本发明属于陶瓷领域，尤其涉及一种陶质砖及其制备方法。
背景技术：
：粉煤灰、煤矸石等资源在进行工业化利用过程中，经常产生一定量的预脱硅液，其主要成分是硅酸钠溶液，加入钙源可制备出多种市场前景良好的水化硅酸钙材料，并实现碱的循环利用。如专利CN101913613A公开了一种将脱硅碱液合成针状硅灰石粉体的方法，该方法制备的硅灰石产品可用于陶瓷、塑料、涂料、橡胶等行业，但该方法需要把水化硅酸钙煅烧成无水硅灰石，提高了成本。专利CN103539139A公开了一种利用脱硅碱液制备硬硅钙石的方法，该方法制备的硬硅钙石可以作为轻质保温隔热防火材料的主要原料，但硬硅钙石制备时，不仅反应温度高，而且对脱硅碱液成分要求高，当脱硅碱液中含有杂质，尤其是其中铝含量高时，严重影响硬硅钙石的生成。随着自然资源的消耗，陶瓷原料也日益紧缺，其生产受到了极大限制。因此，众多科研工作者开始致力于利用工业废弃物制备陶瓷。专利CN102173740A公开了一种利用硅钙渣制造釉面砖的方法，该方法减少了硅钙渣的排放，为建筑材料增添了新的成员。专利CN102584176A公开了一种利用建筑废弃物制备陶瓷墙地砖的方法，该方法以建筑垃圾为原料，可制备釉面砖、轻质砖等。然而目前利用工业废弃物制备陶瓷存在成分复杂、产品质量很难控制的问题，限制了其应用。技术实现要素：为了提高粉煤灰、煤矸石、铝土矿等资源的利用效率并解决陶瓷原料日益紧缺的难题，本发明提供了一种水化硅酸钙制备陶质砖的方法。本发明将工业 废弃物转化为制备陶质砖的原料，不仅提高了资源的利用效率，而且还缓解了陶质砖生产原料紧缺危机，同时，由于水化硅酸钙的加入，能降低陶质砖的烧成温度，减少陶质砖生产过程中粉碎、球磨等高能耗生产环节，因此还降低了陶质砖整体能耗及污染。为达此目的，本发明采用以下技术方案：第一方面，本发明提供了一种陶质砖，所述制备陶质砖的原料含有水化硅酸钙，其质量占制备陶质砖原料总质量的10-80wt％，例如10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、60wt％、70wt％或80wt％等，优选为20-40％。随着水化硅酸钙掺量的增加，其助熔效果逐渐明显，坯体瓷化程度提高。当水化硅酸钙掺量达到20-40％时，所制备的陶质砖性能最为稳定，吸水率在15-20％左右，抗折强度达20MPa以上。在本发明中，所述制备陶质砖的原料含有水化硅酸钙，水化硅酸钙材料具有纯度高、白度高、粒度小、烧失量小、性质稳定等优点，将其添加到陶质砖中，能起到熔剂作用，降低陶质砖的烧成温度，减少陶质砖生产过程中粉碎、球磨等高能耗生产环节，还降低了对环境的污染。本发明所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：其中，各组分质量的百分含量之和为100％。在本发明中，所述制备陶质砖的原料除水化硅酸钙外，还包括上述原料但又不限于上述原料，其中一些原料可以由化学成分相近的其他原料替代。例如高岭土可用用大同土、阳泉土、介休土等替代，叶腊石可用伊利石、红页岩等替代。在本发明中，所述各组分质量的百分含量是以制备陶质砖各原料的总质量为基准的。在本发明所述制备陶质砖的原料中，所述水化硅酸钙的质量占制备陶质砖原料总质量的10-80wt％，例如10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、60wt％、70wt％或80wt％等。在本发明所述制备陶质砖的原料中，所述叶腊石的质量占制备陶质砖原料总质量的0-35wt％，例如0wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％或35wt％等。在本发明所述制备陶质砖的原料中，所述黑泥的质量占制备陶质砖原料总质量的0-25wt％，例如0wt％、3wt％、5wt％、8wt％、10wt％、13wt％、15wt％、18wt％、20wt％或25wt％等。在本发明所述制备陶质砖的原料中，所述钾长石的质量占制备陶质砖原料总质量的0-20wt％，例如0wt％、3wt％、5wt％、8wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％或20wt％等。在本发明所述制备陶质砖的原料中，所述石英的质量占制备陶质砖原料总质量的0-15wt％，例如0wt％、3wt％、5wt％、7wt％、9wt％、12wt％、14wt％、 或15wt％等。