采用铁矿尾渣制备的低温快烧环保陶土板及其制备方法

摘要

本发明涉及一种采用铁矿尾渣制备的低温快烧环保陶土板及其制备方法，是采用铁矿企业生产后的铁矿尾渣作主要溶剂原料应用于陶土板配方中，陶土板配方由超细塑性料、细瘠性料、细铁矿尾渣、粗瘠性料、增塑剂以及水组成。陶土板配方各组分为：伊利土、高岭土、瓷石、叶腊石、铁矿尾渣、粗瘠性料、增塑剂、水。其制备方法为：按照上述组分将塑性料质量分数在15％～35％，粗细瘠性料质量分数在10～45％，铁矿尾渣质量分数在20～50％，增塑剂质量分数在0～5％等配好料并混合均匀，然后加水：10～28％，使用螺旋挤出机挤出成型，干燥后，在280米辊道窑中1000℃～1100℃烧成，烧成周期为：1～1.5h，本发明所有的原料混合后具有良好的挤出性能，良好的干燥和烧成性能，烧制后的陶土板强度高，收缩小且不易开裂和变形，适应快速烧成，且环保并经济效益高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑装饰材料，特别涉及一种采用铁矿尾渣制备低温快烧陶 土板的方法。

背景技术

陶土板，又称之陶板，是以天然陶土为主要原料，采用各种工业化的先进设 备，通过多道工序精细加工制成的具有相当强度、硬度和相对精确的几何尺寸与 形状要求的板材。它是传统材料在现代建筑中的应用，是传统材料、现代工业技 术和现代建筑巧妙完美结合。陶土板采用各种幕墙干挂技术，使整个幕墙系统形 成安全、牢固、耐久等特点。陶土板独有的中空结构以及天然的陶土，具有绿 色环保、无辐射、色泽温和、不会带来光污染等特点。

随着国内陶土板厂家越来越多，市场竞争越来越激烈，国家绿色环保 要求越来越严格，低温快烧陶土板势必将成为未来陶土板发展的方向。对 现有的挤出成型工艺，要求泥料塑性要好，含水率比普通的干法成型要高， 较高的含水率和较高的塑性，会使干燥周期长，且干燥合格率低等等。国 内大部分厂家所用的陶板配方都是采用原有的砖瓦配方或者日用陶瓷的配 方，所用原料均是天然陶土，很浪费自然资源，而且现在大部分厂家烧成 周期均在7～8小时左右，大大的浪费了电、气等能源。

发明内容

本发明要解决的问题主要是两个方面：a、通过改变塑性料和瘠性料的比例， 再加入外加剂，调节配方的化学组分，解决陶土板挤出成型慢，干燥合格率低， 烧成周期长三者之间的不协调关系，大大节约电、气等能源；b、在配方中引入 大量的铁矿尾渣，让当地工业废渣再利用，少用了天然的粘土，解决了陶瓷企业 对生态土地资源的严重破坏，符合了国家所提倡的绿色、生态、低碳的趋势。既 稳定高产，又绿色环保。

为了达到以上的目的，本发明提供了一种既能稳定高产，又绿色环保的陶土 板制备方法。

本陶土板的配方是，按质量百分比，包含下述组分原料：超细伊利土10～ 35％，超细高岭土0～15％，叶腊石5～15％，瓷石5～30％，铁矿尾渣20～50％， 粗瘠性料5～30％，增塑剂0～5％混合后加10～25％水制成泥料，经螺旋挤出成 型，干燥后烧制而成。其中叶腊石、瓷石、粗瘠性料为破碎较粗的原料，铁矿尾 渣为破碎较细的原料，高岭土、伊利土、增塑剂为强塑性高分子材料。其中粗瘠 性料为：石英、叶腊石、废陶土板等破碎而得。增塑剂为化工高分子粘结剂，主 要用于提高坯体的塑性，由化工厂家提供，无毒无味，在400℃完全分解。

用冶炼铁矿的尾渣所含的钙、镁、铁等元素作为陶土板中的溶剂，破碎细度 在50μm以下更能充分熔融。

塑性料粒径为44μm以下，叶腊石、瓷石粒径为74μm以下，粗瘠性料粒径 为0.2～2mm，整个陶土板配方粒径分布的质量分数为：50μm以下60～80％， 50～80μm为5～20％，80～200μm为5～15％，200μm～2mm为10～15％。

