[发明专利]一种利用脱硫石膏制备钙长石增韧陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅酸盐陶瓷制备，特别是涉及一种利用脱硫石膏制备钙长石增韧陶瓷的方法。

背景技术

中国是陶瓷生产出口的大国，建筑、日用陶瓷产量连续多年居世界首位。目前陶瓷行业面临的重大挑战主要有：陶瓷生产的烧成温度偏高，能耗较大；陶瓷产品抗冲击强度偏低，韧性有待提高；陶瓷优质原料日渐稀少。包括日用陶瓷、建筑卫生陶瓷在内的传统硅酸盐陶瓷主晶相为方石英（α‐SiO₂）和莫来石(Al₆Si₂O₁₃)，粘结相为长石质玻璃相。方石英热膨胀系数为11×10^‐6/℃，莫来石热膨胀系数为5.7×10^‐6/℃，长石质玻璃相热膨胀系数5.3～5.8×10^‐6/℃，可见方石英与莫来石和长石质玻璃相热膨胀系数差距较大，在陶瓷烧成过程中，由于各相收缩不匹配，容易导致产品产生微裂纹，影响产品质量。

脱硫石膏是火力电厂烟气脱硫副产物，其主要成分为CaSO₄·2H₂O。目前国内外对脱硫石膏的利用主要集中在代替天然石膏来生产纸面石膏板、作水泥缓凝剂、路基材料、土壤改良剂等。

钙长石(CaAl₂Si₂O₈)热膨胀系数为4.9～5.5×10^‐6/℃,与莫来石和长石质玻璃相相近，以钙长石部分取代方石英作为陶瓷主晶相，有助于减少陶瓷产品烧成过程中微裂纹的产生，提高产品性能。

钙长石和莫来石复合相的材料已有研究，但研究者利用方法多偏向于根据它们晶相组成为依据设计原料配方，选择的主要原料为SiO₂、Al₂O₃及CaCO₃，合成得到的单一的钙长石/莫来石复合相材料，烧成温度一般在1400℃以上，工艺复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前陶瓷行业中存在的烧成能耗高、产品韧性有待提高和优质原料日渐稀少等问题，提供一种利用脱硫石膏制备钙长石增韧陶瓷的方法，能显著改善陶瓷产品的韧性，有效利用废弃物、降低陶瓷烧成温度。

本发明在陶瓷坯料中引入脱硫石膏作为钙质元素来源，在陶瓷产品中生成钙长石。同时由于钙质元素的引入，降低陶瓷烧成过程中液相出现温度，改进高温熔体理化性质，加速陶瓷主晶相莫来石生成和方石英熔融，在较低烧成温度下形成优化的晶相结构：较多的莫来石和钙长石晶体、较少的方石英晶体，这种晶相结构与长石质玻璃相热膨胀系数相匹配，能减少陶瓷烧成过程中微裂纹的产生，提高陶瓷产品的抗冲击强度，显著改善陶瓷产品的韧性；本发明还达到利用废弃物、降低陶瓷烧成温度、提高产品性能的目的。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

（1）以重量百分比计，将脱硫石膏5%～30%和陶瓷坯料70%～95%，以湿法混磨的方式混合均匀；所述的脱硫石膏为硫酸钙型烟气脱硫废渣，主要成分为硫酸钙、残余的石灰石和氧化钙；其中硫酸钙重量含量为60%～90%；

（2）将步骤（1）的浆料粉磨干燥，干压成型制得陶瓷生坯；

（3）陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1180‐1260℃，高温保温30～90分钟，制得陶瓷试样。

所述硫酸钙型脱硫石膏是电厂脱硫渣未干燥的二水石膏或干燥后得到的半水石膏。

步骤（1）所述脱硫石膏的掺入量按总质量百分比计为5%～30%。

步骤（1）所述陶瓷坯料的化学组成为SiO₂64.62%～71.43%、Al₂O₃18.49%～22.99%、K₂O1.89%～2.65%、Na₂O0.14%～0.79%、MgO0.12%～0.68%、Fe₂O₃0.20%～1.31%、CaO0.06%～1.87%。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点：