低温快烧瓷质砖坯料、制备方法以及使用该坯料制备的瓷质砖

摘要

本发明公开一种低温快烧瓷质砖坯料、制备方法以及使用该坯料制备的瓷质砖。所述坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO264～72%、Al2O318～20%、碱金属化合物4～6%、碱土金属化合物2～6%、烧失4%以下；所述坯料制备的瓷质砖的烧结温度为1060～1130℃，烧成周期为30～45min。本发明既可以降低烧成温度，缩短烧成周期，又可以减小高温变形度，提高烧制品的表面平整度。

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，特别涉及一种低温快烧瓷质砖坯料、制备方法以及使用该坯料制备的瓷质砖。

背景技术

陶瓷是传统的高能耗产业，而陶瓷烧制是陶瓷工业高能耗占比最多的生产工序。目前国内陶瓷企业的瓷质砖坯料在辊道窑的烧结温度基本在1160～1190℃之间，烧成周期在50～70分钟。如何进一步降低产品能耗、降低烧结温度、缩短烧成周期一直是陶瓷企业的重点研究方向。

中国专利CN 103693942A公开了一种低温快速烧成陶瓷砖的生产工艺，包括：收集抛光废料；将压滤备用的抛光废料及其它原料折算成干重，按抛光废料48～73％、瓷砂5～20％、粘土20～27％、矿化剂2～5％配料，湿法球磨成浆料；将泥浆喷雾干燥制成粉料，干压成型为陶瓷砖坯；将砖坯干燥、施釉并进行表面装饰；将装饰坯入陶瓷辊道窑快速烧成；烧成温度1050℃～1140℃，烧成周期35～75分钟，烧制成吸水率小于0.5％的瓷质砖。该技术方案抛光废料的用量较多，抛光废料中含有大量有机质使得烧制过程中容易膨胀发泡，最终产品的吸水率难以控制在0.1wt％以内。

中国专利CN109095904A公开了一种低温快烧大理石瓷砖及其制备方法，包括以下步骤：收集磨边工序段产生的废渣，按超细颗粒大理石瓷砖磨边废渣15～35份、钾钠长石15～25份、锂瓷石15～30份、低温砂0～25份、粘土16～25份和助剂3～10份，在烧结温度为1070～1120℃下进行烧制，烧结总时间为45～70分钟，制成大理石瓷砖。该技术方案锂瓷石的用量较多，在高温烧成阶段坯体的液相量急增，使产品的变形率提高。另外，该方案烧成周期难以控制在45分钟以内。这是因为配方中引入的锂瓷石导致高温烧成时生成较多玻璃相，高温粘度小，坯体在烧成时容易受到窑炉环境的影响，出现波浪形变形，从而无法获得良好的平整度和较低的变形量。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种低温快烧瓷质砖坯料、制备方法以及使用该坯料制备的瓷质砖，既可以降低烧成温度，缩短烧成周期，又可以减小高温变形度，提高烧制品的表面平整度。

第一方面，本发明提供一种低温快烧瓷质砖坯料。所述坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO

本发明的技术关键在于控制坯料中碱金属化合物(K

较佳地，所述坯料中的基础原料包括：以重量份计，破碎废瓷砖17～37份、高温砂14～28份、中温砂14～26份、钠长石3～8份、粘土17～33份、透辉石5～15份。

较佳地，所述坯料的化学组成还包括：以质量百分含量计，Fe

较佳地，所述添加剂的用量不超过基础原料的2wt％；优选地，添加剂占基础原料的0.8～1.8wt％。

较佳地，所述添加剂包括五水偏硅酸钠、水玻璃和坯体增强剂，所述五水偏硅酸钠占基础原料的0.3～0.6wt％，所述水玻璃占基础原料的0.4～0.8wt％，所述坯体增强剂占基础原料的0.1～0.4wt％。

较佳地，所述坯料的颗粒级配包括：以质量百分比计，30目以上：5～15％、30～60目：≧70％，60～80目：≦10％，80目以下：≦5％。

第二方面，本发明提供上述任一项所述的低温快烧瓷质砖坯料的制备方法。所述制备方法包括：将坯料的各原料球磨混合形成浆料；把浆料过筛、除铁以除去大颗粒物及铁质杂质，然后干燥造粒，得到水分含量为6.8～7.8wt％的低温快烧瓷质砖坯料。

