一种以粉煤灰为主要原料的抗菌陶瓷制品及其制备方法

摘要

一种以粉煤灰为主要原料的抗菌陶瓷制品及其制备方法，所述陶瓷制品由以下质量百分数的原料制备而成：50-70％粉煤灰、10-30％骨灰、5-20％熟料、5-10％塑性粘土、0-10％助熔剂、抗菌粉1-10％和0-6％辅料。本发明提出一种能大量消耗粉煤灰，使粉煤灰在陶瓷领域得到高效利用，并改变粉煤灰被填埋、用于做非陶瓷水泥砖或只用来生产低质陶瓷砖等的命运的抗菌陶瓷制品及其陶瓷砖的制备方法，所获得的制品具有抗菌抑菌作用。

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷制品制备技术领域，尤其涉及一种以粉煤灰为主要原料的 抗菌陶瓷制品及其制备方法。

背景技术

细菌，霉菌作为病原菌对人类和动植物有很大危害，影响人们的健康甚至 危及生命，带来了重大的经济损失。因此抗菌材料及其制品的研究日益引起人 们的关注，抗菌制品的需求将构成巨大的市场。陶瓷制品具有强度高，使用寿 命长，装饰效果丰富等特点，一直是人们最为常用的建筑材料，也是人们日常 接触最多的材料之一。因此，若能使陶瓷砖产品具有抗菌功能，无疑是为人体 健康增添一份保障。

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂、陶瓷厂煤 气站及水煤浆炉排出的主要固体废物。它是我国当前排量较大的工业废渣之一， 随着电力工业的发展，燃煤电厂、陶瓷直烧煤炉的粉煤灰排放量逐年增加，大 量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气，若排入水系会造成河流淤塞， 而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。经检测发现，粉煤灰的化 学成分中，除了含有制备陶瓷坯体所需的无机非金属氧化物：SiO2、Al2O3、 Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等组分外，还夹杂着少量的未充分氧化的 Fe2O、未完全分解的碳酸盐与硫酸盐、有机炭粒、不燃物如灰分等。

中国各地的粉煤灰之所以还存在大量的被填埋处理，没有广泛地、大量地 被应用于陶瓷生产领域，造成资源浪费并影响环境，最主要的原因是这些废料 中夹带的Fe2O、碳酸盐与硫酸盐、有机炭粒、不燃物等杂质无法剔除，在传统 的陶瓷配方技术、工艺技术、烧成技术等生产过程中，易造成坯体气孔、起泡、 裂纹、杂质等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能大量消耗粉煤灰，并通过引入骨灰提高制品 白度和孔隙率的以粉煤灰为主要原料的抗菌陶瓷制品，使粉煤灰在陶瓷领域得 到高效利用，并改变粉煤灰被填埋、用于做非陶瓷水泥砖或只用来生产低质陶 瓷砖等的命运，制品自身具有抗菌和抑菌作用。

本发明的另一个目的在于提出一种以粉煤灰为主要原料的抗菌陶瓷砖的制 备方法，处理工艺简单、成本低，成品兼具透水砖及薄板砖两者优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种以粉煤灰为主要原料的抗菌陶瓷制品，所述陶瓷制品由以下质量百分 数的原料制备而成：50-70％粉煤灰、10-30％骨灰、5-20％熟料、5-10％塑性粘 土、0-10％助熔剂、抗菌粉1-10％和0-6％辅料；

