一种利用沙漠黄沙及废料制备的低膨胀建筑陶瓷材料及其制造方法

摘要

本发明公开了一种利用沙漠黄沙及废料制备的低膨胀建筑陶瓷材料，其原料组成为：沙漠黄沙10～20wt％、西矿陶土10～20wt％、花岗岩废料10～20wt％、黑滑石6～15wt％、菱镁矿10～20wt％、铝矾土20～40wt％。此外，还公开了上述利用沙漠黄沙及废料制备的低膨胀建筑陶瓷材料的制造方法。本发明所得材料具有热膨胀系数低、抗热震性良好、使用寿命长等特性；制备工艺简单，原料易得，能耗成本低，有利于产业化的实现。本发明不仅减少了紧缺陶瓷原料的使用，而且充分利用了土地资源及再生资源，为西北地区沙漠砂等废料资源的利用提供了新的技术思路和方案，同时对于环境治理和保护具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种利用沙漠黄沙及废料制备的 低膨胀建筑陶瓷材料及其制造方法。

背景技术

传统建筑陶瓷材料由于热膨胀系数较大、抗热震性差，因此在温度变化的环境 中常年使用，易出现坯体开裂等现象而导致使用寿命缩短。热膨胀性是陶瓷材料的 一项主要性能，与热膨胀相关的性能包括材料的抗热震性、复合材料的力学性能、 镀膜和涂层、封接和梯度功能以及精度测量等。当材料承受较大的温度变化时，热 膨胀系数的大小直接影响了材料的使用性能，因此开发低膨胀陶瓷材料具有重要意 义。然而，低膨胀陶瓷材料在建筑陶瓷方面的研究不多，主要原因在于材料成本较 高、合成能耗较大等，使得低膨胀建筑陶瓷产业化步履艰难。而我国是建筑陶瓷消 费及出口大国，并且随着工业生产的发展，对产品性能的要求也越来越高，为此， 提高建筑陶瓷的热稳定性、延长其使用寿命以达到绿色建材的使用要求势在必行。

堇青石质低膨胀陶瓷材料用途比较广泛，相关研究也比较多，但目前大多数的 研究均是采用传统的原料组成即高岭土-滑石-氧化铝、或者是用化学纯的系列氧化 物制备堇青石，其生产成本较高，且烧成温度也较高(一般为1350～1400℃)。近 年来，随着高岭土等陶瓷原料资源逐渐匮乏，利用工业废料或新原料制备高性能材 料的研究已逐渐得以发展，这不仅有利于环境保护，符合国家的发展战略要求，同 时也是新型环保陶瓷材料的发展趋势，以及我国建立资源、能源节约型社会的迫切 要求。沙漠黄沙来源丰富，我国沙漠总面积约70万平方千米，如果连同50多万平 方千米的戈壁在内总面积为128万平方千米，占全国陆地总面积的13％。其中，中 国西北干旱地区是中国沙漠最为集中的地区，约占全国沙漠总面积的80％，土地的 沙漠化造成了土地无法耕种利用，因而面临着严峻的沙尘及土地资源问题。如利用 黄沙资源以及西北地区废弃物料制备低膨胀建筑陶瓷材料，不仅能够节约生产成本、 避免紧缺陶瓷原料资源的匮乏，而且可以充分利用土地资源，并为防沙、治沙和用 沙提供新的思路和方法，对新型陶瓷材料的发展以及环境保护均有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种热膨胀系数低而具有良好抗 热震性的、利用沙漠黄沙及废料制备的低膨胀建筑陶瓷材料，以充分利用沙漠黄沙 及废料资源，从而更好地适应新型环保建筑陶瓷材料的发展以及环境治理的需求。 本发明的另一目的在于提供上述利用沙漠黄沙及废料制备的低膨胀建筑陶瓷材料的 制造方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种利用沙漠黄沙及废料制备的低膨胀建筑陶瓷材料，其原料组 成为：沙漠黄沙10～20wt％、西矿陶土10～20wt％、花岗岩废料10～20wt％、黑 滑石6～15wt％、菱镁矿10～20wt％、铝矾土20～40wt％。

进一步地，本发明所述材料以堇青石为主晶相。所述材料室温～800℃的平均 热膨胀系数为3.00×10^-6/℃～5.4×10^-6/℃，抗折强度为55.00～95.00Mpa，吸水率＜ 4％。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述利用沙漠黄沙及废料制备的低膨胀建筑陶瓷材料的制造方 法如下：所述原料经配料、球磨、过筛、干燥、造粒、干压成型后，在1160～1230℃ 温度下烧结，保温时间为10～30min，即获得所述低膨胀建筑陶瓷材料。

上述方案中，本发明制备方法所述球磨时间为30～90min。

本发明具有以下有益效果：

本发明以内蒙古沙漠黄沙的废物利用为突破口，配以西北地区本地花岗岩废料、 粘土类原料—西矿陶土、菱镁矿、铝矾土，制备得到堇青石质低膨胀建筑陶瓷材料， 所得材料热膨胀系数低，具有抗热震性良好、使用寿命更长等特性，能够满足绿色 建筑材料的使用要求。本发明制备工艺简单，原料易得，并降低了烧结温度，能耗 成本低，具有很高的使用价值，并有利于产业化的实现。本发明不仅节约了生产成 本和紧缺陶瓷原料的使用，而且充分利用了土地资源及再生资源，为西北地区沙漠 砂等废料资源的利用提供了新的技术思路和方案，同时对于环境治理和保护具有重 要意义。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：

图1是本发明实施例制得的低膨胀建筑陶瓷材料的物相分析衍射图。

具体实施方式

本发明实施例一种利用沙漠黄沙及废料制备的低膨胀建筑陶瓷材料，其原料组 成为：沙漠黄沙10～20wt％、西矿陶土10～20wt％、花岗岩废料10～20wt％、黑 滑石6～15wt％、菱镁矿10～20wt％、铝矾土20～40wt％。

其中沙漠黄沙来自内蒙古库布其。沙漠黄沙以及花岗岩废料的化学组成如表1 所示。

表1 本发明实施例沙漠黄沙和花岗岩废料的化学组成(％)

化学组成 SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃TiO₂CaO MgO Na₂O K₂O 烧失 沙漠黄沙 75.95 12.68 2.08 0.29 2.09 0.72 1.54 2.02 2.63 花岗岩废料 72.21 14.11 2.70 0.40 2.39 0.46 3.23 3.79 0.71

上述利用沙漠黄沙及废料制备的低膨胀建筑陶瓷材料的制造方法如下：各原料 经配料、球磨(球磨时间30～90min)、过筛、干燥、造粒、干压成型后，在1160～ 1230℃温度下烧结，保温时间为10～30min，即获得低膨胀建筑陶瓷材料。

本发明各实施例的原料组成及制备工艺参数如表2所示。

表2 本发明各实施例的原料组成及制备工艺参数

性能测试：

本发明实施例制得的低膨胀建筑陶瓷材料以堇青石为主晶相(见图1)，采用长 沙仪器厂生产的RPZ-01型热膨胀系数测试仪和西安力创计量仪器公司生产的 WOW-10微机控制电力万能试验机，测试材料的热膨胀系数、抗折强度，利用煮沸 法测定材料的吸水率。测试结果如表3所示。

表3 本发明各实施例制得的低膨胀建筑陶瓷材料性能指标