專利名稱:飛灰加工和結合有飛灰組合物的制品的制作方法
技術領域:
本發明總體涉及飛灰(fly ash)的加工、飛灰組合物和含飛灰的成形制品及涉及形成上述制品的方法。本發明具體涉及陶瓷(ceramic)制造,其中制品基質中的飛灰是經燒結的。所述方法尤其但不限于已被開發用于制造相對薄的部件如貼磚(tile)或平板(slab)并在本申請中就此進行了描述。然而,應該認識到的是,所述方法具有更廣泛的應用及可用于制造很多種制品,包括裝飾和結構部件及工業陶瓷。
背景技術:
飛灰是燃煤發電站中煤燃燒的副產物及大量產生。飛灰是非常微細的粉末,容易飄在空中且通常含有微量的重金屬如鎘、鉻、鋅和鉛,這使其難以處置。在試圖使飛灰的環境影響最小化中,已考慮了飛灰的各種用途以幫助飛灰處置和得到一些經濟回報。然而,在制造可按工業規模制造的與它們所代替的現有產品相比具有成本競爭力的具有一貫的品 質及在一系列結構和技術性質上充分實施的含飛灰的制品如貼磚等中遇到了困難。
發明內容
在一個實施方案中,本發明提供包含飛灰和塑化劑且呈粉末形式的飛灰組合物和混合物,其中塑化劑當壓制飛灰組合物時能夠使飛灰組合物中的飛灰粒子粘合在一起。形成含飛灰的成形制品的方法可使用所述飛灰組合物和/或混合物且具有低水含量及可呈現足夠的濕強度(green strength)以通過工業設備來處理。
上述發明內容僅為說明性的而非以任何方式來限制本發明。除上述說明性方面、實施方案和特征外,通過參考附圖及以下詳細的描述和實施例,其它方面、實施方案和特征將變得顯而易見。在附圖中圖I為SEM圖,其顯示了在400°C加熱3分鐘后貼磚樣品的微結構;圖2為SEM圖,其顯示了在850°C加熱3分鐘后貼磚樣品的微結構;圖3為SEM圖,其顯示了在1100°C加熱3分鐘后貼磚樣品的微結構;圖4為SEM圖,其顯示了在1250°C加熱5分鐘后貼磚樣品的微結構;及圖5為SEM圖,其顯示了在1250°C加熱10分鐘后貼磚樣品的微結構。
具體實施例方式本發明總體涉及加工飛灰以制造有用的產品和制品。具體地,本發明包含形成飛灰組合物的方法,所述飛灰組合物在一些實施方案中可在形成燒結的成形制品的方法中使用。這特別可適用于陶瓷制造。本發明還涉及形成具有足夠的強度使其能夠在工業環境中被處理的未燒制品(green article)和形成具有燒結飛灰的成形制品的方法。
在第一方面,本發明提供包含飛灰和塑化劑且呈粉末形式的飛灰組合物,其中塑化劑當壓制飛灰組合物時能夠使飛灰組合物中的飛灰粒子粘合在一起。在一種形式中,組合物的平均粒度小于50微米且在另一種形式中小于35微米。在具體實施方案中,使塑化劑與飛灰均勻混合。在一種形式中,將塑化劑至少部分包覆在飛灰粒子上。根據上述方面,本發明提供塑化劑作為飛灰組合物中的一部分。塑化劑可由單一組分制成或可由多種組分制成。可對這些組分進行預混合或在相同時間或在不同時間或在方法的不同階段分開加到飛灰中。因此,在本說明書中,術語“塑化劑”在其范圍內包括這些不同的可選方案且不限于單一組分。 根據上述方面,本發明提供飛灰組合物,其呈粉末形式(即微粒狀可流動狀態)。因此,飛灰組合物具有幾乎干燥的外觀和質地。在一種形式中,飛灰組合物中的水含量小于組合物總重量的3wt%。在一種形式中,飛灰組合物中的水含量小于組合物總重量的lwt%。在一種形式中,將飛灰組合物用在混合物中以形成成形陶瓷制品,其中壓制混合物,然后燒制。在上述混合物中,可能需要添加額外的水以使塑化劑充分水化,由此其使飛灰粒子在壓制下粘合。然而,混合物中的水含量仍可很低,例如低于總混合物的12wt%且甚至低于6wt%及如以下更詳細描述的那樣,這在使用商業操作來制造成形制品中是有利的。需要壓制組合物以使塑化劑使飛灰粒子粘合在一起以形成具有濕強度的未燒制品。在使用中,塑化劑可僅“臨時性地”使飛灰共混物粘合,即這種粘合僅用于得到足夠的強度以使得自壓制的未燒制品在制造過程中保持其形狀。該粘合過程在燒制后不再需要,其中制品的強度源于飛灰基質的燒結。在一種形式中,飛灰組合物具有高飛灰百分比。在一種形式中,以組合物的干重計,飛灰組合物包含大于70%的飛灰。在一種形式中,以組合物的干重計,飛灰組合物包含70-95%的飛灰。