在本发明所述制备陶质砖的原料中，所述高岭土的质量占制备陶质砖原料总质量的0-20wt％，例如0wt％、2wt％、5wt％、7wt％、9wt％、12wt％、14wt％、16wt％、18wt％或20wt％等。在本发明所述制备陶质砖的原料中，所述滑石的质量占制备陶质砖原料总质量的0-15wt％，例如0wt％、3wt％、5wt％、7wt％、9wt％、12wt％、14wt％、或15wt％等。在本发明所述制备陶质砖的原料中，所述透辉石的质量占制备陶质砖原料总质量的0-15wt％，例如0wt％、3wt％、5wt％、7wt％、9wt％、12wt％、14wt％、或15wt％等。在本发明所述制备陶质砖的原料中，所述瓷土的质量占制备陶质砖原料总质量的0-10wt％，例如0wt％、2wt％、4wt％、6wt％、8wt％、10wt％等。优选地，本发明所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：其中，各组分质量的百分含量之和为100％。在本发明中，所述各组分质量的百分含量是以制备陶质砖各原料的总质量为基准的。在本发明中，所述水化硅酸钙是以硅酸钠溶液为硅源，以氢氧化钙和/或氧化钙为钙源，经过动态水热反应、过滤和烘干制备得到的。在本发明中，所述硅酸钠溶液是通过粉煤灰的预脱硅过程、煤矸石的预脱硅过程、铝土矿的预脱硅过程、硅酸钠固体溶解于水或二氧化硅溶解于氢氧化钠溶液中的任意一种方法制备得到，例如通过粉煤灰的预脱硅过程制备得到、通过煤矸石的预脱硅过程制备得到、通过铝土矿的预脱硅过程制备得到、通过硅酸钠固体溶解于水制备得到或通过二氧化硅溶解于氢氧化钠溶液制备得到，优选为通过粉煤灰的预脱硅过程、煤矸石的预脱硅过程或铝土矿的预脱硅过程中的任意一种方法制备得到。在本发明中，所述通过粉煤灰、煤矸石或铝土矿的预脱硅过程制备得到工业废弃物含碱硅酸钠溶液，再通过一步动态水热法制备成水化硅酸钙材料，并将其作为陶质砖的生产原料，提高了粉煤灰、煤矸石、铝土矿等资源的利用效率。在本发明中，所述硅酸钠溶液为含碱硅酸钠溶液。优选地，本发明所述硅酸钠溶液中，氧化钠浓度为10-100g/L，例如10g/L、20g/L、30g/L、40g/L、50g/L、60g/L、70g/L、80g/L、90g/L或100g/L等，二氧化硅浓度为20-40g/L，例如20g/L、23g/L、26g/L、30g/L、32g/L、35g/L、38g/L或40g/L等；优选地，所述动态水热反应中，硅源与钙源的摩尔比为0.8-1.2，例如0.8、0.9、1.0、1.1或1.2等，优选为0.9-1.0，进一步优选为0.95；优选地，所述动态水热反应的温度为180-250℃，例如180℃、190℃、200℃、 210℃、220℃、230℃、240℃或250℃等，优选为210-230℃，进一步优选为220℃；优选地，所述动态水热反应的时间为2-10h，例如2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h等，优选为4-8h，进一步优选为6h。第二方面，本发明提供一种制备如第一方面所述陶质砖的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将配方量的水化硅酸钙以及任选地叶腊石、黑泥、钾长石、石英、高岭土、滑石、透辉石和瓷土混合，球磨，制备得到粉料；(2)将步骤(1)中制备得到的粉料压制得到坯体；(3)将步骤(2)中制备得到的坯体烧成，制备得到陶瓷砖。在本发明中，步骤(1)为：将配方量的水化硅酸钙、叶腊石、黑泥、钾长石、石英、高岭土、滑石、透辉石和瓷土混合，在球磨机中湿磨，湿磨后的浆液过筛后再烘干和陈腐，制备得到粉料。优选地，所述湿磨介质为水和/或减水剂。优选地，所述水的质量为浆液总质量的30-70wt％，例如30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％或70wt％等。优选地，所述减水剂的质量为浆液总质量的0.3-0.6wt％，例如0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％、0.55wt％或0.6wt％等。优选地，所述浆液经250目筛后，筛余质量小于浆液总质量的1wt％。