如上所述的一种采用铁矿尾渣制备低温快烧环保陶土板，包括下列步骤：

（1）、原料配方及混料，按质量百分比，将下述组分原料：超细伊利土10～ 35％，超细高岭土0～15％，叶腊石5～15％，瓷石5～30％，铁矿尾渣20～50％， 粗瘠性料5～30％，增塑剂0～5％混合，其中瓷石、铁矿尾渣等瘠性料在配方中 是熔剂性原料，叶腊石、粗瘠性料在配方中是起到支撑骨架作用，高岭土、伊利 土、增塑剂为塑性料。

（2）、混合均匀的料进强力搅拌及外加10～25％质量分数的水，进行强力搅 拌，并进储料仓陈腐72小时，使其达到水分均匀。

（3）、挤出成型：将陈腐好的泥料使用螺旋挤出机进行挤出成型，通过模具 挤出不同形状的陶板坯体，入干燥窑在200℃以下干燥。

（4）、烧成：将干燥后含水率小于1.5％的坯体入烧成窑在1000℃～1100℃ 温度范围内，1.5小时以内烧成。

采用铁矿工业废渣，破碎至50μm以下，其化学组分为（质量百分比）： SiO2：61.2％～75％，Al2O3：14％～19％，Fe2O3：5％～10％，MgO：1％～4％，CaO：0.5％～4.5％， TiO2：0.2～1.5％，K2O：0.5～2.5％，Na2O：0.1％～4％，余量为碳；烧失量：3.2％～10％。 从化学组分来看，高含量的铁、钙、镁可形成低共熔点，能在较低温度下熔融。 将其破碎至50μm以下，主要是原料颗粒细，可以降低熔融温度。

如上所述的一种采用铁矿尾渣制备低温快烧环保陶土板，所述的配方粒径分 布的质量分数为：50μm以下60～80％，50～80μm为5～20％，80～200μm为5～ 15％，200μm～2mm为10～15％，形成了很好的粒度分布，塑性料细度越细，塑 性越强，所有原料细度越小，更能在低温下烧结。

由于塑性原料减少，瘠性料增多，坯体气孔率增多，干燥速率就快，干燥升 温速率为：100℃/h。

由于配方中含有大量的熔剂，原料级配合理，且塑性原料减少，瘠性料增多， 坯体气孔率增多，透气性好，能在280m辊道窑中，烧成温度1000～1100℃， 烧成周期在1.5h以下。

具体实施方式

一种采用铁矿尾渣制备的低温快烧环保陶土板，本陶土板的配方按质量百分 比，包括下述组分原料：伊利土10～35％、高岭土0～15％、叶腊石5～15％、瓷 石5～30％、冶炼铁矿的尾渣20～50％、粗瘠性料5～30％和增塑剂0～5％；

上述组分的混合物和水制成的泥料，经成型、干燥和烧制步骤制得陶土板；

其中，粗瘠性料是由石英、叶腊石和/或废陶土板破碎得到。

所述增塑剂主要采用高分子粘结剂，现有的增塑剂可选的比较多，增塑剂的 选用应具备如下条件：

1)、加入泥浆后，陶瓷泥浆不会增稠，不会影响泥浆的流动性，易于泥浆的 输送。它从根本上解决了目前普遍使用的木质素类和羧甲基纤维素钠（CMC） 坯体增强剂的缺陷：即严重影响泥浆流动性，不易输送及对干燥温度敏感等；

2)、当泥浆喷雾干燥后，其分子链互相交链，形成网络结构，坯体粉料进入 网状结构而被粘结在一起，起骨架作用，显著提高了坯体的强度；

3)、泥浆悬浮及流动性好，增强效果显著，尤其能够显著提高干燥前的生坯 强度，减少坯体破损且不会在瓷砖中形成任何黑心。

所述高岭土、伊利土和增塑剂的粒径均为44μm以下；所述叶腊石和瓷石的 粒径均为74μm以下；所述粗瘠性料的粒径均为0.2～2mm；

本陶土板的配方中的各组分的粒径分布的质量分数为：50μm以下为60～ 80％，50～80μm为5～20％，80～200μm为5～15％，200μm～2mm为10～15％。

所述冶炼铁矿的尾渣的组分为（质量百分比）：SiO2：61.2％～75％， Al2O3：14％～19％，Fe2O3：5％～10％，MgO：1％～4％，CaO：0.5％～4.5％，TiO2：0.2～1.5％， K2O：0.5～2.5％，Na2O：0.1％～4％，余量为碳；烧失量：3.2％～10％。

