3，球磨时间为25小时，获得含水质量百分比为32％的浆料，筛余为0.5％(质量百分比)，流动度在涂4粘度杯流出时间为36s；

(2)粉料制备：将步骤(1)所得浆料经脱水、过筛后，在喷雾干燥塔中进行喷雾造粒，，得到含水质量百分比为3％的呈球状粉料，其粒度为过20目筛的粉料占粉料总质量67％，过40目筛的粉料占粉料总质量的33％；

(3)压制成型：利用液态油压压机，采用双面压的原理，压力为190Mpa，将步骤(2)所得粉料进行半干压成型，得到成型坯体并进行干燥；

(4)烧结：将步骤(3)所得成型坯体在辊道窑中进行烧成，主要分三个阶段：干燥阶段、烧成阶段和冷却阶段；所述干燥阶段的温度为100～300℃，20min；烧成阶段的温度为500～1280℃，经历时间60min，其中1245～1275℃高火烧结25min；冷却时间为25min，冷却至150℃以下出窑，即得到多孔过滤陶瓷砖。

经测定，所得多孔过滤陶瓷砖的断裂模数为8.50～9.61Mpa、气孔率为38.71～63.76％。

表2多孔过滤陶瓷砖的化学成分(％)

实施例4

以抛光废料、煅烧氧化铝、烧滑石和轻质氧化镁为主要原料，多孔过滤陶瓷砖的化学成分如表2所示，采用燃料的燃烧热值为42228KJ/Kg。

(1)原料处理：首先对抛光废料(烧失量为6.99％)和煅烧氧化铝(烧失量为1.99％)进行粗粉碎，过筛；然后，称量抛光废料70Kg、煅烧氧化铝19Kg、烧滑石28Kg和轻质氧化镁10Kg相混合，添加占上述物质总质量百分比为0.4％的三聚磷酸钠(添加剂)；最后，放入球磨机进行湿法球磨，球磨介质为氧化铝，球磨子的用量比为大∶中∶小＝5∶2∶3，球磨时间为22小时，获得含水质量百分比为32％的浆料，筛余小于0.7％(质量百分比)，流动度在涂4粘度杯流出时间为39s；

(2)粉料制备：将步骤(1)所得浆料经脱水、过筛后，在喷雾干燥塔中进行喷雾造粒，得到含水质量百分比为3％的呈球状粉料，其粒度为过20目筛的粉料占粉料总质量73％，过40目筛的粉料占粉料总质量的27％；

(3)压制成型：利用液态油压压机，采用双面压的原理，压力为160Mpa，将步骤(2)所得粉料进行半干压成型，得到成型坯体并进行干燥；

(4)烧结：将步骤(3)所得成型坯体在辊道窑中进行烧成，主要分三个阶段：干燥阶段、烧成阶段和冷却阶段；所述干燥阶段的温度为100～300℃，20min；烧成阶段的温度为500～1280℃，经历时间60min，其中1245～1275℃高火烧结25min；冷却时间为25min，冷却至150℃以下出窑，即得到多孔过滤陶瓷砖。

将所得多孔过滤陶瓷砖与目前国内过滤用多孔陶瓷材料的断裂模数、气孔率、体积密度、耐酸度、耐碱度、微观结构等性能指标进行检测和对比。

本发明的多孔过滤陶瓷砖的性能指标与目前国内过滤用多孔陶瓷材料性能的对比如表2所示。通过对比可见本发明的多孔过滤陶瓷砖断裂模数满足要求，既具有高气孔率、高吸水率、低体积密度和优良的过滤性能，又具有优良的耐酸、耐碱性。

表2多孔过滤陶瓷砖各项性能指标与目前国内过滤用多孔陶瓷材料的性能比较

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。