优选地，步骤(1)中所述烘干的温度为90-200℃，例如90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃等，优选为120-200℃，进一步优选为170℃；在本发明中，所述浆液总质量为水化硅酸钙、叶腊石、黑泥、长石、石英、 高岭土和湿磨介质的质量之和。优选地，步骤(1)中所述烘干至含水率为8-10％，例如8％、8.5％、9％、9.5％或10％等。优选地，所述陈腐的时间为4-24h，例如4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h或24h等。在本发明中，步骤(2)为：将步骤(1)中制备得到的粉料压制和烘干，制备得到坯体。优选地，所述压制的压力为30-60MPa，例如30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa或60MPa等，优选为40-60MPa，进一步优选为50MPa。优选地，步骤(2)中所述烘干的温度为90-200℃，例如90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃等，优选为120-200℃，进一步优选为170℃。优选地，步骤(2)中所述烘干的时间为1-10h，例如1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h等，优选为3-8h，进一步优选为4h。在本发明中，所述烧成温度为1050-1150℃，例如1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃或1150℃等，优选为1100-1140℃，进一步优选为1130℃。优选地，烧成时间为10-120min，例如10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min等，优选为15-60min，进一步优选为15min。作为本发明的优选技术方案，所述陶质砖的制备方法包括如下步骤：(1)混料：将配方量的水化硅酸钙、叶腊石、黑泥、钾长石、石英、高岭土、滑石、透辉石和瓷土混合，以水和/或减水剂为湿磨介质，在球磨机中湿磨，湿磨后的浆液过250目筛后在90-200℃烘干至含水率为8-10％，陈腐4-24h，制备得到粉料；(2)坯体成型：将步骤(1)中制备得到的粉料在30-60MPa下压制成坯体，在90-200℃烘干1-10h，制备得到坯体；(3)烧成：将步骤(2)中制备得到的坯体在1050-1150℃下烧成10-120min，制备得到陶质砖。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明用含碱硅酸钠溶液通过一步动态水热法制备得到水化硅酸钙，然后以此水化硅酸钙直接作为陶质砖生产原料，部分取代长石、滑石，再配以高岭土、黑泥、石英、滑石、透辉石和瓷土等原料，制备得到陶质砖。(2)本发明所述水化硅酸钙具有纯度高、白度高、粒度小、烧失量小、性质稳定等优点，将其添加到陶质砖中能起到熔剂作用，降低坯体烧成温度，还可以减少陶质砖生产过程中粉碎、球磨等高能耗生产环节，降低陶质砖整体能耗及污染。(3)本发明所述制备方法成本低廉、工艺简单、能耗低、可规模化。附图说明图1为本发明所述制备陶质砖的工艺流程图。具体实施方式为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。实施例1在本实施例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：本实施例通过下述方法制备得到本发明所述陶质砖。(1)混料：将配方量的水化硅酸钙、叶腊石、黑泥、钾长石、石英、高岭土、滑石、透辉石和瓷土混合，以水和/或减水剂为介质，在球磨机中湿磨，湿磨后的浆液过250目筛后再烘干至含水率为10％，陈腐24h，制备得到粉料；其中，水的质量为浆液总质量的50wt％，减水剂的质量为浆液总质量的0.5wt％。(2)坯体成型：将步骤(1)中制备得到的粉料在50MPa下压制成坯体，在170℃烘干4h，制备得到坯体；(3)烧成：将步骤(2)中制备得到的坯体在1130℃下烧成15min，制备得到所述陶质砖。本实施例中水化硅酸钙的制备方法为：以粉煤灰进行预脱硅处理得到的预脱硅液为硅源，其主要成分是含碱硅酸钠溶液，其中SiO2浓度为35g/L，Na2O 浓度为80g/L。