[发明专利]一种辉石瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型陶瓷及制备方法，属于陶瓷制备和固体废弃物资源的综合利用新技术领域。

技术背景

我国是生产和消耗陶瓷产品的大国，不仅有着悠久的历史，而且制造陶瓷的原料非常广泛，但是随着自然资源的日益减少，尤其是优质传统陶瓷原料的匮乏，使利用传统自然资源生产陶瓷受到了限制，因而寻求可循环利用的陶瓷原料已是迫在眉睫。与此同时，我国每年的工业固体废弃物达8亿吨，累计堆存量超过67亿吨，占用土地达到65412万m²，除占用大量土地外，其中含有的有害成分对土地和地下水的污染严重威胁着千百万人的身体健康。所以目前国内外已经把目光转向利用工矿业废弃物、副产品或低品质矿物原料制造陶瓷的研究。

陶瓷材料的种类繁多，其组成与性能各不相同。与本发明相关的有：

（1）传统陶瓷：以粘土为主，辅以长石、石英等矿物组分，经过粉碎、配料、造粒、成型、干燥、烧结等工艺制造而成，其主晶相是莫来石、石英、玻璃相等。普通陶瓷又称粘土质陶瓷或三组分陶瓷，属于SiO₂-Al₂O₃-K₂O(Na₂O)三元体系配方，要求瓷质砖中原料不能含有过多的杂质，其中Fe₂O₃质量百分含量通常小于0.8%，CaO质量百分含量通常小于3%，因此，传统陶瓷在生产过程中面临着优质矿物资源短缺、枯竭及价格上涨的威胁。

（2）随着陶瓷行业降低燃料能源消耗的需求增加，陶瓷行业开始添加含钙镁矿物作为快烧降耗的原料。目前陶瓷生产中常用的含钙矿物有方解石、石灰石、白云石、菱镁矿、硅灰石、骨灰和磷灰石等，含镁矿物有滑石、透辉石等。其中硅灰石、透辉石由于其烧制成品的机械性能好、适宜高温快烧等特点日益受到关注。但是其仍然是在传统的三组分陶瓷的基础上进行少量添加或者替代部分原料，其晶相除了石英、莫来石和玻璃相外，还增加少量的钙长石或者堇青石相，以及少量未完全反应的硅灰石或透辉石等。由于该体系中主要成分仍然为SiO₂和Al₂O₃，其中的CaO、MgO含量仍然为补充，通常CaO的质量百分含量为大约10%或者更少，MgO的质量百分含量为大约3%或者更少，而对Fe₂O₃的含量要求小于1%。因此，虽然这类陶瓷对传统陶瓷原料进行了一定程度的扩展，但仍然属于SiO₂-Al₂O₃-K₂O(Na₂O)三元体系配方，不能利用大量含钙、含铁或者含镁的工矿业副产品（固体废弃物）或者低品质的矿物原料。

（3）滑石质陶瓷：滑石质陶瓷是以滑石为主要原料制备的陶瓷，主要应用于电子领域，其介电性能优良且价格低廉，绝缘强度高并具有较好的化学稳定性，但滑石质陶瓷主要原料为滑石和部分粘土等，为了满足介电等性能的要求，在组分上要求有害杂质CaO和Fe₂O₃的质量百分含量均小于1%，其主晶相为仅含有MgO而不含有CaO或Fe₂O₃的顽火辉石相，因此，其原料的范围限制更窄，不能利用其它低品质原料。

国内外针对利用工业固体废弃物、副产品或者低品位矿制备陶瓷的研究较多，申请公开号CN101386528A提出了利用冶金钢渣生产陶瓷砖的方法，但其需要增加除铁环节，流程复杂，其含镁原料滑石掺量为1.0-12%，换算为MgO含量为0.03-3.6%，虽然生成了透辉石晶相，但并不为主晶相，且按照其成品尺寸为600mm*600mm*11mm，破坏强度为大于2300N计算，其抗折强度为大于20MPa，强度较低；申请公开号为CN102924113A利用铜尾矿渣制备了多孔陶瓷材料，申请公开号为CN102173740A利用硅钙渣制备了釉面砖等，此类研究发明很多但其制备的陶瓷产品主晶相均不属于辉石为主晶相的高CaO、MgO或者Fe₂O₃体系，其力学性能也都不高，附加值相对较低。