所述的陶土板的制备方法，步骤包括：

1）先把原料混合均匀；

2）在混合物加水，进行强力搅拌得到泥料，然后陈腐72±3小时；

以所述混合物的质量为100g，加水的质量为5g～15g；

强力搅拌的实现是通过采用间歇式立轴行星式搅拌机来实现，其参数要求如 下：

进料容量：1000～3000L，出料容量：1500～4500L，搅拌桶直径2000～ 3500mm，额定功率：20～150KW，卸料功率：1～5KW，搅拌叶片：2/4～3/9，卸 料刮板1～2块，每小时搅拌量：2～40T，内设喷洒加水装置，每分钟喷洒加水 5～50KG，配方料搅拌均匀一次所需时间：1～10min。

3）挤出成型：将陈腐好的泥料成型得到陶板坯体，再在200℃以下干燥， 得到含水率小于1.5％的坯体；

4）烧成：将坯体在烧成窑中，以1000℃～1100℃温度，在1～1.5h烧成。

所述步骤3）中，干燥是在干燥窑中进行，干燥窑的升温速率为：100℃/h。

所述步骤4）中，烧成窑是280m辊道窑。

以下结合具体实例对本发明进一步说明。

陶土板的原料组成如表1所示，在表1中实例1～6中，塑性料所占质量分 数比例为23％～40％，塑性料若小于23％，坯体即使在增塑剂的作用下塑性可以 实现，但是由于瘠性料增多，泥料在螺旋挤出时流动性差，不利于挤出；瘠性料 占质量分数比例60％～75％，其中尾铁矿所占质量分数比例为：20％～50％，如小 于20％，达不到快速低温共熔的效果，瘠性料越多，坯体透气性越好，挤出含水 率越低，有利于快速干燥和快速烧成。

增塑剂的含量最好在0～5％，增塑剂主要是增加坯体的塑性，在塑性料用到 40％时，坯体塑性足够，可不用增塑剂，若超过5％泥料的触变性会增大，不利 于成型。

本例采用的冶炼铁矿的尾渣，破碎至50μm以下，其化学组分为（质量百分 比）：SiO2：61.2％，Al2O3：17％，Fe2O3：8.2％，MgO：3.5％，CaO：4.3％，TiO2：1.2％， K2O：1.4％，Na2O：0.1％，烧失量：3.2％。

本发明陶土板泥料的组成及干燥、烧成工艺条件如表1：

表1本发明陶土板泥料的组成及干燥、烧成工艺条件

（表中，尾铁矿即为冶炼铁矿的尾渣；水的加入量是：以所述各组分的混合物的 总质量为100g，加水的质量）

在配方中引入一定量的瓷石，是为了提供配方的溶剂，引入叶腊石主要是为 了溶剂能快速跟叶腊石反应，快速提高莫来石的生成。

水的量根据配方粘土的含量而定，优选是在12％～18％，若不到12％，泥料 较干，坯体挤出困难，若超过18％，坯体挤出生坯强度低，没办法经过走线如干 燥窑干燥。

陶土板的制备方法，先将伊利土、高岭土、叶腊石、瓷石、铁矿尾渣、增塑 剂、粗瘠性料按表1各实例的组分配料，将各配料分别放入卧式搅拌机中搅拌混 合均匀，然后进强力搅拌机加水搅拌，陈腐约72小时。进螺旋挤出机挤出尺寸 为1304×331×19.5mm陶板坯体，经走线进入多层干燥窑经最高温度为180℃干 燥，干燥周期为1.5～2小时（具体时间是与含水率小于1.5％的要求相关）。烘 干后不同组分坯体入烧成窑以温度1050℃～1100℃烧成，在窑内保持在大气压 下保温15分钟（此处的“保温”，是指到达最高温度后的持续时间），获得1200 ×306×18mm的成品陶板，烧成周期在1～1.5h。

以上工艺因低共熔且原料细的基础上能在1000℃～1100℃之间迅速形成莫 来石，温度在1000℃以下，溶剂性原料没办法成玻璃态与坯体的其它组分形成 莫来石，高于1100℃坯体过于软化，形成过烧，没办法保证坯体强度。

由上述方法获得各个实例陶土板测定其物理性能和化学性能。具体如下表2 所示。（注：挤出速度是在频率恒定下）

由表2可以看出，在1000℃～1100℃的温度范围内，在1～1.5h内烧成，陶 板表现出挤出性能良好，干燥稳定且合格率高，烧成尺寸稳定，无色差，抗折强 度高，平整度好，抗冻性强，耐化学腐蚀程度高，热震性好。随着配方中塑性料 的不断增加，铁矿尾渣不断减少，其性能、干燥周期以及烧成周期有明显变化， 因此，实例3是最理想的，即塑性料在30％，增塑剂在3％，铁矿尾渣在35％， 其它瘠性料在32％的配比下，挤出速度最佳，干燥效果最好，烧结性能最优。

表2陶土板工艺及理化检测表