在上述含碱硅酸钠溶液中加入氢氧化钙作为钙源，其中钙源与硅源的CaO/SiO2摩尔比为1.05，在220℃下动态水热反应6h，反应后过滤和烘干制备得到水化硅酸钙。实施例2在本实施例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：制备方法与实施例1的制备方法一致。实施例3在本实施例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：制备方法与实施例1的制备方法一致。实施例4在本实施例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：本实施例通过下述方法制备得到本发明所述陶质砖。(1)混料：将配方量的水化硅酸钙、叶腊石、黑泥、钾长石、石英、高岭土、滑石、透辉石和瓷土混合，以水和/或减水剂为介质，在球磨机中湿磨，湿磨后的浆液过250目筛后再烘干至含水率为10％，陈腐6h，制备得到粉料；其中，水的质量为浆液总质量的50wt％，减水剂的质量为浆液总质量的0.5wt％。(2)坯体成型：将步骤(1)中制备得到的粉料在50MPa下压制成坯体，在170℃烘干4h，制备得到坯体；(3)烧成：将步骤(2)中制备得到的坯体在1130℃下烧成15min，制备得到所述陶质砖。本实施例中水化硅酸钙的制备方法为：以煤矸石进行预脱硅处理得到的预脱硅液为硅源，其主要成分是含碱硅酸钠溶液，其中SiO2浓度为20g/L，Na2O浓度为80g/L。在上述含碱硅酸钠溶液中加入氢氧化钙作为钙源，其中钙源与硅源的CaO/SiO2摩尔比为1.05，在180℃下动态水热反应6h，反应后过滤和烘干制备得到水化硅酸钙。实施例5在本实施例中，所述制备陶质砖的原料及其各组分占的质量百分含量与实施例4一致。本实施例通过下述方法制备得到本发明所述陶质砖。(1)混料：将配方量的水化硅酸钙、叶腊石、黑泥、钾长石、石英、高岭土、滑石、透辉石和瓷土混合，以水和/或减水剂为介质，在球磨机中湿磨，湿磨后的浆液过250目筛后再烘干至含水率为8％，陈腐24h，制备得到粉料；其中，水的质量为浆液总质量的30wt％，减水剂的质量为浆液总质量的0.3wt％。(2)坯体成型：将步骤(1)中制备得到的粉料在30MPa下压制成坯体，在90℃烘干10h，制备得到坯体；(3)烧成：将步骤(2)中制备得到的坯体在1050℃下烧成15min，制备得到所述陶质砖。本实施例中水化硅酸钙的制备方法为：以煤矸石进行预脱硅处理得到的预脱硅液为硅源，其主要成分是含碱硅酸钠溶液，其中SiO2浓度为20g/L，Na2O浓度为10g/L。在上述含碱硅酸钠溶液中加入氢氧化钙作为钙源，其中钙源与硅源的CaO/SiO摩尔比为0.8，在180℃下动态水热反应10h，反应后过滤和烘干制备得到水化硅酸钙。实施例6在本实施例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：本实施例通过下述方法制备得到本发明所述陶质砖：(1)混料：将配方量的水化硅酸钙、叶腊石、黑泥、钾长石、石英、高岭土、滑石、透辉石和瓷土混合，以水和/或减水剂为介质，在球磨机中湿磨，湿磨后的浆液过250目筛后再烘干至含水率为10％，陈腐6h，制备得到粉料；其中，水的质量为浆液总质量的50wt％，减水剂的质量为浆液总质量的0.5wt％。(2)坯体成型：将步骤(1)中制备得到的粉料在40MPa下压制成坯体， 在170℃烘干4h，制备得到坯体；(3)烧成：将步骤(2)中制备得到的坯体在1050℃下烧成15min，制备得到所述陶质砖。本实施例中水化硅酸钙的制备方法为：由无定型二氧化硅溶解于氢氧化钠溶液得到的含碱硅酸钠溶液为硅源，其中SiO2浓度为30g/L，Na2O浓度为80g/L。在上述含碱硅酸钠溶液中加入氢氧化钙作为钙源，其中钙源与硅源的CaO/SiO2摩尔比为0.95，在220℃下动态水热反应6h，反应后过滤和烘干制备得到水化硅酸钙。实施例7在本实施例中，所述制备陶质砖的原料及其各组分占的质量百分含量与实施例6一致。本实施例通过下述方法制备得到本发明所述陶质砖。(1)混料：将配方量的水化硅酸钙、叶腊石、黑泥、钾长石、石英、高岭土、滑石、透辉石和瓷土混合，以水和/或减水剂为介质，在球磨机中湿磨，湿磨后的浆液过250目筛后再烘干至含水率为10％，陈腐4h，制备得到粉料；其中，水的质量为浆液总质量的70wt％，减水剂的质量为浆液总质量的0.3wt％。