利用黄河泥沙生产纳米微晶板材的方法

专利名称：利用黄河泥沙生产纳米微晶板材的方法
技术领域：
本发明中纳米微晶板材是一种硅酸盐制品，属于板材类，应用范围比较广泛，主要应用于家电炉面板类和中高档装饰用板材，主要是利用丰富而又廉价的黄河泥沙生产纳米微晶板材的方法。
背景技术：
I、我国黄河泥沙的现况、应用和用途黄河孕育了中华文明，被喻为中华民族的母亲河，黄河是世界上含沙量最大的河流，素有“斗水七沙”之称，但是一直以来，黄河泥沙泛滥，成为了最主要的灾害之一，由于水少沙多，径流年内多集中于汛期，泥沙大量淤积，河道年均升高10厘米左右，河床高于背河 地面4-6米，设计洪水位高出背河地面8-10米，“地上悬河”形势严峻。在山东河南等下游地区多沙河流中下游地区泥沙的淤积降低了江河的泄洪能力，需不断加高加固防洪堤，大大增加了防洪工程的费用。如果将进入黄河下游的泥沙堆积成I米见方的大堤，可绕赤道27圈，即使只使用淤积在河床的泥沙，也可绕赤道近7圈。由此可见，黄河泥沙危害严重，但资源也非常丰富，资源量巨大，可以说是取之不尽。因此黄河泥沙的综合开发利用在治理黄河中有可观的社会、经济、环境等效益。黄河泥沙危害严重，但同时也是一种可以广泛利用的资源，兼具灾害性和资源性的双重属性。随着我国建筑市场的扩大、生产技术的进步和土地资源、矿产资源的减少，黄河泥沙作为一种特殊的自然资源，其利用逐步得到了发展。黄河泥沙可就近利用，变害为宝，服务于以建筑市场为主的社会经济各部门，既节约了其它相关资源，又处理了黄河泥沙、改善了居住环境，有利于建设资源节约型社会，并在一定程度上缓解黄河水少沙多的局面，具有较大的社会效益、环境效益和经济效益。发现并利用黄河泥沙资源的使用价值，是黄河泥沙除害兴利的一条重要途径，从有利的方面讲大大推动了泥沙资源化的进程，真正把黄河泥沙的管理纳入法制化轨道，保障泥沙资源合理开采、利用。大力开展跨学科的黄河泥沙应用技术研究，让黄河泥沙这一矿产资源能够在建筑、材料等领域得到充分的开发利用，为社会经济和生态环境服务，既节约了相关资源.又处理了黄河泥沙，具有较大的效益，应采取措施促进黄河泥沙的利用，实现泥沙的灾害性向资源性的转化。本公司集中科技人员经过大量的研究，选用的黄河泥沙二氧化硅含量最高可达75%，其它成分为氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾等，主要为非金属矿物，主要化学成分是无机的非金属硅铝酸盐、铁的氧化物、钙的氧化物，其中包括Si02、A1203、Fe203、FeO、Ca0、Na20、K20、Mg0 等，其化学成份为 SiO2 74%, Al2O3 10. 2%, Fe2O3 I. 61%, CaO I. 2%,Na203. 5%,K2O I. 8%等，它是高硅、高铝、高铁，对生产纳米微晶板材来说十分有利。根据对黄河淤沙的物理力学检测分析，把黄河淤沙这种处理经济、简便的取之不尽的天然自然资源作为建筑材料是完全可能的，也是可行的。经过十几年来不懈的努力，终于克服了种种困难，成功地利用黄河泥沙生产出纳米微晶板材，从而开辟提升黄河泥沙产业价值另一条切实可行的方法。2、纳米微晶板特性纳米微晶板，是一种特定组成的配方通过温度制度控制材料内部晶核纳米微晶化过程而形成的具有优良物化性能、由晶体和固溶体组成的复合材料，其莫氏硬度为5. 