所使用的飛灰可為F級、C級或F級和C級的組合。F級飛灰由煙煤或褐煤產生及主要為硅質的。根據ASTM分級,F級飛灰含有總共至少70%的氧化硅、氧化鋁和氧化鐵化合物。C級飛灰源于次煙煤和褐煤。C級飛灰富含氧化鈣。氧化鈣在F級飛灰中的典型含量為2%-4%且通常低于10%,而氧化鈣在C級飛灰中的典型含量為10%-20%且可高達26%。在一種形式中,完全或至少主要地使用F級飛灰,其從制造成本觀點來看是有利的,這是因為與C級飛灰相比,F級飛灰通常是較便宜得到的。在一種形式中,塑化劑呈現適當的流變學行為以使其在所施加的壓力下散開,從而有助于臨時性粘合過程以在所壓制的制品中提供強度。在一種形式中,塑化劑包括具有相當程度的流變學性質的硅酸鋁。在具體形式中,塑化劑包括硅酸鹽礦物粘土(silicatemineral clay)。在一種形式中,以組合物的干重計,飛灰組合物包含5-30%的塑化劑。在一種形式中,以組合物的干重計,飛灰組合物包含5-15%的塑化劑。在一種形式中,在飛灰組合物中使用的飛灰小于或等于100微米。通常,首先將飛灰篩過適當尺寸的篩網以除去尺寸較大的粒子和雜質。在具體形式中,超塑化劑可形成混合物中塑化劑的一部分。可將超塑化劑加到飛灰組合物中或與提供在混合物中的水一起添加。使用超塑化劑的優點是,它在施加壓力于混合物的情況下有助于水的分散并由此減少混合物所需要的水量。超塑化劑是分散混合物且是一類特殊的減水劑。它們是有機聚合物及通過它們的靜電性質來發揮作用以對飛灰粒子施以反絮凝,從而在混合物中創造流動性。一類超塑化劑是由Handy Chemicals制造并以商品名DISAL市售的聚萘磺酸的純鈉鹽。在具體形式中,組合物還包含一種或多種陶瓷添加劑,其總量為組合物干重的5-15%。在一種形式中,一種或多種陶瓷添加劑選自長石、純硅石和滑石。可有利地使用其它陶瓷添加劑以改變所得陶瓷產品的性質如其強度、韌性或水吸收特征。還可包含顏色添加劑如氧化物以改變所得制品的顏色。在一種形式中,使一種或多種陶瓷添加劑與飛灰和塑化劑均勻混合。在一種形式中,在飛灰組合物中使用的飛灰經歷脫碳過程以減少飛灰中的碳含量。在一種形式中,處理飛灰以使其LOI (燃燒損失)值小于2%及在一種形式中為0. 5-1%。LOI是指當將其在空氣或氧氣氣氛中加熱時燃燒殘余物的質量損失并因此能夠提供對飛灰中碳含量的測量。在本說明書中,飛灰的LOI值如下分析在空氣存在下將飛灰加熱至 950°C。飛灰中未燃燒的碳可通過任何已知的分離技術或技術組合如重力分離、靜電分離和泡沫浮選來分離。在一種形式中,可對飛灰進行預篩選以使為形成組合物而添加的平均飛灰粒度小于150微米及在一種形式中小于100微米。以該方式對飛灰組合物進行預篩選,這能夠除去通常具有較高碳含量的較大飛灰粒子,由此降低飛灰的LOI。在一種形式中,研磨飛灰以降低粒度。在具體形式中,作為形成飛灰組合物的一部分,研磨飛灰以降低粒度。在一種形式中,組分在所研磨的飛灰共混物前體中的粒度小于50微米及在一種形式中,將粒度降低至小于或等于35微米。在一種形式中,對所研磨的組分進行篩選(通常在研磨過程中)以確保在飛灰組合物中存在所需要的粒度分布。在具體形式中,將包含至少一種塑化劑組分和可能的其它添加劑的飛灰組合物合并并研磨。對飛灰進行研磨的益處是,通過降低粒度使飛灰粒子中的剩余碳在未燒制品的燒結期間能夠較好地燒掉。另外,通過研磨飛灰組合物的所有組分而有助于組分的均勻混合,得到均勻的微粉化粉末。另外,研磨的其它益處是,降低燒結制品的吸水性并通過提高飛灰共混物的堆積密度而增加最終抗撓強度(flexural strength)。本發明人已發現,根據至少一種上述形式的飛灰組合物能夠以與現有貼磚操作相比具有成本競爭力的商業操作用于制造高質量陶瓷產品如用于建筑物的高質量貼磚和平板。另外,飛灰組合物可形成用于制造陶瓷產品的混合物中的全部組分(干基)或可按較小的比例加到陶瓷混合物中。飛灰組合物的特征是,其可按均勻的微粉化粉末狀態提供,所述狀態使其在燒制下表現一致,這是始終制造高質量陶瓷產品的關鍵要素。另外,飛灰組合物不需要高的水含量就可有效制造具有足夠的濕強度以通過工業處理設備來移動的未燒制品,這兩點在有效制造制品中是非常重要的。