一种利用赤泥生产的陶瓷材料及其制备方法
【专利说明】一种利用赤泥生产的陶瓷材料及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及利用一种利用赤泥生产的陶瓷材料及其制备方法，属于固体废弃物资源综合利用领域。
【背景技术】
[0003]赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，一般情况下，平均每生产I吨氧化铝，附带1.0-1.2吨赤泥。我国每年排出数百万吨赤泥，大量的赤泥不能够有效利用，基本依靠大面积堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。
[0004]赤泥的开发利用，目前主要在以下四个领域:建筑材料领域、环境材料领域、有价金属的回收以及其他复合材料。虽然上述后三个领域，可提高赤泥利用的附加值，但其消耗量相比建筑材料领域，十分有限。
[0005]随着建筑陶瓷行业的迅速发展，我国陶瓷砖年产量已接近40亿m2，但是天然矿物资源日益减少，使得陶瓷砖的工业原料十分缺乏。
[0006]故此，实现充分利用工业固体废弃物代替天然矿物资源，不仅降低工业固体废弃物对环境的危害，也可以减少天然非金属矿物资源的开发，避免过度开采带来的生态系统破坏的风险。同时，陶瓷行业又属于能耗大户的行业，利用赤泥生产陶瓷材料的烧结温度相比传统原料生产陶瓷材料的烧结温度低，有利于能源的节约。
[0007]公开号CN 102173736A中提出一种地砖陶瓷和利用工业固体废弃物磷石膏和赤泥制备该地砖陶瓷的方法，通过加入分散剂，改善浆料的流动性与触变性，通过喷雾干燥造粒，压制烧制成陶瓷产品，得到吸水率较低，抗折强度满足国标的地板陶瓷。然而，就赤泥的利用量最高不到30%，本发明通过添加富镁原料和富石英类原料，以生成富含镁硅放入矿物并构成材料的骨架，保证随赤泥利用量提高而带来具有熔剂作用的成分量增多，试样不易过烧和变形，且保持良好的力学性能。
[0008]公开号CN 103819176A中提出一种低成本高强度陶瓷地砖的制备工艺，该陶瓷地砖制造工艺以冶金工业废弃物为主要原料，生产成本较低且制得的地砖强度高。然而因为赤泥材料具有自釉面作用，故制备方法中烧结阶段所需时间近15-20小时，用于保证材料内部气体充分排出，以达到充分致密化，使得材料具有较好的力学性能。本发明通过添加富石英类等脊性原料，以保证烧结过程材料内气体可快速排出，相比降低其烧结时间，烧结时间为35-70分钟，达到了节能效果并保证其具有较好的力学性能。
【发明内容】
[0009]本发明人在长期的实验中发现，可以实现大量利用赤泥并制备出具有良好性能的陶瓷材料产品，在保证坯体塑性的同时，部分加入富石英或富硅铝原料，并且可以进一步加入其他陶瓷原料补充化学组分。
[0010]本发明的目的是为了提供的一种利用赤泥生产的陶瓷材料及其制备方法，该方法使赤泥以及粉煤灰资源得到了有效且高值的利用，同时采用低温烧成，简单可行，有利于工业化生产，具有明显的环境、社会和经济效益。
[0011 ]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种利用赤泥生产的陶瓷材料，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%、富硅铝原料5-35%、石英类原料5-40%、富镁原料0-30%，上述原料质量百分比总和为100%。
[0012]进一步的，所述富硅铝原料包括页岩、粉煤灰，其Si02>35%，Al203>15%;石英类原料包括含硅尾矿、硅石，其Si02>85%;富镁原料包括滑石、白云石，其Mg0> 12%。
[0013]进一步的，所述赤泥化学组成的为15%〈 S12〈45%，5%〈 CaO <24%,6%<A1203<26%,10% < Fe2O3〈45%，4%〈(K2(HNa2O)〈15%。
[0014]—种利用赤泥生产的陶瓷材料的方法，所述方法包括如下步骤:
a、取干燥后的赤泥与粘土、富硅铝原料、石英类原料、富镁原料混料后作为陶瓷混合原料进行研磨，采用干法研磨制粉或者湿法研磨制粉工艺；
b、对干法研磨制粉所得混合料粉末进行加湿或对湿法研磨制粉所得混合料粉末进行干燥，并进一步造粒、成型；
C、将成型后的陶瓷材料生坯送进窑炉烧成。
[0015]进一步的，所述步骤a中采用的原料各组分的重量百分配比为:赤泥10-70%、粘土0-60%、富硅铝原料5-35%、石英类原料5-40%、富镁原料0-30%。
[0016]进一步的，所述赤泥化学组成的为15%〈 S12〈45%，5%〈 CaO <24%,6%<A1203<26%,10% < Fe2O3〈45%，4%〈(K2(HNa2O)〈15%。
