申请日2011.09.13
公开(公告)日2012.05.02
IPC分类号C04B35/622; C04B35/14
摘要
本发明涉及CaF2污泥在陶瓷中的应用，包括以下步骤：(1)将Al2O3或其水合物、CaF2污泥、粘结剂、石英和陶粒砂及可选的钾钠长石、方解石、水混合均匀，得到含水量为19%～21%、粘结剂含量为2%～3%的混合料，所述CaF2污泥的固形物中CaF2含量为60～78%，所述Al2O3或其水合物折合成Al2O3与CaF2污泥中所含CaF2的质量比为1∶3～5∶6;(2)将上述混合料碾压、混合、搅拌、挤出，挤出的泥块进行陈腐;(3)成型砖坯;(4)烘干;(5)烧制，得到陶瓷制品，所述陶瓷制品的化学组成为SiO2 62.5%～66.1%，Al2O3 24.8%～26.9%，Fe2O3 0.9%～1.2%，CaO 2.0%～3.6%，MgO 0.2%～0.3%，K2O 0～1.5%，NaO 0～1.6，烧失量4%～5%。
权利要求书
1.一种CaF2污泥在陶瓷中的应用，其特征在于包括以下步骤：
(1)将Al2O3或其水合物、CaF2污泥、粘结剂、石英和陶粒砂及可选的钾钠长石、方解 石、水混合均匀，得到含水量为19%～21%、粘结剂含量为2%～3%的混合料，所述CaF2污泥的 固形物中CaF2含量为60～78%，所述Al2O3或其水合物折合成Al2O3与CaF2污泥中所含CaF2的 质量比为1∶3～5∶6;
(2)将上述混合料在-0.1～-0.2MPa下碾压、混合、搅拌、挤出，挤出的泥块进行陈腐;
(3)成型砖坯;
(4)将成型的砖坯在60～70℃下烘干;
(5)烧制，得到陶瓷制品，所述陶瓷制品的化学组成为SiO2 62.5%～66.1%，Al2O324.8%～26.9%，Fe2O3 0.9%～1.2%，CaO 2.0%～3.6%，MgO 0.2%～0.3%，K2O 0～1.5%，NaO 0～1.6%， 烧失量4%～5%。
2.如权利要求1所述CaF2污泥在陶瓷中的应用，其特征在于，步骤(1)中所述Al2O3或其水合物以含铝污泥作为原料加入，所述含铝污泥的固形物中Al2O3含量为48%～55%，氢 氧化钙含量为18%～26%。
3.如权利要求2所述CaF2污泥在陶瓷中的应用，其特征在于，步骤(1)中所述含铝污 泥的含水率为50%～55%，Al2O3含量为23%～25%，混合料的固形物中各原料组成为：粘结剂 2%～3%、含铝污泥所含固形物15%～16%、氟化钙污泥所含固形物32%～33%、石英37%～38%、 陶粒砂10%～12%。
4.如权利要求3所述CaF2污泥在陶瓷中的应用，其特征在于，步骤(1)中所述Al2O3或其水合物折合成Al2O3与CaF2污泥中所含CaF2的质量比为1∶3～2∶5。
5.如权利要求3所述CaF2污泥在陶瓷中的应用，其特征在于，步骤(5)中烧制温度为 975～1050℃，烧制时间21～23小时。
6.如权利要求1-5中任一项所述CaF2污泥在陶瓷中的应用，其特征在于，所述CaF2污 泥的固形物中CaCO3含量为11.6%～15.1%，Al2O3含量为4.4%～5.7%，SiO2含量为5.5%～7.2%，
7.如权利要求1-6中任一项所述CaF2污泥在陶瓷中的应用，其特征在于，步骤(1)中 所述粘结剂为粘土。
8.如权利要求1-6中任一项所述CaF2污泥在陶瓷中的应用，其特征在于，步骤(1)中 所述石英的SiO2含量为95%以上。
9.如权利要求1-6中任一项所述CaF2污泥在陶瓷中的应用，其特征在于，步骤(2)是 将所述混合料至于真空练泥机中，在-0.1～-0.2MPa下碾压、混合、搅拌、挤出，挤出的泥块 进行陈腐。
