一种利用尾砂制备的工艺陶瓷用泥浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷工艺技术领域，具体涉及一种利用尾砂制备的工艺陶瓷用泥浆及其制备方法，以及采用该泥浆进行成型、施釉、烧成的工艺。
背景技术
陶瓷，英语：china。中国人早在约公元前8000-2000年(新石器时代)就发明了陶器。用陶土烧制的器皿叫陶器，用瓷土烧制的器皿叫瓷器。陶瓷则是陶器、炻器和瓷器的总称。古人称陶瓷为瓯。凡是用陶土和瓷土这两种不同性质的粘土为原料，经过配料、成型、干燥、焙烧等工艺流程制成的器物都可以叫陶瓷。
陶瓷按用途分，主要包含三种：日用陶瓷、工艺陶瓷、工业陶瓷。其中，工艺陶瓷是一种既能观赏、还能把玩；既能使用，还能投资、收藏的艺术品种，如花瓶、雕塑品、园林陶瓷、器皿、相框、壁画、陈设品等。工艺陶瓷以其精巧的装饰美、梦幻的意境美、陶艺的个性美、独特的材质美，形成了特有的陶瓷文化，受到了人们的喜爱。
现有的工艺陶瓷泥浆所用原料多为杂质少、纯度高、塑性好、价格高的优质原料。然而，矿产资源是不可能再生资源，高品质的优质资源将日益减少。因此，如何利用劣质原料制备出同等质量的工艺陶瓷用泥浆，以节省优选矿产资源的利用率，降低制作成本，就成了本领域技术人员亟待解决的技术问题了。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种充分利用低价尾砂原料制备的，性能水平可以达到甚至超越市售泥浆的工艺陶瓷用的泥浆。
具体方案如下：
本发明的目的之一在于提供一种利用尾砂制备的工艺陶瓷用泥浆，该工艺陶瓷用泥浆包括以下重量百分比的原料：尾砂30-50％，钾钠长石12-18％，高岭土16-26％，高强瓷土15-25％，白云石2-5％，煅烧滑石3-6％。
进一步的，所述工艺陶瓷用泥浆包括以下重量百分比的化学成分：SiO258-68％，Al2O3%2018-24％，Fe2O3%200.3-1.0％，TiO2%200-0.5％，CaO%200.5-1.2％，MgO%201-4％，K2O%203-5％，Na2O%200.5-1％，其余为杂质。
进一步的，所述工艺陶瓷用泥浆的性能为：屈服值15-20dyn/cm2，干燥强度2.8-3.5MPa，干燥收缩2.5-3.5％，烧成收缩9-10％，总收缩1-13％。
进一步的，所述尾砂的理化指标为：SiO2%2081-83％，Al2O3%2010-12％，Fe2O3%200.2-0.4％，TiO2%200.01-0.07％，CaO%200.01-0.09％，MgO%200.01-0.13％，K2O%201.5-3.0％，Na2O0.01-0.10％，烧失量2-3％。
本发明的另一目的在于提供一种上述的利用尾砂制备的工艺陶瓷用泥浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)球磨机使用高铝内衬，采用高铝石球磨；
(2)按重量百分比称取各原料，加入解胶剂、水进行球磨，获得球磨好的泥浆；
(3)将步骤(2)获得的球磨好的泥浆进行放浆，过100目筛、高磁除铁各两次，陈腐，练泥，获得成品。
进一步的，所述解胶剂包括以下重量百分比的组份：占各原料总重量0.5-1.1％的水玻璃，占各原料总重量0.15％的碱面；所述水的添加量是各原料总重量的41-43％。
进一步的，步骤(2)中球磨好的泥浆要求325目筛余小于5％，粒度小于10um的泥浆占总泥浆全部质量的60-68％。
本发明的另一目的在于提供一种工艺陶瓷的成型工艺，该成型工艺采用上述的利用尾砂制备的工艺陶瓷用泥浆为原材料，采用滚压、注浆或拉坯的手段进行成型。
本发明的另一目的在于提供一种工艺陶瓷的施釉工艺，该施釉工艺采用上述的利用尾砂制备的工艺陶瓷用泥浆为原材料，采用淋釉或灌釉的手段进行施釉，且所述釉为透明釉。