該方面的優點是,飛灰組合物可按原料形式供應至制造廠。就位后,添加水和可能的一種或多種其它組分(例如塑化劑組分或一種或多種其它添加劑)以形成用于壓制和燒制及任選用于裝飾的混合物。根據第二方面,本發明提供形成成形制品的方法,所述成形制品具有含燒結飛灰的基質,所述方法包括以下步驟在模具中提供含根據任何上述形式的飛灰組合物的混合物;在模具中壓制微粒狀飛灰混合物以臨時性地使混合物粘合,從而形成通過模具來成形的未燒制品;及燒制未燒制品以燒結飛灰。在一種形式中,除飛灰組合物中含有的水外,混合物還含有額外的水。在一種形式中,壓制前混合物中的水含量小于混合物總重量的12wt%。在一種形式中,未燒制品中的水含量小于混合物總重量的12wt%。在具體形式中,混合物和/或未燒制品中的水含量小于
6% o在具體形式中,未燒制品的斷裂模量大于I. 5kg/cm2。當在說明書各處提及時,未燒制品的斷裂模量是對呈未燒狀態(即在制品燒結前)的制品的抗撓強度的測量且使用三點彎曲撓性試驗(three point bending flexural test)來計算。足夠的濕強度(即斷裂模量等于或大于I. 5kg/cm2)對于在工業環境中制造成形制品是非常重要的,從而能夠適當地處理制品,例如按需通過自動化處理設備。可改變在混合物中使用的飛灰組合物的量。飛灰組合物的特征是,其可構成全部 混合物(干基)且用于制造高質量陶瓷產品。組合物以粉末形式提供及可按原料形式供應至模具而不需要進一步的實質性加工(例如噴霧干燥等)。可添加額外的水以使水含量升至所需要的水平并對所得混合物進行壓制和燒制。在另一種形式中,飛灰組合物可在混合物中占低得多的比例。在該形式中,混合物可包含礦物粘土或本領域已知的其它陶瓷組分以構成混合物本體。因此,在一種形式中,混合物以混合物的干重計包含20-98wt%的飛灰組合物。在另一種形式中,混合物以混合物的干重計包含70-98wt%的飛灰組合物。在一種形式中,可在供應至模具前將混合物中的各種組分在粒化混合器中混合以確保混合物的一致性。在一種形式中,混合物可包含一種或多種其它陶瓷添加劑(不包括可能已形成飛灰組合物中的一部分的那些)以進一步改善成形制品的性質。一種或多種陶瓷添加劑可選自長石、純硅石、滑石、硅酸鹽礦物粘土、硅灰石和其它常規陶瓷添加劑。在一種形式中,混合物還包含其它添加劑。在一種形式中,混合物還包含超塑化齊U。在一種形式中,將超塑化劑與水一起加到混合物中。在第三方面,本發明提供形成成形制品的方法,所述成形制品具有含燒結飛灰的基質,所述方法包括以下步驟提供含飛灰、水和塑化劑的混合物,所述混合物呈微粒狀可流動狀態;壓制混合物以允許塑化劑臨時性地使混合物粘合以形成斷裂模量大于I. 5kg/cm2的未燒制品;及燒制未燒制品以燒結飛灰。在第三方面的具體形式中,將大于或等于200kg/cm2的壓力施加至飛灰共混物。根據第二或第三方面的混合物在壓制前基本不具有濕強度。在一種形式中,混合物呈大體微粒狀或微粉化粉末狀態,其平均粒度小于50微米及水含量小于12wt%。單獨的塑化劑和水可能不具有足夠的數量以在大氣壓下提供所需要的塑性,但可將混合物以其幾乎干燥的形式加料到壓制設備中以施加所需要的壓力,從而使制品成形。需要額外的輸入(壓力)以允許所得塑性至少臨時性地使混合物中的飛灰粒子粘合在一起,其程度是使所壓制的制品具有至少I. 5kg/cm2的斷裂模量且可通過機器來自動處理及在合適的設備如輥道窯中燒結。該形式是有利的,這是因為這種產生足夠濕強度的組合作用不需要相對高水平的水和/或塑化劑就可在幾乎干燥的條件下驅動固化過程和實現濕強度的提高。可按該方式將水和/或塑化劑的含量保持在低水平。使用具有高水含量的飛灰和塑化劑和/或其它臨時性粘合劑的問題是,固化/干燥過程是能量密集型過程,需要約10-16小時且所固化的成形制品很容易破裂。在第四方面,本發明提供形成成形制品的方法,所述成形制品具有含燒結飛灰的基質,所述方法包括以下步驟形成含飛灰、水和塑化劑的混合物;由混合物形成呈所需形狀的未燒制品,其中在形成未燒制品期間,將大于200kg/cm2的壓力施加至混合物,未燒制品的水含量小于未燒制品總重量的10wt% ;及燒制未燒制品以燒結飛灰。