5 8，抗压强度为360 680MPa，抗折强度为30 70MPa，抗冲击强度为2. 0 4. 8Kg/cm2，光泽度为90 110光泽单位，膨胀系数为(I 80)X10_7/°C，吸水率<0.05%，具有良好的耐酸碱性能和优良的抗热震性，于500度温度下，直接放入水中或空气中不会炸裂，整体完好无损。可广泛用作炉面板、建筑装饰材料、台面板、耐磨耐酸碱铸件、密封件等，经抛光后的纳米微晶板表面抗污能力强、耐酸碱、耐磨损、不退色、耐腐蚀、安全、环保、卫生、自洁等优良性能，高贵典雅，光泽亮丽，一定会使纳米微晶板成为新一代陶瓷面砖、陶瓷贴片的最佳替代产品，并可广泛应用于家电中炉面板系列，如电磁炉面板、厨具面板、灶具面板等等。 纳米微晶板材采用清洁的生产技术，生产过程中不产生污染物，烧成温度低，能耗低，生产效率高，并可大量利用矿产碎荒料作为生产所需原料，变废为宝，节省自然资源，相信纳米微晶板将会以其独特优越理化性能和“安全、健康、卫生”的生态环保理念会被广泛应用于人们日常生活中各个方面。

发明内容
本发明利用黄河泥沙为主要原料，按照特定的配方，把几种原料称量混合，搅拌均匀后连续均匀地投入熔化窑炉中，从熔化窑炉出料口流出玻璃液料柱直接用冷水水淬成颗粒熔块料，利用烘干线烘干颗粒熔块料后，用粉碎设备进行粉碎成20 180目细度的料砂和料粉，利用简易的压制设备在模具中压制成型，连同模具一同放入晶化窑炉中按一定的温度制度进行快速晶化热处理，出来脱模后的产品即为纳米微晶板半成品，然后进行磨抛切割处理，即为纳米微晶板材。其产品颜色可以根据需要添加着色剂进行调整，该种工业化生产大大降低晶化温度，缩短晶化保温时间，提高劳动生产率，节省能源，进而大幅度地降低产品成本。本发明利用黄河泥沙生产纳米微晶板材的方法，选用的黄河泥沙二氧化硅含量最高可达75%，其它成分为氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾等，主要为非金属矿物，主要化学成分是无机的非金属硅铝酸盐、铁的氧化物、钙的氧化物，其中包括Si02、Al2OFe2O3^Fe0、Ca0、Na20、K20、Mg0 等，其化学成份为 SiO2 74%,Al2O3IO. 2%,Fe2O3 I. 61% CaO I. 2%,Na2O 3.5%，K2O I. 8%等，它是高硅、高铝、高铁，对生产纳米微晶板材十分有利。本发明利用资源丰富的黄河泥沙为主要原料，生产纳米微晶板的方法，辅助原料主要有工业氧化铝、碳酸钙粉、白云石、透辉石、工业纯碱、工业硼砂、工业氧化锌、着色剂、氧化剂、澄清剂等，这些辅助原料合理的搭配使用对于生产纳米微晶板材也是十分有利，而且生产出来的纳米微晶板可在其表面上进行印花、雕刻等工艺处理，达到色彩鲜艳亮丽，当然也可以利用适量着色剂生产出整体带颜色的纳米微晶板。本发明利用黄河泥沙为主要原料生产纳米微晶板的方法，其配方和生产工艺包括下列步骤I.混合原料将原料按下列粒度、重量百分比按特定配方混合在一起，混拌均匀黄河泥沙粒度0.08~0.7mm40-75%
碳酸钙粉粒度0.1 0.7mm16-30%
白云石粒度0.1~0.7mm0-18%
透辉石粒度0.1~0.7mm0-18%
纯碱2-12%
硼砂0 3% 氧化铝0-4%
碳酸钡1~5%
氧化锌0-5%