[0017]进一步的，所述富硅铝原料包括页岩、粉煤灰中的一种，其Si02>35%，Al203>15%;
所述石英类原料包括含硅尾矿、硅石、石英砂中的一种，其Si02>85%;
所述富镁原料包括滑石、白云石、铬铁渣中的一种，其Mg0>12%。
[0018]进一步的，所述步骤c过程中，坯体最高烧成温度为1060-1180V，烧结时间为35-70分钟，烧结温度变化为低温一高温一保温一低温。
[0019]进一步的，所制备的陶瓷材料抗折强度值超过35MPa，吸水率值小于1%。
[0020]本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是:
1、本发明利用赤泥制造一种新型的陶瓷材料，该方法利用赤泥同时添加富硅铝原料和富石英类原料，其未反应原料和新生成的矿物构成材料的骨架，这使得随赤泥利用量提高而带来具有熔剂作用的成分量增多，试样不易过烧和变形，且保持良好的力学性能，从而保证了赤泥掺入量增加(利用率为10-70%)，陶瓷制品力学性能的提升。
[0021]2、本发明是一种新型的高强硅钙体系陶瓷材料，同时还利用了赤泥含量中氧化铁、氧化铝等组成特点，经过原料匹配，可制备出具有力学性能好等特点的陶瓷材料，所有实验得出的陶瓷具有高强度、低吸水率的优越性能，其抗折强度值超过35MPa，吸水率值小于1%，较优的配比下，陶瓷材料抗折强度值超过10MPa，吸水率值小于0.5%。故此可将赤泥用于生产普通建筑陶瓷/陶瓷烧结砖和高强度工业用陶瓷材料的原料。
[0022]3、本发明采用赤泥为高碱性工业固废，其部分成分在制备陶瓷起熔剂作用，并通过添加富石英类等脊性原料，以保证烧结过程材料内气体可快速排出，实现了低温快烧(烧结温度1060-1180°C，烧结时间35-70分钟)，显著减少能源消耗，有较为明显的环境和经济效益。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。下面结合【具体实施方式】，对本发明进一步说明。
[0025]一种利用赤泥生产的陶瓷材料，由以下重量百分比的原料制成:赤泥10-70%、粘土0-60%、富硅铝原料5-35%、石英类原料5-40%、富镁原料0-30%，上述原料质量百分比总和为100%，其中，富硅铝原料包括页岩、粉煤灰等，其Si02>35%，Al203>15%;石英类原料包括含硅尾矿、硅石等，其Si02>85%;富镁原料包括滑石、白云石等，其Mg0>12%。
[0026]—种利用赤泥生产的陶瓷材料的方法，所述方法包括如下步骤:
a、取干燥后的赤泥与粘土、富硅铝原料、石英类原料、富镁原料混料后作为陶瓷混合原料进行研磨，采用干法研磨制粉或者湿法研磨制粉工艺，原料各组分的重量百分配比为:赤泥10-70%、粘土 0-60%、富硅铝原料5-35%、石英类原料5-40%、富镁原料0-30%，所述赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的固体废弃物，其化学组成的特征为15%〈 S12〈45%，5%〈 CaO <24%，6%〈Α1203〈26%，10% < Fe2O3〈45%，4%〈(K20+Na20)〈15%，其中，富硅铝原料包括页岩、粉煤灰等中的一种，其Si02>35%，Al203>15%;石英类原料包括含硅尾矿、硅石、石英砂等中的一种，其Si02>85%;富镁原料包括滑石、白云石、铬铁渣等中的一种，其Mg0>12%;
b、对干法研磨制粉所得混合料粉末进行加湿或对湿法研磨制粉所得混合料粉末进行干燥，并进一步造粒、成型；
c、将成型后的陶瓷材料生坯送进窑炉烧成，坯体最高烧成温度为1060-11800C，烧结时间为35-70分钟，烧结温度变化为低温一高温一保温一低温。
[0027]采用上述方法所制备的陶瓷材料抗折强度值超过35MPa，吸水率值小于1%。采用本发明方法，可将赤泥用于生产普通建筑陶瓷/陶瓷烧结砖和高强度工业用陶瓷材料。
[0028]本发明的创新之处在于:
1)根据其组成特点，提出利用赤泥制备陶瓷材料的高利用方法，该方法利用赤泥同时添加富硅铝原料和富石英类原料，其未反应原料和新生成的矿物构成材料的骨架，这使得随赤泥利用量提高而带来具有熔剂作用的成分量增多，试样不易过烧和变形，且保持良好的力学性能，从而保证了赤泥掺入量增加(利用率为10-70%)，陶瓷制品力学性能的提升；
2)通过组成设计，巧妙将有害的Fe离子转变成有利的陶瓷材料组分和矿相，其矿相为含铁透辉石或含铁黄长石相，同时从而能够增加陶瓷材料的强度，实现高强陶瓷材料制备；
3)利用赤泥的高碱性，使其在烧结过程起到熔剂作用，同时通过添加富石英类等脊性原料，以保证烧结过程材料内气体可快速排出，使陶瓷产品不会产生鼓泡、黑心等缺陷，实现其低温快烧节能制备较