在本發明上述第三或第四方面的具體形式中,水含量等于或小于6%。在具體形式中,水含量為4-6%。在第二、第三或第四方面的具體形式中,成形制品與其表面積相比是相對薄的。這樣的制品可在建筑物或民用建設物中用作內墻和外墻或地面貼磚或平板。在一種形式中,成形制品的厚度小于40mm及在具體形式中小于或等于20mm且可低至厚度為3mm。在使用中,壓制、低水含量和塑化劑的組合在所得未燒制品中提供強度。本發明人已發現,上述組合能夠令人驚訝地提供高的濕強度,其可促進制品的商業規模制造,這是因為其允許在工廠環境中進行自動化工業規模處理。在具體形式中,在成形制品的厚度小于40mm的情況下,未燒制品的斷裂模量大于I. 5kg/cm2。具有該強度的未燒制品能夠在商業生產設施中被處理、干燥和裝飾。在第五方面中,本發明提供形成含飛灰的成形未燒制品的方法,所述制品的厚度小于40_,所述方法包括以下步驟由含飛灰、水和塑化劑的混合物形成未燒制品;以大于200kg/cm2的壓力壓制飛灰共混物,其中未燒制品的水含量低于未燒制品總重量的12被%及未燒制品的斷裂模量大于I. 5kg/cm2。在第六方面中,本發明提供形成含飛灰的成形未燒制品的方法,所述制品的厚度小于40mm,所述方法包括以下步驟由含飛灰、水和塑化劑的混合物形成呈所需形狀的未燒制品,其中水和塑化劑的存在量僅足以形成所需要的塑性和在壓力下作為臨時性粘合劑;通過以大于200kg/cm2的壓力壓制混合物而在未燒制品中提供強度,其中所得未燒制品的斷裂模量大于I. 5kg/cm2。在第六方面的具體形式中,未燒制品的水含量低于未燒制品總重量的12wt%及在具體形式中,水含量低于6wt%。在具體形式中,水含量為4-6wt%。在第二、第三、第四、第五或第六方面的具體形式中,以大于200kg/cm2的壓力壓制混合物。在具體形式中,通過單軸壓制以300kg/cm2-400kg/cm2的壓力來壓制混合物。在一種形式中,壓力大于400kg/cm2。盡管方法可按這些較高的壓力進行,但施加較高的壓力通常較昂貴而益處有限,因此小于450kg/cm2的壓力被認為是優選的。第二、第三、第四、第五或第六方面中任意一個方面的具體優點是,以足夠低的含濕量和足夠的濕強度提供未燒制品以允許直接燒制制品而不需要另外固化未燒制品。另夕卜,當需要時,可將制品加熱至高達250°C以制造用于裝飾的未燒制品,該熱處理通常不長于10-15分鐘,其仍足以為未燒制品提供一些干燥。甚至允許對用于裝飾的未燒制品進行中度加熱,所消耗的能量和所需要的設備遠少于在先前飛灰加工技術或常規陶瓷制造方法(其需要長時間(約12-16小時)的固化/干燥過程)中所消耗的能量和所需要的設備。這在商業設施中是顯著的益處,這是因為其能夠顯著地減少未燒制品的固化/干燥所需要的能量和基礎設施要求。
根據第七方面,本發明提供形成成形制品的方法,所述成形制品具有含燒結飛灰的基質,所述方法包括以下步驟由含飛灰且水含量低于混合物總重量的12被%的混合物形成呈所需形狀的未燒制品;及燒制未燒制品(其含有與其形成時基本相同的水含量)以燒結制品基質中的飛灰。在具體形式中,水含量低于8%且在具體形式中低于6%。在具體形式中,水含量為4-6% o在第七方面的一種形式中,燒制未燒制品而沒有在其形成后進行任何實質性固化。在制品成形中,可將含飛灰的混合物加料到單獨的模具中并在其中成形。然后壓制混合物以使混合物粘合并形成單獨的呈未燒狀態的成形制品,然后對其進行裝飾和燒制。在可選形式中,通過塑化劑來粘合的混合物可在壓制后成形以形成呈其最終形狀的未燒制品。例如,混合物可在中間狀態形成為平板,然后將其切割成較小的單元以形成用于燒 制的未燒制品。在根據第二、第三、第四、第五、第六或第七方面中任意一個方面的一種形式中,混合物結合有根據第一方面的飛灰組合物。在另一種形式中,混合物結合有在其它處就根據第一種形式的飛灰組合物而描述的組分(例如飛灰、塑化劑、礦物粘土和/或任選的陶瓷添加劑),但將這些組分分別提供到混合物中。例如,作為混合物中的一部分而提供的塑化劑可由單一組分構成或可由多種組分構成。