一種利用赤泥生產的陶瓷材料及其制備方法
【專利說明】一種利用赤泥生產的陶瓷材料及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及利用一種利用赤泥生產的陶瓷材料及其制備方法，屬于固體廢棄物資源綜合利用領域。
【背景技術】
[0003]赤泥是從鋁土礦中提煉氧化鋁后排出的工業固體廢物，一般情況下，平均每生產I噸氧化鋁，附帶1.0-1.2噸赤泥。我國每年排出數百萬噸赤泥，大量的赤泥不能夠有效利用，基本依靠大面積堆放，占用了大量土地，也對環境造成了嚴重的污染。
[0004]赤泥的開發利用，目前主要在以下四個領域:建筑材料領域、環境材料領域、有價金屬的回收以及其他復合材料。雖然上述后三個領域，可提高赤泥利用的附加值，但其消耗量相比建筑材料領域，十分有限。
[0005]隨著建筑陶瓷行業的迅速發展，我國陶瓷磚年產量已接近40億m2，但是天然礦物資源日益減少，使得陶瓷磚的工業原料十分缺乏。
[0006]故此，實現充分利用工業固體廢棄物代替天然礦物資源，不僅降低工業固體廢棄物對環境的危害，也可以減少天然非金屬礦物資源的開發，避免過度開采帶來的生態系統破壞的風險。同時，陶瓷行業又屬于能耗大戶的行業，利用赤泥生產陶瓷材料的燒結溫度相比傳統原料生產陶瓷材料的燒結溫度低，有利于能源的節約。
[0007]公開號CN 102173736A中提出一種地磚陶瓷和利用工業固體廢棄物磷石膏和赤泥制備該地磚陶瓷的方法，通過加入分散劑，改善漿料的流動性與觸變性，通過噴霧干燥造粒，壓制燒制成陶瓷產品，得到吸水率較低，抗折強度滿足國標的地板陶瓷。然而，就赤泥的利用量最高不到30%，本發明通過添加富鎂原料和富石英類原料，以生成富含鎂硅放入礦物并構成材料的骨架，保證隨赤泥利用量提高而帶來具有熔劑作用的成分量增多，試樣不易過燒和變形，且保持良好的力學性能。
[0008]公開號CN 103819176A中提出一種低成本高強度陶瓷地磚的制備工藝，該陶瓷地磚制造工藝以冶金工業廢棄物為主要原料，生產成本較低且制得的地磚強度高。然而因為赤泥材料具有自釉面作用，故制備方法中燒結階段所需時間近15-20小時，用于保證材料內部氣體充分排出，以達到充分致密化，使得材料具有較好的力學性能。本發明通過添加富石英類等脊性原料，以保證燒結過程材料內氣體可快速排出，相比降低其燒結時間，燒結時間為35-70分鐘，達到了節能效果并保證其具有較好的力學性能。
【發明內容】
[0009]本發明人在長期的實驗中發現，可以實現大量利用赤泥并制備出具有良好性能的陶瓷材料產品，在保證坯體塑性的同時，部分加入富石英或富硅鋁原料，并且可以進一步加入其他陶瓷原料補充化學組分。
[0010]本發明的目的是為了提供的一種利用赤泥生產的陶瓷材料及其制備方法，該方法使赤泥以及粉煤灰資源得到了有效且高值的利用，同時采用低溫燒成，簡單可行，有利于工業化生產，具有明顯的環境、社會和經濟效益。
[0011 ]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種利用赤泥生產的陶瓷材料，所述陶瓷材料由以下重量百分比的原料制成:赤泥10-70%、粘土 0-60%、富硅鋁原料5-35%、石英類原料5-40%、富鎂原料0-30%，上述原料質量百分比總和為100%。
[0012]進一步的，所述富硅鋁原料包括頁巖、粉煤灰，其Si02>35%，Al203>15%;石英類原料包括含硅尾礦、硅石，其Si02>85%;富鎂原料包括滑石、白云石，其Mg0> 12%。
[0013]進一步的，所述赤泥化學組成的為15%〈 S12〈45%，5%〈 CaO <24%,6%<A1203<26%,10% < Fe2O3〈45%，4%〈(K2(HNa2O)〈15%。
[0014]—種利用赤泥生產的陶瓷材料的方法，所述方法包括如下步驟:
a、取干燥后的赤泥與粘土、富硅鋁原料、石英類原料、富鎂原料混料后作為陶瓷混合原料進行研磨，采用干法研磨制粉或者濕法研磨制粉工藝；
b、對干法研磨制粉所得混合料粉末進行加濕或對濕法研磨制粉所得混合料粉末進行干燥，并進一步造粒、成型；
C、將成型后的陶瓷材料生坯送進窯爐燒成。
[0015]進一步的，所述步驟a中采用的原料各組分的重量百分配比為:赤泥10-70%、粘土0-60%、富硅鋁原料5-35%、石英類原料5-40%、富鎂原料0-30%。
[0016]進一步的，所述赤泥化學組成的為15%〈 S12〈45%，5%〈 CaO <24%,6%<A1203<26%,10% < Fe2O3〈45%，4%〈(K2(HNa2O)〈15%。
[0017]進一步的，所述富硅鋁原料包括頁巖、粉煤灰中的一種，其Si02>35%，Al203>15%;