本发明的另一目的在于提供一种工艺陶瓷的烧成工艺，该烧成工艺采用上述的利用尾砂制备的工艺陶瓷用泥浆为原材料，并采用梭式窑烧成，烧成温度控制在1200-1230℃，烧成时间7-10小时。
其中：
尾砂是生产高强瓷土过程中所产生的尾料，在传统生产过程中往往直接丢弃，而本发明通过将尾砂进行水洗、除铁，获得颗粒细腻，白度好的尾砂加以利用，价格低廉，在坯体中起到石英和部分钾长石的作用。其中，石英在坯体中起骨架作用，可以降低收缩和变形，增强机械强度；钾长石在坯体是充当熔剂作用，可以降低烧成温度，减小泥浆粘性，并降低干燥收缩、干燥时间。
本发明尾砂的最佳使用量为：30-50％，其原因在于：如果尾砂的配比量超过50％，所制备的泥浆硅含量高，塑性变差，不适用注浆成形；如果尾砂的配比量低于30％，所制备的泥浆铝含量高，烧成温度要求高，且成形做出的半成品湿坯偏软，容易变性。
钾钠长石的作用在于减少坯体的干燥收缩和变形，改善干燥性能，缩短干燥时间。在烧成时可作为熔剂降低烧成温度，促使石英和高岭土熔融，加速莫来石(一种优质的耐火材料)的形成。钾钠长石在熔融中生成的长石玻璃体充填于坯体的莫来石晶粒之间，使坯体致密而减少空隙，从而提高其机械强度。本发明钾钠长石的最佳使用量为：12-18％，其原因在于：如果钾钠长石配比量超过18％，所制备泥浆碱金属含量高，烧成温度低，产品容易发生变形缺陷；如果钾钠长石配比量低过12％，所制备泥浆碱金属含量少，烧成温度要求高。
高岭土在陶瓷中的作用是引入Al2O3，有利于莫来石的生成，提高其化学稳定性和烧结强度。在烧成中高岭土分解生成莫来石，形成坯体强度的主要框架，可防止陶瓷制品的变形，使烧成温度变宽，还能使坯体具有一定的白度。同时，高岭土具有一定的可塑性、粘结性、悬浮性。本发明高岭土的最佳使用量为：16-26％，其原因在于：如果高岭土配比量超过26％，所制备的泥浆Al2O3含量高，烧成温度要求高；如果高岭土配比量低于16％，所制备的泥浆Al2O3含量低，泥浆的可塑性、粘结性、悬浮性均差。
高强瓷土是介福当地一种白度较好的瓷土，富含伊利石矿物成分，具有出裂时间长，可塑性好，干燥收缩小，干燥抗折强度较高的特性，造价较高。本发明高强瓷土的最佳使用量为：15-25％，其原因在于：如果高强瓷土配比量超过25％，所制备的泥浆吃浆速度慢，不适用于注浆成形；如果高强瓷土配比量低于15％，所制备的泥浆可塑性差、干燥强度低、容易产生裂纹。
白云石、煅烧滑石的作用是为坯体中引入大量的CaO、MgO，从而降低了坯体的熔融温度和粘度，它易润湿Al2O3、SiO2颗粒，能迅速促进坯体的烧结，起到了强矿化剂的作用，缩短烧成时间。本发明白云石的最佳使用量为：2-5％，煅烧滑石的最佳使用量为：3-6％，其原因在于：白云石、煅烧滑石均是助熔剂类原料，使用量大，会产生泥浆烧失量大，泥浆烧成温度低，产品容易变形；使用量小，泥浆烧成温度高，产品不易烧成。
本发明所采用原料的化学成分见表1。
表1各原料的化学成分列表(wt％)
本发明所制备的工艺陶瓷用泥浆的调制性能见表2。
表2本发明制备的泥浆成品的调制性能列表
从表2可以看出，本发明的泥浆采用低成本原料的配方，可以在吃浆厚度、干燥强度、干燥收缩、烧成收缩、总收缩、白度、浓度、温度、V0、V30、屈服值等指标上获得良好的性能，从而实现达到甚至是超过市售泥浆的性能水平，以替换现有的市售泥浆，节省生产成本。
有益效果：
本发明工艺陶瓷用的泥浆，大量使用低价尾砂原料，变废为宝，充分利用资源，起到减少能源损耗，降本增效的作用。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：
表3实施例1-3各原料重量百分比列表(wt％)