可將這些組分預混合或在相同時間或在不同時間或在方法的各個階段分別加到混合物中。然而,為了得到較均勻的粉末,優選將塑化劑合并并將它們一起研磨。因此,在本說明書中,術語“塑化劑”在其范圍內包括這些不同的可選方案且不限于單一組分。另外,根據本發明第二、第三、第四、第五、第六或第七方面中的任意一個方面,可改變飛灰在混合物中的量。若使用根據本發明第一方面的飛灰組合物,則該飛灰組合物可構成全部混合物(干基)。組合物以粉末形式提供且可按該形式直接供應至模具。可添加額外的水以使水含量升至所需要的水平并對所得混合物進行壓制和燒制。在該形式中,以混合物的干重計,混合物可包含大于70wt%的飛灰至高達95wt%的飛灰。在另一種形式中,飛灰可在混合物中占低得多的比例。在該形式中,混合物可包含礦物粘土或本領域已知的其它陶瓷組分以構成混合物本體。因此,在一種形式中,以混合物的干重計,混合物包含20-98wt%的飛灰組合物。在另一種形式中,以混合物的干重計,混合物包含80-98wt%的飛灰組合物。在根據第二、第三、第四、第五、第六或第七方面中任意一個方面的另一種形式中,混合物結合有在其它處就根據第一方面的飛灰組合物而描述的組分(例如飛灰、塑化劑、礦物粘土和/或任選的陶瓷添加劑),但將這些組分分別提供到混合物中。在該形式中,所提供的組分在數量上可等于以上當使用飛灰組合物時所描述的混合物的組成。各種組分的混合可在高速粒化混合器中進行。在一種形式中,將成形制品形成為高質量陶瓷及可用作內墻或外墻和地面貼磚。在具體形式中,第二、第三、第四、第五、第六或第七方面中任意一個方面的方法還包括以下步驟在燒制前使用陶瓷裝飾材料和設備對制品進行裝飾。在一種形式中,該裝飾步驟涉及加熱未燒制品以將底釉或其它裝飾涂層施用至未燒制品。未燒制品的加熱通常在150-250°C進行且可進一步降低未燒制品中的水含量和/或提高濕強度,這可進一步有助于制品的處理和燒制。制品的表面也可按需用印跡或圖案成形。在根據第二、第三、第四、第五、第六或第七方面中任意一個方面的具體形式中,對未燒制品施以分階段燒制過程以燒結飛灰。在第一階段,未燒制品在低于400°C的溫度進行燒制以使水分脫離未燒制品。燒制過程可包括第二階段,其中提高溫度以使飛灰粒子中釋放的碳進行燃燒和燒掉。在一種形式中,在將飛灰研磨至粒度小于50微米的情況下,碳能夠自燃,這在燒結過程中提供一些自由能。通常,溫度范圍為約500-950°C且更優選為650-850°C。若飛灰含有低碳含量(L0I小于2%),則可將該燒制階段縮短或甚至取消。為了制造高質量陶瓷產品,優選在提高燒制溫度超過850°C _950°C前將所有碳燒掉。若碳沒有燒掉,則剩余的碳將在這些較高的溫度以快得多的速率燃燒,這需要氧氣,而氧氣在成形制品中是不能得到的,這導致氧化和破裂。
在燒制過程的進一步階段,進行制品的燒結過程。通常,燒制溫度為IOOO0C -1250°C及在一種形式中為1100-1220°C。在該階段,未燒制品燒結并通常收縮約6-10%。在燒制過程的進一步階段,進行制品的進一步燒結過程。通常,燒制溫度為1150°C _1250°C及在一種形式中為1170-1235°C。在該階段,基質中的一些硅酸鋁和其它陶瓷添加劑達到熔點并使已收縮的飛灰粒子之間的空隙充分閉合或減少,從而使已收縮的制品的尺寸稍微增加。在最終階段,進行制品的冷卻過程。通常,冷卻過程可按每分鐘高達200°C的極高速率進行。與常規陶瓷制造過程相比,這是顯著較快和能量密集程度較小的過程。急速冷卻是可行的,這是因為燒結的飛灰已呈結晶形式,由此當快速冷卻時,僅有有限的(若存在)額外晶體在制品中形成。由于晶體的快速形成是破裂的主要原因,因此在燒結制品中發生破裂的可能性大為降低。實施例實施例I進行試驗以分析含飛灰的壓縮樣品貼磚的微結構和相變。樣品制備將飛灰與硅酸鋁和鈉長石以下列比例共混(以干重計)飛灰80wt%硅酸鋁10wt%鈉長石10wt%對樣品的化學分析使用X-射線熒光技術(XRF)來進行且化學物質以其氧化物表
/Jn o飛灰
化合物原料(Wt%)~ 〈150微米的粒度份額(wt%)~ >150微米的粒度份額(Wt%)
SiO2667366 062 權利要求