所述石英類原料包括含硅尾礦、硅石、石英砂中的一種，其Si02>85%;
所述富鎂原料包括滑石、白云石、鉻鐵渣中的一種，其Mg0>12%。
[0018]進一步的，所述步驟c過程中，坯體最高燒成溫度為1060-1180V，燒結時間為35-70分鐘，燒結溫度變化為低溫一高溫一保溫一低溫。
[0019]進一步的，所制備的陶瓷材料抗折強度值超過35MPa，吸水率值小于1%。
[0020]本發明采用上述技術解決方案所能達到的有益效果是:
1、本發明利用赤泥制造一種新型的陶瓷材料，該方法利用赤泥同時添加富硅鋁原料和富石英類原料，其未反應原料和新生成的礦物構成材料的骨架，這使得隨赤泥利用量提高而帶來具有熔劑作用的成分量增多，試樣不易過燒和變形，且保持良好的力學性能，從而保證了赤泥摻入量增加(利用率為10-70%)，陶瓷制品力學性能的提升。
[0021]2、本發明是一種新型的高強硅鈣體系陶瓷材料，同時還利用了赤泥含量中氧化鐵、氧化鋁等組成特點，經過原料匹配，可制備出具有力學性能好等特點的陶瓷材料，所有實驗得出的陶瓷具有高強度、低吸水率的優越性能，其抗折強度值超過35MPa，吸水率值小于1%，較優的配比下，陶瓷材料抗折強度值超過10MPa，吸水率值小于0.5%。故此可將赤泥用于生產普通建筑陶瓷/陶瓷燒結磚和高強度工業用陶瓷材料的原料。
[0022]3、本發明采用赤泥為高堿性工業固廢，其部分成分在制備陶瓷起熔劑作用，并通過添加富石英類等脊性原料，以保證燒結過程材料內氣體可快速排出，實現了低溫快燒(燒結溫度1060-1180°C，燒結時間35-70分鐘)，顯著減少能源消耗，有較為明顯的環境和經濟效益。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0024]相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。下面結合【具體實施方式】，對本發明進一步說明。
[0025]一種利用赤泥生產的陶瓷材料，由以下重量百分比的原料制成:赤泥10-70%、粘土0-60%、富硅鋁原料5-35%、石英類原料5-40%、富鎂原料0-30%，上述原料質量百分比總和為100%，其中，富硅鋁原料包括頁巖、粉煤灰等，其Si02>35%，Al203>15%;石英類原料包括含硅尾礦、硅石等，其Si02>85%;富鎂原料包括滑石、白云石等，其Mg0>12%。
[0026]—種利用赤泥生產的陶瓷材料的方法，所述方法包括如下步驟:
a、取干燥后的赤泥與粘土、富硅鋁原料、石英類原料、富鎂原料混料后作為陶瓷混合原料進行研磨，采用干法研磨制粉或者濕法研磨制粉工藝，原料各組分的重量百分配比為:赤泥10-70%、粘土 0-60%、富硅鋁原料5-35%、石英類原料5-40%、富鎂原料0-30%，所述赤泥是制鋁工業提取氧化鋁時排出的固體廢棄物，其化學組成的特征為15%〈 S12〈45%，5%〈 CaO <24%，6%〈Α1203〈26%，10% < Fe2O3〈45%，4%〈(K20+Na20)〈15%，其中，富硅鋁原料包括頁巖、粉煤灰等中的一種，其Si02>35%，Al203>15%;石英類原料包括含硅尾礦、硅石、石英砂等中的一種，其Si02>85%;富鎂原料包括滑石、白云石、鉻鐵渣等中的一種，其Mg0>12%;
b、對干法研磨制粉所得混合料粉末進行加濕或對濕法研磨制粉所得混合料粉末進行干燥，并進一步造粒、成型；
c、將成型后的陶瓷材料生坯送進窯爐燒成，坯體最高燒成溫度為1060-11800C，燒結時間為35-70分鐘，燒結溫度變化為低溫一高溫一保溫一低溫。
[0027]采用上述方法所制備的陶瓷材料抗折強度值超過35MPa，吸水率值小于1%。采用本發明方法，可將赤泥用于生產普通建筑陶瓷/陶瓷燒結磚和高強度工業用陶瓷材料。
[0028]本發明的創新之處在于:
1)根據其組成特點，提出利用赤泥制備陶瓷材料的高利用方法，該方法利用赤泥同時添加富硅鋁原料和富石英類原料，其未反應原料和新生成的礦物構成材料的骨架，這使得隨赤泥利用量提高而帶來具有熔劑作用的成分量增多，試樣不易過燒和變形，且保持良好的力學性能，從而保證了赤泥摻入量增加(利用率為10-70%)，陶瓷制品力學性能的提升；
2)通過組成設計，巧妙將有害的Fe離子轉變成有利的陶瓷材料組分和礦相，其礦相為含鐵透輝石或含鐵黃長石相，同時從而能夠增加陶瓷材料的強度，實現高強陶瓷材料制備；
3)利用赤泥的高堿性，使其在燒結過程起到熔劑作用，同時通過添加富石英類等脊性原料，以保證燒結過程材料內氣體可快速排出，使陶瓷產品不會產生鼓泡、黑心等缺陷，實現其低溫快燒節能制備較