所述抗菌粉为含有金属离子的高温抗菌复合材料。

更进一步的说明，所述辅料为增强剂、减水剂或陶瓷色料中的一种或多 种。

更进一步的说明，所述增强剂占原料总质量的质量百分数为0-0.5％。

更进一步的说明，所述减水剂占原料总质量的质量百分数为0-0.5％。

更进一步的说明，所述陶瓷色料占原料总质量的质量百分数为0-5％。

更进一步的说明，所述陶瓷色料为镨黄、红棕、橘黄、钴蓝、尖晶石系黑 色色料中的一种或多种组合。

更进一步的说明，所述助熔剂为硼砂。

一种以粉煤灰为主要原料的抗菌陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：

A、原料粉碎、过筛：将粉煤灰、骨灰、熟料、塑性粘土、助熔剂和陶瓷 色料按配比进行混合粉碎，过筛备用；

B、配料、搅拌制粉：向过筛备用的粉料加水搅拌，在搅拌的过程中按配 方比例加入辅料和抗菌粉；

C、陈腐：将步骤B获得的粉料送入料仓陈腐；

D、压制成型、干燥：将陈腐后的粉料进行布料冲压成型，获得砖坯，干 燥；

E、烧成：将干燥的砖坯后送入窑中烧成。

更进一步的说明，步骤E烧成前还包括喷墨打印步骤，具体为对干燥后的 砖坯进行喷墨打印装饰。

更进一步的说明，步骤B中加水量不高于原料总质量的12％。

更进一步的说明，步骤B的搅拌时间为10min，搅拌转速为20r/min。

更进一步的说明，步骤C的陈腐时间不少于24小时。

更进一步的说明，步骤D压制后的坯体厚度为3-6mm。

本发明以粉煤灰为主要原料的抗菌陶瓷制品的有益效果：1、引入骨灰，成 本低，提高制品白度；2、制品孔隙率大，产品具有透水、吸水、保湿功能；3、 防污、耐磨、发色良好；4、具有抗菌抑菌作用。

本发明以粉煤灰为主要原料的抗菌陶瓷砖的制备方法的有益效果：1、对粉 煤灰进行充分利用，其处理工艺简单，成本低廉，可以大量消耗；2、降低了粉 料加工的电耗，直接省去了喷雾制粉的煤耗，减少污染；3、提高产品的强度、 化学稳定性、热冲击性，扩大多孔陶瓷砖的使用领域。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种以粉煤灰为主要原料的抗菌陶瓷制品，所述陶瓷制品由以下质量百分 数的原料制备而成：50-70％粉煤灰、10-30％骨灰、5-20％熟料、5-10％塑性粘 土、0-10％助熔剂、抗菌粉1-10％和0-6％辅料；

更进一步的说明，所述抗菌粉为含有金属离子的高温抗菌复合材料。

配方中引入骨灰，除了其成本低，来源广泛(动物骨灰)之外，由于其主 要成份为磷酸钙，在高温烧结过程中，它促使配方中尤其是粉煤灰中的铁离子 以+3价态存在，得到的坯体层中的铁离子不显色，提高了产品制品的白度；更 重要的是它与粉煤灰反应后，生成骨灰瓷质制品，这种结构的制品较传统的长 石质瓷制品孔隙率大，毛细孔多的特点，使得产品具有透水、吸水、渗透、保 湿等功能。制品在烧结时，表面除了形成一定量的微孔外，还可形成致密的钙 -铝-硅-磷晶相，无需再对干燥后的坯体进行施釉处理，喷墨打印后的色釉混 合型墨水与坯体结合紧密，自身起到防污、耐磨功能，并且发色良好。此外， 助熔剂的添加，有利于降低烧结温度，减少煤耗。

更优的，所述抗菌粉为含银、锌、铜等金属离子的高温抗菌复合材料，且 所述抗菌粉的颗粒度≤20目，使得含银、锌、铜等金属复合材料，在坯体烧结 成钙-铝-硅-磷液相时，与其发生反应后，在两相(金属相与陶瓷晶相)界面生 成新的陶瓷相，如Al2O3-Cu金属陶瓷生成CuO-Al2O3固溶体，从而能使陶瓷与 金属两相牢固连成整体，但暴露于坯体表面或坯体内部孔隙内壁的金属相，仍 以金属离子如Cu2+、Zn2+、Ag+形式成在，起到抑制或杀死细菌的功效。

因此由上述原料制备烧结后获得的陶瓷制品，可以为陶瓷砖、薄板砖、瓦 等陶瓷制品，其自身结构从内到外，存在许多大小不一、形态各异的微孔洞及 毛细孔，产品在室内墙面装修中，可起到平衡室内空气湿度的作用，即室内潮 湿时，它可以吸附一定量的空气中水分，而当室内干燥时，又可将这些水分排 出来，起到自动调节空气湿度的功能；产品在室外尤其是外墙装饰中，在雨雾 天气时，会吸附一定水分，而到天气干燥时，这些水分会自动排出，起到墙体 降温的同时，覆盖在外墙上的一些污垢会随着这些外渗的水珠滚落到地面，起 到墙体自洁功能，此外，还具有抗菌抑菌作用。