1.包含飛灰和塑化劑且呈粉末形式的飛灰組合物,其中所述塑化劑當壓制所述飛灰組合物時能夠使所述飛灰組合物中的飛灰粒子粘合在一起。
2.權利要求I的飛灰組合物,其中組合物的平均粒度小于50微米。
3.權利要求I或2的飛灰組合物,其中所述塑化劑與所述飛灰均勻混合。
4.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中所述塑化劑至少部分包覆在所述飛灰粒子上。
5.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中以所述組合物的干重計,所述飛灰組合物包含大于70%的飛灰。
6.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中以所述組合物的干重計,所述飛灰組合物包含70-95%的飛灰。
7.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中所述塑化劑包括具有相當程度的流變學性質的硅酸鋁。
8.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中所述塑化劑包括硅酸鹽礦物粘土。
9.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中以所述組合物的干重計,所述飛灰組合物包含5-30%的塑化劑。
10.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中所述飛灰具有小于2%的LOI值。
11.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中所述飛灰具有0.5-1%的LOI值。
12.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中所述飛灰組合物中的水含量小于所述組合物總重量的3wt%。
13.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中所述飛灰組合物中的水含量小于所述組合物總重量的lwt%。
14.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中當所述組合物中的水含量為至少4wt%時,所述塑化劑當壓制所述組合物時能夠使所述組合物中的飛灰粒子粘合在一起。
15.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中所述平均粒度小于35微米。
16.任一前述權利要求的飛灰組合物,其中所述組合物還包含一種或多種陶瓷添加劑,其總量為所述組合物干重的5-15%。
17.權利要求16的飛灰組合物,其中所述陶瓷添加劑選自長石、純硅石和滑石。
18.權利要求16或17的飛灰組合物,其中所述陶瓷添加劑與所述飛灰和塑化劑均勻混合。
19.形成任一前述權利要求的飛灰組合物的方法,其包括以下步驟 形成含有所述飛灰、所述塑化劑和任選的所述一種或多種陶瓷添加劑的飛灰共混物;及 研磨所述飛灰共混物以制造所述飛灰組合物。
20.權利要求19的方法,其還包括以下步驟對所述飛灰進行預篩選以使加到所述飛灰共混物中的飛灰的平均粒度小于150微米。
21.權利要求19或20的方法,其還包括以下步驟對在所述飛灰共混物中使用的飛灰進行脫碳以使所述飛灰具有小于2%的LOI值。
22.形成成形制品的方法,所述成形制品具有含燒結飛灰的基質,所述方法包括以下步驟在模具中提供含有權利要求1-16中任一項的飛灰組合物的混合物; 在所述模具中壓制微粒狀飛灰混合物以臨時性地使所述混合物粘合,從而形成通過所述模具來成形的未燒制品;和 燒制所述未燒制品以燒結所述飛灰。
23.權利要求22的方法,其中除包含在所述飛灰組合物中的水外,所述混合物還含有額外的水。
24.權利要求22或23的方法,其中壓制前所述混合物中的水含量小于所述混合物總重量的12wt%。
25.權利要求22或23的方法,其中所述未燒制品中的水含量小于所述混合物總重量的.12wt%0