澄清剂0-1%其中所说的着色剂包括Cr203、CoO、CuO、氧化镍、氧化亚镍、氧化铁、氧化猛、镉红、镉黄、硒粉等等对纳米微晶板具有着色效果的原料；注黄河泥沙中本身所含有的氧化铁、氧化亚铁等着色类氧化物比较多，一般不需要另外添加着色剂，这样就充分利用黄河泥沙中本身所含有的着色类氧化物作为着色剂；2.高温熔化将上述混合好原料连续均匀地投入熔化炉内，熔化温度1400 1550 0C ；3.水淬由熔化窑炉中直接出来的玻璃料柱，用冷水直接淬成直径0 6mm的颗粒料4.烘干将上述颗粒料用烘干线烘干；5.粉碎烘干后的颗粒料用粉碎设备粉碎成20 180目并装袋待用；6.装模利用简易压机连续将粉料均匀地压在定好的模具内；7.纳米微晶化将压制好的粉料同模具放入晶化窑炉内按一定的温度制度微晶化热处理，晶化温度800 1050°C，微晶化保温时间10 50分钟，进行退火冷却处理至出窑温度低于100°C，整个热处理过程在2 8小时内完成；8.脱模取出模具内半成品即纳米微晶毛板，待加工；9.磨抛切割处理对纳米微晶毛板进行研磨、抛光、切割，包装为成品，待售。本发明的纳米微晶板材的方法，其产品生产工艺分三步第一步生产出合格的熔块料；第二步用晶化窑炉生产出纳米微晶板；第三步是磨抛切割处理。第一步就是把特定组成的原料搅拌混合均匀后，经输送设备和加料设备，连续不断地均匀投入熔化池炉内，出来的玻璃液料柱用冷水淬成颗粒料，并把这些颗粒料烘干备用；第二步就是把烘干好待用的颗粒料利用粉碎设备，制成一定细度的料粉，根据生产产品厚度称量后，放入模具中并压制均匀，放入晶化窑炉内按一定的温度制度微晶化热处理，热处理完毕，脱模，得到纳米微晶毛板；第三步对纳米微晶毛板进行机械研磨、抛光、切割等处理，经检验合格的产品，包装后即为纳米微晶板成品。本生产工艺特点是一是熔块的生产；二是制粉工艺；三是模具制作和装粉压制，这一步决定了产品规格，影响产品合格率，要求压制后的粉料一定均匀；四是纳米微晶化热处理，即一定的温度制度，通过特定的温度制度控制微晶体大小，进而决定了纳米微晶板的各种优良性能，是最为关键的一步，采用快速烧成工艺，与普通通体微晶板极为不同；五是磨抛切割处理，由于产品规格一般不是太大，且厚度往往在12mm以下，比较适合于自动化流水作业生产线，倾向于抛光砖陶瓷线后序加工工艺。其生产工艺流程图如下
原料一混合一熔化一水淬一烘干一粉碎一压制入模一微晶化热处理一出窑一脱模一磨抛切割一检验一包装一成品用本发明方法生产的纳米微晶板，结构主晶相主要为微小￠-硅灰石等，主晶相含量占30 90%，一般侧面无气孔，该种纳米微晶板的理化性能指标为
比重 2.65 ~ 2.75耐酸率>98%
莫式硬度 6.0 ~ 8.5光泽度>90光泽单位
抗拉强度 320~450mpa 吸水率<0.05%
抗折强度 38-62 mpaIt碱率>96%本发明主要优点是，利用资源丰富的黄河泥沙为主要原料，生产纳米微晶板，可不用和少用金属氧化物，降低晶化温度和缩短晶化时间，适宜连续生产，生产效率高，产量高，节省能源，大大降低生产用原料成本，提高企业经济效益。下面结合实施例做进一步描述。实施例一