更进一步的说明，所述辅料为增强剂、减水剂或陶瓷色料中的一种或多种 混合物。

更进一步的说明，所述增强剂占原料总质量的质量百分数为0-0.5％。

更进一步的说明，所述减水剂占原料总质量的质量百分数为0-0.5％。

更进一步的说明，所述陶瓷色料占原料总质量的质量百分数为0-5％。

更进一步的说明，所述陶瓷色料为镨黄、红棕、橘黄、钴蓝、尖晶石系黑 色色料中的一种或多种组合。

更进一步的说明，所述助熔剂为硼砂。添加少量的助熔剂硼砂，因硼砂熔 点低，有利于降低烧结温度，减少煤耗；更重要的作用是扩大粉煤灰、耐火废 砖、膨润土与骨灰反应后生成的骨灰瓷质坯体的气孔率，在坯体中形成“网络 形成体”结构，提高产品的强度、化学稳定性、热冲击性，扩大了这种多孔陶 瓷制品的使用领域。

更进一步的说明，所述熟料是指经烧结后的陶瓷材料，例如无釉的废抛光 砖、耐火砖、外墙砖等，使用时将其破碎成一定粒径的颗粒添加，颗粒的粒径 通常小于等于5目，利用废弃的陶瓷砖，提高陶瓷砖废料的综合利用价值。

一种以粉煤灰为主要原料的抗菌陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：

A、原料粉碎、过筛：将粉煤灰、骨灰、熟料、塑性粘土、助熔剂和陶瓷 色料按配比进行混合粉碎，过筛备用；

B、配料、搅拌制粉：向过筛备用的粉料加水搅拌，在搅拌的过程中按配 方比例加入辅料和抗菌粉；

C、陈腐：将步骤B获得的粉料送入料仓陈腐；

D、压制成型、干燥：将陈腐后的粉料进行布料冲压成型，获得砖坯，将 砖坯送入120-240℃辊道窑中进行干燥，干燥后的水分控制在0.3-1％，使砖坯 获得足够好的强度；

E、烧成：将干燥的砖坯后送入窑中烧成。

其中，步骤A中原料混合粉碎后过筛，筛下料入库存放备用，筛上的颗粒 原料再次进行粉碎纸质颗粒粒径达标后入库备用。

步骤B进行配料、搅拌，其搅拌工艺，与现有陶瓷砖加工工艺(即球磨制 浆、喷雾制粉)后得到的粉料相比，降低了粉料加工的电耗，直接省去了喷雾 制粉的煤耗，成本降低，污染减少，节能、环保。

烧成选用快速烧成方式，将喷墨打印后的砖坯入窑低温快速烧成，烧成温 度1120-1180℃，烧成周期为40-60min。

更进一步的说明，步骤E烧成前还包括喷墨打印步骤，具体为对干燥后的 砖坯进行喷墨打印装饰。采用本发明配方的坯体，在烧结时，表面除了形成一 定量的微孔外，还可形成致密的钙-铝-硅-磷晶相，无需再对干燥后的坯体进 行施釉处理，喷墨打印后的色釉混合型墨水与坯体结合紧密，自身起到防污、 耐磨功能，并且发色良好。