10.如权利要求9所述CaF2污泥在陶瓷中的应用，其特征在于，步骤(3)成型砖坯的比 重为2.9～3.1。
说明书
CaF2污泥在陶瓷中的应用
技术领域
本发明涉及一种CaF2污泥在陶瓷中的应用。
背景技术
随着矿产资源日趋减少，在陶瓷原料的开采受到限制的同时，也是陶瓷生产厂家原材料 紧缺之时，因此，科学利用开发工业废渣替代部分有限的矿产资源不但是我们的责任和义务， 也是陶瓷行业的出路和未来的选择。
含铝污泥为铝的表面处理和/或阳极氧化过程中产生的废液被中和后经压滤脱水形成的 废渣(含水率50-55%左右时，其Al2O3含量约为23-25%)，主要成份为结晶和无定形Al203水合物Al(OH)3和Ca(OH)2。
CaF2污泥为电子集成电路制造程序(主要包括：离子植入、黄光显影、干湿式蚀刻、化学 蒸镀及薄膜生成等作业流程)所产生废水通过滤模块物理过滤，再经CaCl2或Ca(OH)2化学沉 降处理，产生CaF2沉淀物再以压滤机脱水后收集得到的废渣。所述电子集成电路制造程序所 产生的废水包括为去除附着于芯片表面之氧化物所产生的氢氟酸废水及化学机械研磨废水 等。一般CaF2污泥的含水率为50-55%时，CaF2含量为30-35%。根据不同情况，可以经干燥 等常规处理方式得到不同含水率的CaF2污泥。
发明内容
本发明提供一种CaF2污泥在陶瓷中的应用。
所述CaF2污泥在陶瓷中的应用，包括以下步骤：
(1)将Al2O3或其水合物、CaF2污泥、粘结剂、石英和陶粒砂及可选的钾钠长石、方解 石、水混合均匀，得到含水量为19%～21%、粘结剂含量为2%～3%的混合料，所述CaF2污泥 的固形物中CaF2含量为60～78%，所述Al2O3或其水合物折合成Al2O3与CaF2污泥中所含CaF2的质量比为1∶3～5∶6;
(2)将上述混合料在-0.1～-0.2MPa下碾压、混合、搅拌、挤出，挤出的泥块进行陈腐;
(3)成型砖坯;
(4)将成型的砖坯在60～70℃下烘干;
(5)烧制，得到陶瓷制品，所述陶瓷制品的化学组成为SiO2 62.5%～66.1%，Al2O324.8%～26.9%，Fe2O3 0.9%～1.2%，CaO 2.0%～3.6%，MgO 0.2%～0.3%，K2O 0～1.5%，NaO 0～1.6， 烧失量4%～5%。
可选的钾钠长石、方解石、水是指钾钠长石、方解石、水均为可选组分，可以不加，或 者根据需要加入其中的至少一种。
优选，步骤(1)中所述Al2O3或其水合物以含铝污泥作为原料加入，所述含铝污泥的固 形物中Al2O3含量为48%～55%，氢氧化钙含量为18%～26%。进一步优选，步骤(1)中所述 含铝污泥的含水率为50%～55%，Al2O3含量为23%～25%，混合料的固形物中各原料组成为： 粘结剂2%～3%、含铝污泥所含固形物15%～16%、氟化钙污泥所含固形物32%～33%、石英 37%～38%、陶粒砂10%～12%。更进一步优选，使用上述原料组成的混合料时，步骤(5)中 烧制温度为975～1050℃，烧制时间21～23小时。优选，步骤(1)中所述Al2O3或其水合物折 合成Al2O3与CaF2污泥中所含CaF2的质量比为1∶3～2∶5;所述CaF2污泥的固形物中CaCO3含量为11.6%～15.1%，Al2O3含量为4.4%～5.7%，SiO2含量为5.5%～7.2%。
上述固形物是指除去所含水分后的物质。本文所指水分是浮游水。所述含水率或含水量 也是指其中浮游水的质量百分比。所述Al2O3含量均是指Al2O3或其水合物全部折合成Al2O3后计算的质量百分比含量。
步骤(1)中，可以根据混合料含水量的要求，选择适当的原料。但是，只要混合料中的 固形物组成符合要求，如果原料中的含水量超过混合料的含水量要求，也可以在混合过程中 采用常规手段干燥，除去部分水分，以得到符合要求的混合料。