26.權利要求22-25中任一項的方法,其中所述混合物和/或所述未燒制品中的水含量小于6% o
27.權利要求22-26中任一項的方法,其中所述混合物通過單軸壓制以大于200kg/cm2的壓力來壓制。
28.權利要求22-27中任一項的方法,其中所述混合物通過單軸壓制以300kg/cm2-450kg/cm2的壓力來壓制。
29.權利要求22-28中任一項的方法,其中所述未燒制品的斷裂模量大于I.5kg/cm2。
30.權利要求22-29中任一項的方法,其中以所述混合物的干重計,所述混合物包含20-98wt%的飛灰組合物。
31.權利要求22-30中任一項的方法,其中以所述混合物的干重計,所述混合物包含80-98wt%的飛灰組合物。
32.權利要求22-31中任一項的方法,其中所述混合物還包含超塑化劑。
33.權利要求22-32中任一項的方法,其中所述混合物還包含一種或多種陶瓷添加劑,其總量為所述混合物干重的l_80wt%。
34.權利要求33的方法,其中所述一種或多種陶瓷添加劑選自長石、純硅石、滑石和硅酸鹽礦物粘土。
35.權利要求22-34中任一項的方法,其中所述成形制品的形狀源于所述未燒制品的形狀。
36.權利要求22-35中任一項的方法,其中所述成形制品的厚度小于40mm。
37.權利要求22-36中任一項的方法,其中所述成形制品的厚度小于或等于20mm,但大于 3mm n
38.權利要求20-34中任一項的方法,其還包括以下步驟燒制所述未燒制品,所述未燒制品含有與其形成時基本相同的水含量。
39.權利要求20-38中任一項的方法,其中所述飛灰組合物通過權利要求17-19中任一項的方法來形成。
40.形成成形制品的方法,所述成形制品具有含燒結飛灰的基質,所述方法包括以下步驟 提供含飛灰、水和塑化劑的混合物,所述混合物呈微粒狀可流動狀態; 向所述微粒狀混合物施加壓力以臨時性地使所述混合物粘合,從而形成斷裂模量大于I.5kg/cm2的未燒制品;和 燒制所述未燒制品以燒結所述飛灰。
41.權利要求40的方法,其中所述未燒制品中的水含量小于所述未燒制品總重量的12wt%0
42.權利要求40或41的方法,其中所施加的壓力大于200kg/cm2。
43.形成成形制品的方法,所述成形制品具有含燒結飛灰的基質,所述方法包括以下步驟 形成含飛灰、水和塑化劑的混合物; 由所述混合物形成呈所需形狀的未燒制品,其中在形成所述未燒制品期間,將大于200kg/cm2的壓力施加至所述未燒制品且所述未燒制品中的水含量小于所述未燒制品總重量的12wt% ;和 燒制所述未燒制品以燒結所述飛灰。
44.權利要求43的方法,其中所壓制的未燒制品的斷裂模量大于I.5kg/cm2。
45.權利要求40-44中任一項的方法,其中所述未燒制品中的水含量小于6%。
46.權利要求40-45中任一項的方法,其中施加至所述混合物的壓力大于300kg/cm2。
47.權利要求40-46中任一項的方法,其中所施加的壓力為350kg/cm2-450kg/cm2。
48.權利要求40-47中任一項的方法,其中所述成形制品的厚度小于40mm。
49.權利要求40-48中任一項的方法,其中所述成形制品的厚度小于或等于20mm,但大于 3mm n
50.形成含飛灰的成形未燒制品的方法,所述制品的厚度小于40mm,所述方法包括以下步驟 由含飛灰、水和塑化劑的混合物形成呈所需形狀的未燒制品; 以大于200kg/cm2的壓力壓制所述混合物以使所述未燒制品中的水含量小于所述混合物總重量的12wt%且所述未燒制品的斷裂模量大于I. 5kg/cm2。
51.形成含飛灰的成形未燒制品的方法,所述制品的厚度小于40mm,所述方法包括以下步驟 由含飛灰、水和塑化劑的混合物形成呈所需形狀的未燒制品,所述水和/或塑化劑的存在量僅足以形成所需要的塑性和在壓力下作為臨時性粘合劑; 通過以大于200kg/cm2的壓力壓制所述混合物而在所述制品中提供強度,由此所壓制的未燒制品的所得斷裂模量大于I. 5kg/cm2。
52.權利要求50或51的方法,其中所述水含量在壓制后小于12%。
53.權利要求50-52中任一項的方法,其中所述水含量小于6%。