黄河泥沙 55% 碳酸钙粉 20.1% 氧化铝0.4%碳酸钡5.2% 纯碱8.5% 硼砂1.8%氧化锌1.2% 澄清剂 0.3% 白云石7.5%将上述原料混合在一起混拌均匀，放入熔化炉内经1500°C温度熔化成玻璃液，再经水淬成6mm以下的颗粒料，烘干后制成20 150目粉料，并压制入模，放入晶化窑内加热1000°C进行微晶化热处理，晶化保温时间15分钟，然后退火冷却，冷却至100°C，时间5小时，出窑后经脱模、研磨、抛光、切割得到米黄色纳米微晶板成品。实施例二黄河泥沙 60% 碳酸钙粉 10.0% 氧化铝0.2%碳酸钡4.9% 纯碱7.5% 硼砂1.6%氧化锌0.2% 澄清剂 0.0% 透辉石15.6将上述原料混合在一起混拌均匀，放入熔化炉内经1450°C温度熔化成玻璃液，再经水淬成6mm以下的颗粒料，烘干后制成20 150目粉料，并压制入模，放入晶化窑内加热至1050°C进行微晶化热处理，晶化保温时间10分钟，然后退火冷却，冷却100°C，时间5. 5小时，出窑后经脱模、研磨、抛光、切割得到米黄色纳米微晶板成品。实施例三黄河泥沙 65% 碳酸钙粉 18.7% 氧化铝3.5%碳酸钡2.0% 纯碱4.4% 硼砂1.5%氧化锌0.4% 澄清剂 0.0% 透辉石4.5%将上述原料混合在一起混拌均匀，放入熔化炉内经1420°C温度熔化成玻璃液，再 经水淬成6mm以下的颗粒料，烘干后制成20 150目粉料，并压制入模，放入晶化窑内加热850°C进行微晶化热处理，晶化保温时间20分钟，然后退火冷却，冷却至100°C，时间4. 5小时，出窑后经脱模、研磨、抛光、切割得到黄褐色纳米微晶板成品。
权利要求
1.利用黄河泥沙为主要原料生产纳米微晶板的方法 其特征在于包括下列步骤 (1).混合原料将原料按下列粒度、重量百分比按特定配方混合在一起，混拌均匀黄河泥沙粒度0.08~0.7mm40-75%碳酸钙粉粒度0.1~0.7mm16-30%白云石粒度0.1~0.7mm0-18%透辉石粒度0.1~0.7mm0-18% 纯碱2-12%硼砂0~3%氧化铝0-4%碳酸钡1~5%氧化锌0-5%澄清剂0-1% 其中所说的着色剂包括Cr2O3、CoO、CuO、氧化镍、氧化亚镍、氧化铁、氧化猛、镉红、镉黄、硒粉等等对纳米微晶板具有着色效果的原料； 注黄河泥沙中本身所含有的氧化铁、氧化亚铁等着色类氧化物比较多，一般不需要另外添加着色剂，这样就充分利用黄河泥沙中本身所含有的着色类氧化物作为着色剂； (2).高温熔化将上述混合好原料连续均匀地投入熔化炉内，熔化温度1400 1550 0C ； (3).水淬由熔化窑炉中直接出来的玻璃料柱，用冷水直接淬成直径O 6mm的颗粒料； (4).烘干将上述颗粒料用烘干线烘干； (5).粉碎烘干后的颗粒料用粉碎设备粉碎成20 180目并装袋待用； (6).装模利用简易压机连续将粉料均匀地压在定好的模具内； (7).纳米微晶化将压制好的粉料同模具放入晶化窑炉内按一定的温度制度微晶化热处理，晶化温度800 1050°C，微晶化保温时间10 50分钟，进行退火冷却处理至出窑温度低于KKTC，整个热处理过程在2 8小时内完成； (8).脱模取出模具内半成品即纳米微晶毛板，待加工； (9).磨抛切割处理对纳米微晶毛板进行研磨、抛光、切割，包装为成品，待售。
2.根据权利要求I所述的利用石英砂为主要原料生产纳米微晶板材的方法，其特征在于黄河泥沙要求如下 黄河泥沙的粒度在O. 08 O. 7mm最为适宜； 黄河泥沙其主要成分是二氧化硅，选用的黄河泥沙二氧化硅含量最高可达75 %，其它成分为氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾等，主要为非金属矿物，主要化学成分是无机的非金属 硅铝酸盐、铁的氧化物、钙的氧化物，其中包括Si02、A1203、Fe2O3> FeO, CaO, Na2O, K2O,MgO等，它是闻娃、闻招、闻铁，对生广纳米微晶板材十分有利。