优选，步骤(1)中所述粘结剂为粘土。粘土为陶瓷制造领域常用的一种可塑性强的矿物 质。
优选，步骤(1)中所述石英的SiO2含量为95%以上，如陶瓷制造领域常用的石英砂。
优选，步骤(2)是将所述混合料至于真空练泥机中，在-0.1～-0.2MPa下碾压、混合、搅 拌、挤出，挤出的泥块进行陈腐。陈腐为本领域常用技术手段，陈腐时间一般是48～72h，气温 越高，陈腐时间越短，如高温的夏季一般为48h、低温的冬季一般为72h，春秋季节一般为 60h。
优选，步骤(3)成型砖坯的比重为2.9～3.1。
步骤(4)中烘干至含水率为10%以下。
本发明中所有百分比均为质量百分比。
具体的工艺流程可以是：
(1)将含铝污泥和氟化钙污泥混合;将粘结剂、石英砂、陶粒砂和主料混合得到混合 料;
(2)将混合料全部投放到真空练泥机内，在-0.1～-0.2Pa的封闭环境下混合搅拌挤出。 随后把挤压出的块状泥块进行存放(陈腐);
(3)将已陈腐好的泥块经双轴搅拌机翻滚分割后自动送入成型的真空练泥机内挤出 成型、裁切、出坯;
(4)将成型的砖坯放置在环境温度70℃左右的烘房内进行干燥;空心砖需要干燥存放 70～100h、实心砖需要干燥存放360h以上。
(5)将已充分干燥的砖坯叠装在窑炉硼板上进窑烧制，窑炉高温带温度在975℃ ～1,050℃间(不同产品、不同形状的温度也不同)砖坯经21～23h的烧制后即可出窑、检验、包 装、出厂。
本发明利用含铝污泥和CaF2污泥制备陶瓷制品的原理如下：
①当Al(OH)3和/或Al2O3处于高温SiO2系物质反应时，其熔融反应温度为1,240℃ ～1,280℃，为达到1,050℃较低的烧成温度及降低燃料消耗的目的，在传统陶瓷配方中需要加 入CaF2)改善。而当CaF2处于高温SiO2系物质时，其熔融反应温度可降至900～1,100℃，因硅 氧晶体中的氧离子极易与氟离子在高温产生置换(因氟离子半径0.136nm与氧离子半径0.140 nm相仿所致)，故而破坏硅氧系的晶体结构及引发物理及化学结构改变。
②CaF2有明显的吸热反应，提供具低软化点的高硅质物质(二氧化硅)共同烧成，此时添 加Al(OH)3物质于配比中，可以有效控制烧成陶瓷体的体积变异性，有助于产品尺寸稳定及提 高产品的物理性能。
本发明直接将含30-35%氟化钙的污泥，和Al2O3含量为23-25%的的含铝湿污泥(含水率 50-55%)与陶瓷原料SiO2、陶粒砂、粘结剂等其他矿物混合，由真空练泥机对其进行湿式碾 压、混合、搅拌、挤出。在做到100%完全利用污泥的同时，直接利用污泥自带的水份，同 时更彻底杜绝粉尘与人体接触及粉尘对周边环境的污染影响;将已混合挤出的物料传送至砖 坯成型生产车间，经陈腐后，再由另一台真空练泥机(组)完成将此物料真空挤出成型、裁切、 出坯。这样做法的优点是确保砖坯的致密度，从而能真正提高产品的物理性能。
本发明可根据需要及产品的特性选择添加助剂，助剂可以在步骤(1)中加入，和混合料 一起混合均匀，也可以在步骤(2)中加入，在碾压、搅拌过程中均匀分布于混合料中。
本发明以传统陶瓷工艺技术并添加含铝污泥、CaF2污泥作为主要原料使用，所制成陶瓷 体的抗折强度、吸水率、耐酸碱性极佳，而Cr(铬)、Cu(铜)、Pb(铅)、Zn(锌)、Hg(汞)等含量也 远低于EPA(美国环境保护署)环保法规限值，显示以高温液相烧结的方法、以含铝污泥、CaF2污泥为主要原料制成陶瓷广场道路透水砖、外墙装饰砖，是既环保又有社会效益和经济效益 的最优的处理方式。
本发明可用以生产广场道路透水砖、外墙装饰砖，既能节约更多的矿产资源，减少污染， 更能便于广场道路雨水的收集，达到绿色环保及节约水资源的利用。