54.權利要求50-53中任一項的方法,其中施加至所述未燒制品的壓力大于250kg/2cm o
55.權利要求50-54中任一項的方法,其中所施加的壓力為300kg/cm2-450kg/cm2。
56.權利要求40-55中任一項的方法,其中所述混合物包含大于30wt%的飛灰。
57.權利要求40-56中任一項的方法,其中所述混合物包含大于60wt%的飛灰。
58.權利要求40-57中任一項的方法,其中引入到所述混合物中的飛灰的平均粒度小于或等于150微米。
59.任一前述權利要求的方法,其中所述飛灰的LOI值小于2%。
60.任一前述權利要求的方法,其中所述飛灰的LOI值為0.5-1%。
61.權利要求40-60的方法,其中所述塑化劑包括超塑化劑。
62.權利要求40-61中任一項的方法,其中塑化劑包括具有相當程度的流變學性質的硅酸鋁。
63.權利要求40-62中任一項的方法,其中所述塑化劑包括硅酸鹽礦物粘土。
64.權利要求62或63中任一項的方法,其中所述塑化劑的含量為所述混合物干重的5_50wt%o
65.權利要求40-64中任一項的方法,其中所述混合物還包含一種或多種陶瓷添加劑,其總量為所述混合物干重的l_70wt%。
66.權利要求65的方法,其中所述一種或多種陶瓷添加劑選自長石、純娃石、滑石和娃酸鹽礦物粘土。
67.任一前述權利要求的方法,其還包括以下步驟 提供權利要求1-16中任一項的飛灰組合物;和 然后向所述飛灰組合物中至少添加水以形成所述混合物。
68.權利要求67的形成飛灰組合物的方法,其包括以下步驟 形成含所述飛灰、所述塑化劑和任選的所述一種或多種陶瓷添加劑的飛灰共混物;和 研磨所述飛灰共混物以制造所述飛灰組合物。
69.權利要求68的方法,其還包括以下步驟對所述飛灰進行預篩選以使加到所述飛灰共混物中的飛灰的平均粒度小于150微米。
70.權利要求68或69的方法,其還包括以下步驟對在所述飛灰共混物中使用的飛灰進行脫碳以使所述飛灰的LOI值小于2%。
71.權利要求68-70中任一項的方法,其中組分在所研磨的飛灰共混物前體中的粒度小于50微米。
72.權利要求71的方法,其中組分在所研磨的飛灰共混物中的粒度小于或等于35微米。
73.形成成形制品的方法,所述成形制品具有含燒結飛灰的基質,所述方法包括以下步驟 由混合物形成呈所需形狀的未燒制品,所述混合物含有飛灰且水含量小于所述混合物總重量的12wt%,和 燒制所述未燒制品以燒結所述制品中所壓制的飛灰,所述未燒制品含有與其形成時基本相同的水含量。
74.權利要求22-74中任一項的方法,其中所述成形制品的形狀源于所述未燒制品的形狀。
75.權利要求22-74中任一項的方法,其中在不對所述未燒制品進行任何實質性固化的情況下燒制所述未燒制品。
76.權利要求74或75的方法,其中所述水含量小于6%。
77.權利要求22-76中任一項的方法,其中在燒制前,將所壓制的未燒制品加熱至至多250°C并將裝飾涂層施用至所加熱的制品。
78.權利要求22-76中任一項的方法,其中所述制品的燒制包括飛灰燒結階段,其中將制品基質中的飛灰在1000°C -1300°C的溫度燒結。
79.權利要求78的方法,其中所述制品的燒制包括在飛灰燒結階段前的初步階段,其中將所述制品在低于400°C的溫度燒制。
80.權利要求79的方法,其中所述制品的燒制包括在初步階段后且在飛灰燒結階段前的碳燃燒階段,其中將所述制品在600-950°C的溫度燒制。
81.權利要求22-80中任一項的方法,其中在燒制后將所述制品以大于或等于200°C/分鐘的速率冷卻。
全文摘要
本發明公開了飛灰組合物,其包含飛灰和塑化劑且呈粉末形式。塑化劑當壓制飛灰組合物時能夠使飛灰組合物中的飛灰粒子粘合在一起。形成含飛灰的成形制品的方法可使用含飛灰的飛灰組合物和/或混合物且具有低水含量及可呈現足夠的濕強度以通過工業設備來處理。
文檔編號C04B33/135GK102770393SQ201080064516
公開日2012年11月7日 申請日期2010年12月22日 優先權日2009年12月22日
發明者S.科斯佐 申請人:新南創新私人有限公司, 維科Ip控股有限公司