3.根据权利要求I所述的利用黄河泥沙为主要原料生产纳米微晶板材的方法，其特征是其生产工艺分三步第一步生产出合格的熔块料；第二步用晶化窑炉生产出纳米微晶板；第三步是磨抛切割处理。第一步就是把特定组成的原料搅拌混合均匀后，经输送设备和加料设备，连续不断地均匀投入熔化池炉内，出来的玻璃液料柱用冷水淬成颗粒料，并把这些颗粒料烘干备用；第二步就是把烘干好待用的颗粒料利用粉碎设备，制成一定细度的料粉，根据生产产品厚度称量后，放入模具中并压制均匀，放入晶化窑炉内按一定的温度制度微晶化热处理，热处理完毕，脱模，得到纳米微晶毛板；第三步对纳米微晶毛板进行机械研磨、抛光、切割等处理，经检验合格的产品，包装后即为纳米微晶板成品。本生产工艺特点是一是熔块的生产；二是制粉工艺；三是模具制作和装粉压制，这一步决定了产品规格，影响产品合格率，要求压制后的粉料一定均匀；四是纳米微晶化热处理，即一定的温度制度，通过特定的温度制度控制微晶体大小，进而决定了纳米微晶板的各种优良性能，是最为关键的一步，采用快速烧成工艺，与普通通体微晶板极为不同；五是磨抛切割处理，由于产品规格一般不是太大，且厚度往往在12mm以下，比较适合于自动化流水作业生产线，倾向于抛光砖陶瓷线后序加工工艺。
4.根据权利要求I所述的利用黄河泥沙为主要原料生产纳米微晶板材的方法，其特征在于其生产工艺流程是原料一混合一熔化一水淬一烘干一粉碎一压制入模一微晶化热处理一出窑一脱模一磨抛切割一检验一包装一成品用本发明的方法生产的纳米微晶板材，结构主晶相主要为微小β_硅灰石等，主晶相含量占30 90%，一般侧面无气孔，该种纳米微晶板的理化性能指标为 比重 2.65 2.75 耐酸率>98%莫式硬度 6.0 ~ 8.5光泽度>90光泽单位抗拉强度 320 450mpa 吸水率<0.05% 抗折强度 38-62 mpa耐碱率>96%
全文摘要
本发明利用黄河泥沙生产纳米微晶板材的方法，利用资源丰富的黄河泥沙为主要原料，生产纳米微晶板材的方法，辅助原料主要有工业氧化铝、碳酸钙粉、白云石、透辉石、工业纯碱、工业碳酸钡、工业氧化锌、工业硼砂、着色剂、氧化剂及澄清剂等，其主要生产工艺是将上述原料按照特定组成的配方，称量后，混合搅拌均匀，放入熔化窑炉内经1400～1550℃熔化成玻璃液，玻璃液料柱经冷水淬成0～6mm颗粒，然后利用烘干设备烘干水淬熔块料，把这些烘干好的熔块料利用粉碎设备制成细度20～180目料粉后，利用简易的压机设备压入已准备好的模具内，连同模具一同放入晶化窑内按特定的温度制度于800～1050℃范围内快速微晶化烧成，微晶化保温时间10～50分钟，然后退火出窑，经脱模、研磨、抛光、切割、包装后即得纳米微晶板成品，本发明的纳米微晶板产品一般侧面无气孔，具有优异的物理化学性能，绿色环保，生产工艺过程中比较适合工业流水线工艺流程，原料来源广泛易得，成本低，晶化时间短，生产效率高，节省能源等特点。
文档编号C03C10/06GK102795775SQ20111013884
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者赵保华, 陈国华, 梁东成, 陈海 申请人:淄博钰晶新型材料科技有限公司, 赵保华