更进一步的说明，步骤B中加水量不高于原料总质量的12％。优选的，加 水量控制在原料总质量的8％，搅拌过程中加入配方比例的陶瓷色料、增强剂和 减水剂。

更进一步的说明，步骤B的搅拌时间为10min，搅拌转速为20r/min。

更进一步的说明，步骤C的陈腐时间不少于24小时，陈腐时间大于等于 24小时，使粉料分水更加均匀稳定。

更进一步的说明，步骤D压制后的坯体厚度为3-6mm。烧制过程氧化充分、 容易排气，可以降低有机炭粒、不燃物等造成坯体鼓包、起泡等缺陷的风险。

更进一步的说明，烧成获得产品后，冷却后，对产品进行拣选分级，得到 陶瓷砖产品。

下文实施例将以陶瓷薄板砖的制备为具体实施例说明，使用的粉煤灰的化 学成分组成为：

需要说明的是，从不同燃煤电厂、陶瓷厂煤气站或水煤浆炉收集的粉煤灰， 其粉煤灰的化学成分含量会有所不同，但也不影响其在本发明的应用。

实施例1

陶瓷薄板砖的坯体由以下质量百分数的原料制成：粉煤灰50％、骨灰 20％、耐火废砖10％、硼砂5％、膨润土5％、增强剂0.1％、减水剂0.1％、镨黄 4.8％、抗菌粉5％。

制备方法：

A、原料粉碎、过筛：将配方所需原料粉煤灰、骨灰、耐火废砖、硼砂、膨 润土、陶瓷色料，分别粉碎并过20目标准筛，筛下料入库存放备用，对筛上 较粗的颗粒原料再次进行粉碎直至颗粒粒径达标后，一起入库存放；

B、配料、搅拌制粉：将经粉碎后的合格颗粒原料，按配方比例进行配料， 并加水后进行搅拌10min，搅拌转速为20r/min,加水量控制在原料总量的8％， 搅拌过程中加入配方比例的陶瓷色料、增强剂、减水剂及抗菌粉；

C、陈腐；将搅拌均匀后的粉料送入密封的料仓陈腐，陈腐时间≥24小时， 确保粉料水分更加均匀稳定；

D、压制成型、干燥：将陈腐后的分料送入布料系统进行冲压成型，形成砖 坯，将砖坯送入120℃辊道窑中进行干燥，干燥后的水分控制在0.3％，使砖坯 获得足够好的强度；

E、喷墨打印装饰：对干燥后的砖坯，进行喷墨打印装饰，装饰层的厚度为 0.01mm；

F、烧成：将喷墨打印后的砖坯入窑低温快速烧成，烧成温度1120℃，烧 成周期为60min；

G、拣选分级：烧成后，待制品冷却，拣选分级得到陶瓷薄板砖产品。

经性能检测，本实施例所制备的透水陶瓷薄板砖厚度为3mm，断裂模数为 38，吸水率为3％，透水系数达0.025，耐磨性达3级，对大肠杆菌的抑菌率为 98.8％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.2％，符合JC/T897-2002《抗菌陶瓷制 品抗菌性能》标准。

实施例2

陶瓷薄板砖的坯体由以下质量百分数的原料制成：粉煤灰50％、骨灰10％、 耐火废砖20％、硼砂6％、膨润土10％、增强剂0.5％、减水剂0.5％、陶瓷色料2％、 抗菌粉1％，其中陶瓷色料为红棕、橘黄的组合。

制备方法除配料时加水后搅拌20min，搅拌转速为20r/min,加水量控制在 原料总量的12％，干燥温度为200℃，干燥后的水分控制在1％，装饰层的厚度 为0.2mm，烧成温度1180℃，烧成周期为40min外，其余同实施例1。

经性能检测，本实施例所制备的透水陶瓷薄板砖厚度为4mm，断裂模数为 40，吸水率2％，透水系数为0.018，耐磨性达4级，对大肠杆菌的抑菌率为98.5％， 对金黄色葡萄球菌的抑菌率为98.6％，符合JC/T897-2002《抗菌陶瓷制品抗菌 性能》标准。

实施例3

陶瓷薄板砖的坯体由以下质量百分数的原料制成：粉煤灰60％、骨灰10％、 耐火废砖5％、硼砂5％、膨润土5％、增强剂0.5％、减水剂0.5％、尖晶石系黑色 色料4％、抗菌粉10％。

制备方法除配料时加水搅拌30min，搅拌转速为10r/min,加水量控制在原 料总量的6％，干燥温度为240℃，干燥后的水分控制在0.5％，装饰层的厚度为 0.2mm，烧成温度1180℃，烧成周期为50min外，其余同实施例1。