较佳地，所述球磨过程中，球石：物料：研磨介质水的质量比为(0.8～1)：1：(0.45～0.55)，球磨时间为10～12小时。

第三方面，本发明提供上述任一项所述的低温快烧瓷质砖坯料制备的瓷质砖。所述瓷质砖的吸水率≤0.1wt％。

较佳地，所述瓷质砖的抗折强度≥42MPa，表面平整度的中心弯曲度±0.4mm，边弯曲度±0.35mm。

具体实施方式

通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。在没有特殊说明的情况下，各百分含量指质量百分含量。

本发明的技术目的在于克服现有技术的不足而提供一种低温快烧瓷质砖坯料，该坯料生产的瓷质砖的烧结温度可达到1060～1130℃，烧成周期为为30～45min。

为实现上述目的，本发明提供一种低温快烧瓷质砖坯料。所述坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO

一些实施方式中，所述坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO

通过上述坯料的化学组成可以看出，本发明的低温快烧瓷质砖坯料由传统的K-Na-Al-Si系相转换为K-Na-Ca-Al-Si、K-Ca-Mg-Al-Si系相，改变了高温固熔体的成分，使得坯料中碱金属的铝硅酸盐快速熔解，一方面可析出新的钙长石晶体，另一方面促进了坯料中游离石英的熔解，可显著降低烧成温度，缩短烧成周期。

所述坯料的化学组成中，烧失量的质量百分含量低于4％。通过控制坯料的烧失量，可以更好地控制成形后坯体的氧化程度，继而控制烧成时间。

而且，坯料的化学组成中Al

所述低温快烧瓷质砖坯料的原料组成可包括基础原料和坯料。所述坯料中的基础原料包括：以重量份计，破碎废瓷砖17～37份、高温砂14～28份、中温砂14～26份、钠长石3～8份、粘土17～33份、透辉石5～15份。中温砂可为华龙石粉。高温砂可为钾钠砂。钠长石可为钠石粉。一些实施方式中，所述基础原料包括：以重量份计，破碎废瓷砖17～37份、钾钠砂14～28份、华龙石粉14～26份、钠石粉3～8份、膨润土5～10份、黑泥4～8份、高铝泥8～15份、透辉石5～15份。

膨润土、黑泥以及高铝泥为高可塑性黏土，用作坯体的成形基础。

破碎废瓷砖为成形后坯体烧结、破碎的低烧失原料，回收使用既能节约资源、降低成本，可以降低坯料的烧失量，同时也能保证坯料成分的稳定性。优选地，所述破碎废瓷砖占基础原料的质量百分比为17～37％。破碎废瓷砖占基础原料的质量百分比在上述范围时，避免使用量少导致坯料化学成分的烧失量不易控制在4.0％以下，使用量多时不易保证坯料的干燥后强度，坯体容易出现破碎。

所述破碎废瓷砖的化学组成包括：以质量百分比计，SiO

作为示例，上述破碎废瓷砖的化学组成包括：以质量百分比计，SiO

钾钠砂、华龙石粉以及钠石粉作为熔剂，在高温下熔融，产生粘稠的玻璃相填充于各颗粒之间，提高瓷砖致密度、减少空隙和降低烧结温度，同时增宽熔融范围，有利于控制成形后坯体的烧结过程。

透辉石作为熔剂，用于坯料中以硅酸钙、硅酸镁的形式引入大量的CaO、MgO，降低坯体的酸度、熔融温度和玻璃相的粘度，如此容易润湿Al

以上分析可知，本发明坯料配方的技术构思是通过以硅酸钙、硅酸镁的形式引入坯料提高CaO、MgO含量来降低烧结温度；通过降低坯料的烧失量，减少坯料中的碳酸盐、硫酸盐、有机杂质、结晶水的含量，缩短坯料氧化、烧结时间，缩短坯料烧成周期。

所述坯料的原料还包含五水偏硅酸钠、水玻璃、坯体增强剂等添加剂。作为示例，所述五水偏硅酸钠占基础原料的0.3～0.6wt％，所述水玻璃占基础原料的0.4～0.8wt％，所述坯体增强剂占基础原料的0.1～0.4wt％。

优选地，所述五水偏硅酸钠、水玻璃、坯体增强剂的总量不超过基础原料的2wt％。添加剂中的有机物在900～1050℃大量烧失，在该温度下坯料部分熔融并产生液相。若添加剂产生大量气体而不能及时排除，则会在成形后的坯体内部形成气孔，影响坯体氧化，形成黑心、空洞等缺陷，进一步导致烧成时间的增加。五水偏硅酸钠、水玻璃、坯体增强剂的总量不超过基础原料的2wt％，能更好地预防并避免上述缺陷。

一些实施方式中，低温快烧瓷质砖坯料的制备方法包括：将各原料球磨以形成球磨浆料；将球磨浆料过筛、除铁，除去浆料中的大颗粒物及铁质杂质，然后干燥造粒获得坯料。所述坯料的水分在6.8～7.8wt％范围内。此水分范围的坯料在容易压制成形，减少分层、开裂的产生。作为示例，所述坯料的颗粒级配包括：以质量百分比计，30目以上为5～15％、30～60目为≧70％，60～80目为≦10％，80目以下为≦5％。又，所述坯料的容重为0.90～0.95g/cm