一种利用尾砂制备的工艺陶瓷用泥浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)球磨机使用高铝内衬，采用高铝石球磨；
(2)按表3的重量百分比称取各原料，加入解胶剂、水，进行球磨，获得球磨好的泥浆；
(3)对步骤(2)获得的球磨好的泥浆进行放浆，过100目筛、高磁除铁各两次，陈腐，练泥，获得成品。
其中，
所述解胶剂包括以下重量百分比的组份：占各原料总重量0.5％的水玻璃，占各原料总重量0.15％的碱面；所述水的添加量是各原料总重量的43％；步骤(2)中球磨好的泥浆要求325目筛余小于5％，粒度小于10um的泥浆占全部泥浆总质量的68％。
实施例2：
本实施例2的制备方法与实施例1基本相同，其不同之处在于，实施例2中：所述解胶剂包括以下重量百分比的组份：占各原料总重量1.1％的水玻璃，占各原料总重量0.15％的碱面；所述水的添加量是各原料总重量的42％；步骤(2)中球磨好的泥浆要求325目筛余小于5％，粒度小于10um的泥浆占全部泥浆总质量的65％。
实施例3：
本实施例3的制备方法与实施例1基本相同，其不同之处在于，实施例3中：所述解胶剂包括以下重量百分比的组份：占各原料总重量1％的水玻璃，占各原料总重量0.15％的碱面；所述水的添加量是各原料总重量的41％；步骤(2)中球磨好的泥浆要求325目筛余小于5％，粒度小于10um的泥浆占全部泥浆总质量的60％。
对比例1：
表4对比例1-6各原料重量百分比列表(wt％)
一种对比例1-6的泥浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)球磨机使用高铝内衬，采用高铝石球磨；
(2)按表4的重量百分比分别称取对比例1-6的原料，加入解胶剂、水，进行球磨，获得球磨好的泥浆；
(3)对步骤(2)获得的球磨好的泥浆进行放浆，过100目筛、高磁除铁各两次，陈腐，练泥，获得成品。
其中，
所述解胶剂包括以下重量百分比的组份：占各原料总重量0.5％的水玻璃，占各原料总重量0.15％的碱面；所述水的添加量是各原料总重量的43％；步骤(2)中球磨好的泥浆要求325目筛余小于5％，粒度小于10um的泥浆占全部泥浆总质量的68％。
实验测试：
对实施例1-3、对比例1-6所制备的泥浆的性能进行测试。
测试方法：
浓度：采用200mL容量瓶所测泥浆的重量，单位：g/200mL。
温度：采用温度计检测泥浆温度。
V0、V30：采用非标件检测仪器马里奥托管检测泥浆流100mL量所用的时间。
吃浆速度：采用非标件石膏圆形在45分钟吃浆时间后所吃泥浆厚度。
屈服值：采用旋转粘度计测得泥浆的屈服值。
干燥强度、干燥收缩、烧成收缩、总收缩按照国家标准《GB/T 26742-2011建筑卫生陶瓷用原料粘土》的相应做法进行检测。
吸水率：按照《国家标准GB/T 6952-2015卫生陶瓷》的相应做法进行检测。
性能对比：
表5实施例1-3、对比例1-6各性能对比列表
根据表5的对比测试结果可知：
1.使用本发明所制备的泥浆性能及产品可以与传统采用高价原料制备的泥浆性能及产品相媲美，而本发明充分使用尾砂原料，降低了该种泥浆的成本约30％，变废为宝，有益环保。
2.本发明对各原料配比的要求十分严格，超出或低于配比值都会对本发明的泥浆产生不良影响，比如：
对比例4不使用尾砂，泥浆屈服值高，V30数值大，干燥收缩大，泥浆粘性大，流动性差，所做产品容易出裂；
对比例5尾砂配比20％，所制泥浆吸水率高，需要的烧成温度高；
对比例6尾砂配比60％，所制泥浆的吃浆速度慢，干燥收缩小，烧成收缩大，产品容易在烧成过程中开裂。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