(2)坯体成型：将步骤(1)中制备得到的粉料在60MPa下压制成坯体，在200℃烘干1h，制备得到坯体；(3)烧成：将步骤(2)中制备得到的坯体在1150℃下烧成30min，制备得到所述陶质砖。本实施例中水化硅酸钙的制备方法为：以煤矸石进行预脱硅处理得到的预 脱硅液为硅源，其主要成分是含碱硅酸钠溶液，其中SiO2浓度为40g/L，Na2O浓度为100g/L。在上述含碱硅酸钠溶液中加入氢氧化钙作为钙源，其中钙源与硅源的CaO/SiO2摩尔比为1.2，在250℃下动态水热反应2h，反应后过滤和烘干制备得到水化硅酸钙。对比例1在本对比例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：制备方法如下：(1)混料：将配方量的叶腊石、黑泥、钾长石、石英、高岭土、滑石、透辉石和瓷土混合，以水和减水剂为介质，在球磨机中湿磨，湿磨后的浆液过250目筛后再烘干至含水率为10％，陈腐24h，制备得到粉料；其中，水的质量为浆液总质量的50wt％，减水剂的质量为浆液总质量的0.5wt％。(2)坯体成型：将步骤(1)中制备得到的粉料在50MPa下压制成坯体，在170℃烘干4h，制备得到坯体；(3)烧成：将步骤(2)中制备得到的坯体在1130℃下烧成15min，制备 得到所述陶质砖。对比例2在本对比例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：制备方法如下：(1)混料：将配方量的叶腊石、黑泥、钾长石、石英、高岭土、滑石、透辉石和瓷土混合，以水和减水剂为介质，在球磨机中湿磨，湿磨后的浆液过250目筛后再烘干至含水率为10％，陈腐24h，制备得到粉料；其中，水的质量为浆液总质量的50wt％，减水剂的质量为浆液总质量的0.5wt％。(2)坯体成型：将步骤(1)中制备得到的粉料在50MPa下压制成型，在170℃烘干4h，制备得到坯体；(3)烧成：将步骤(2)中制备得到的坯体在1170℃下保温30min，制备得到所述陶质砖。对比例3在本对比例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：制备方法与实施例1的制备方法一致。对比例4在本对比例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：制备方法与实施例1的制备方法一致。对比例5在本对比例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：制备方法与实施例1的制备方法一致。对比例6在本对比例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：制备方法与实施例1的制备方法一致。对比例7在本对比例中，所述制备陶质砖的原料按各组分占的质量百分含量包括：制备方法与实施例1的制备方法一致。对实施例1-7制备的陶质砖以及对比例1-7制备的陶质砖的性能进行测定，测定结果如表1所示。表1抗折强度(MPa)吸水率(％)白度(°)烧失量(％)实施例14017758.0实施例23516708.6实施例3409787.5实施例44018758.2实施例53025727.9实施例63520728.0实施例74514708.5对比例12819658.6对比例23218648.7对比例32622618.4对比例4熔融熔融熔融熔融对比例52525608.9对比例62423629.0对比例72520638.6综合实施例1-7和对比例1-7中的结果可以看出，本发明制备得到的陶质砖具有较高的抗折强度，适度的吸水率，较高的白度，较小的烧失量。这说明使用水化硅酸钙为原料制备得到的陶质砖综合性能优异。这主要因为本发明所用水化硅酸钙的纯度高、白度高、粒度小、烧失量小以及性质稳定，将其添加到陶质砖中能起到熔剂作用，降低坯体烧成温度，还可以减少陶质砖生产过程中粉碎、球磨等高能耗生产环节，降低陶质砖整体能耗及污染。同时本发明的方法成本低廉、工艺简单、能耗低、可规模化。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种陶质砖及其制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页1 2 3