上述球磨过程中，球石与物料的质量比优选为(0.8～1)：1。而后，按浆料预期比重加入水，球磨10～12小时。球磨完成后，所得浆料的比重为1.68～1.72g/cm

此外，本发明还提供上述低温快烧瓷质砖坯料在低温快烧瓷质砖中的应用。将上述低温快烧瓷质砖坯料压制成型并烧结获得瓷质砖。在烧结之前，还可以在砖坯表面施釉和/或喷墨打印设计图案以增强装饰效果。瓷质砖的烧结温度为1060～1130℃，烧成周期为30～45分钟。又，所述瓷质砖的吸水率≦0.1wt％，抗折强度≧42MPa，表面平整度的中心弯曲度±0.4mm、边弯曲度±0.35mm。

在本例应用中，将透辉石用于坯料中，以硅酸钙、硅酸镁的形式引入大量的CaO、MgO，降低坯体的酸度、熔融温度和玻璃相的粘度，如此容易润湿Al

下述实施例中烧结温度的测试采用bullers测温环检测瓷质砖的烧结温度。烧成周期的测试采用瓷质砖在辊道窑入口经预热、升温、高温、冷却后到出口所需要的时间。吸水率的测试采用吸水率测试仪进行检测。抗折强度的测试采用抗折强度测试仪进行检测。表面平整度根据GB/T 3810.2进行测定。体积密度直接反映坯体的烧结、氧化程度好坏和致密程度。通常烧结程度非常好、氧化程度好的瓷质砖的体积密度在2.39～2.42g/mL。氧化越差，体积密度越小，气孔率越大。直接用体积密度的数值体现砖坯的致密程度。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

低温快烧瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO

表1低温快烧瓷质砖坯料的基础原料的化学组成(wt％)

制备低温快烧瓷质砖坯料。按照低温快烧瓷质砖坯料的组成称取各原料，将原料加入40吨球磨机中，加入球石和水后进行球磨。球石：物料的质量比为0.9:1，球磨时间为11h。浆面高度(浆液的高度与球磨机的内径总高度的比例)为3/4。球磨完成后浆料的比重为1.68g/cm

利用低温快烧瓷质砖坯料制备瓷质砖。将低温快烧瓷质砖坯料通过压机压制成宽890mm×长890mm×厚度11.5mm的坯体。随后在干燥窑将坯体烘干，并在烘干后的坯体表面喷面釉、打印喷墨图案、淋抛釉。最后，在辊道窑中经预热、升温、高温、冷却四个阶段共计40min完成烧结，形成瓷质砖。

采用bullers测温环检测烧结温度，计算瓷质砖的烧成时间。使用吸水率测试仪检测吸水率，抗折强度测试仪检测抗折强度。

表2通过四种烧成参数获得瓷质砖的性能测试

由表2可知，低温快烧瓷质砖相比常见瓷质砖的烧结温度降低44℃以上、烧成时间减少10分钟、时间缩短20％以上，这样能极好地节约能源，同时产品性能优于陶瓷砖国家标准GB/T4100-2015。

实施例2

低温快烧瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO

利用低温快烧瓷质砖坯料制备瓷质砖的方法与实施例1基本相同，区别仅在于烧成参数。

表3通过四种烧成参数获得瓷质砖的性能测试

由表3可知，低温快烧瓷质砖相比常见瓷质砖的烧结温度降低72℃以上、烧成时间减少15分钟、时间缩短30％以上，这样能极好地节约能源，同时产品性能优于陶瓷砖国家标准GB/T4100-2015。

实施例3

低温快烧瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO

表4通过四种烧成参数获得瓷质砖的性能测试

由表4可知，低温快烧瓷质砖相比常见瓷质砖的烧结温度降低88℃以上、烧成时间减少18分钟、时间缩短36％以上，这样能极好地节约能源，同时产品性能优于陶瓷砖国家标准GB/T4100-2015。

对比例1

瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO

表5通过四种烧成参数获得瓷质砖的性能测试

由表5可知，熔剂透辉石的用量减少，导致瓷质砖坯料中碱土金属氧化物的含量显著降低，使得烧结温度超出本发明的范围。

对比例2

瓷质砖坯料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO

表6通过四种烧成参数获得瓷质砖的性能测试

由表6可知，选用滑石代替透辉石作为熔剂，随着烧成时间减少，氧化时间变短，坯体的体积密度变小，气孔率增多，抗折强度变小，平整度变差。

最后所应当说明的是，以上实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。