经性能检测，本实施例所制备的透水陶瓷薄板砖厚度为5mm，断裂模数50， 吸水率1％，透水系数为0.02，耐磨性达4级，对大肠杆菌的抑菌率为97.6％， 对金黄色葡萄球菌的抑菌率为97.1％，符合JC/T897-2002《抗菌陶瓷制品抗菌 性能》标准。

实施例4

陶瓷薄板砖的坯体由以下质量百分数的原料制成：粉煤灰50％、骨灰30％、 耐火废砖5％、硼砂5％、膨润土5％、增强剂0.5％、减水剂0.5％、钴蓝2％、抗菌 粉2％。

制备方法除配料时加水搅拌20min，搅拌转速为30r/min,加水量控制在原 料总量的6％，干燥温度为240℃，干燥后的水分控制在0.5％，装饰层的厚度为 0.01mm，烧成温度1120℃，烧成周期为50min外，其余同实施例1。

经性能检测，本实施例所制备的透水陶瓷薄板砖厚度为5mm，断裂模数45， 吸水率约为2％，透水系数为0.015，耐磨性达4级，对大肠杆菌的抑菌率为98.6％， 对金黄色葡萄球菌的抑菌率为98.4％，符合JC/T897-2002《抗菌陶瓷制品抗菌 性能》标准。

实施例5

陶瓷薄板砖的坯体由以下质量百分数的原料制成：粉煤灰50％、骨灰30％、 耐火废砖8％、膨润土7％、增强剂0.5％、减水剂0.5％、钴蓝2％、抗菌粉2％。

制备方法除烧成温度为1180℃外，其余同实施例4。

经性能检测，本实施例所制备的透水陶瓷薄板砖厚度为4mm，断裂模数38， 吸水率约为1％，透水系数为0.015，耐磨性达3级，对大肠杆菌的抑菌率为98.6％， 对金黄色葡萄球菌的抑菌率为98.4％，符合JC/T897-2002《抗菌陶瓷制品抗菌 性能》标准。

与实施例4相比，添加了助熔剂硼砂的实施例4，硼砂的添加扩大粉煤灰、 耐火废砖、膨润土与骨灰反应后生成的骨灰瓷质坯体的气孔率，在坯体中形成 “网络形成体”结构，使其成品断裂模数更高，所具有的强度更高。

实施例6

陶瓷薄板砖的坯体由以下质量百分数的原料制成：粉煤灰70％、骨灰10％、 耐火废砖5％、硼砂5％、膨润土5％、增强剂0.5％、减水剂0.5％、陶瓷色料0％、 抗菌粉4％。

制备方法除配料时加水量控制在原料总量的6％，干燥温度为240℃，干燥 后的水分控制在0.5％，装饰层的厚度为0.2mm，烧成温度1180℃，烧成周期为 50min外，其余同实施例1。

经性能检测，本实施例所制备的透水陶瓷薄板砖厚度为6mm，断裂模数50， 吸水率1％，透水系数为0.01，耐磨性达4级，对大肠杆菌的抑菌率为98.6％， 对金黄色葡萄球菌的抑菌率为98.4％，符合JC/T897-2002《抗菌陶瓷制品抗菌 性能》标准。

实施例7

陶瓷薄板砖的坯体由以下质量百分数的原料制成：粉煤灰50％、骨灰10％、 耐火废砖6％、硼砂10％、膨润土10％、抗菌粉4％。

制备方法除配料时加水量控制在原料总量的8％，干燥温度为240℃，干燥 后的水分控制在0.5％，装饰层的厚度为0.05mm，烧成温度1180℃，烧成周期 为40min外，其余同实施例1。

经性能检测，本实施例所制备的透水陶瓷薄板砖厚度为6mm，断裂模数45， 吸水率1％，透水系数为0.018，耐磨性达4级，对大肠杆菌的抑菌率为98.4％， 对金黄色葡萄球菌的抑菌率为97.4％，符合JC/T897-2002《抗菌陶瓷制品抗菌 性能》标准。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本 发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的 解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具 体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。