(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111925144 A(43)申请公布日 2020.11.13
(21)申请号 202010803458.6(22)申请日 2020.08.12
(71)申请人 陕西省能源化工研究院
地址 710000 陕西省西安市太白北路229号
西北大学博物馆三层(72)发明人 魏涛 巨浩波 李阳阳 陈曦
郑化安 刘杰 潘童 刘伟刚 (51)Int.Cl.
C04B 20/10(2006.01)C04B 14/06(2006.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图1页
CN 111925144 A(54)发明名称
一种人造彩砂及其制备方法(57)摘要
本发明公开了一种人造彩砂及其制备方法，由包覆材料包覆基底材料，然后烧结制成，所述包覆材料由以下原料制成：玻璃粉、高岭土、针状硅灰石、水玻璃、水和颜料，所述的基底材料包括硅酸岩类砂粒。所述的包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉20％‑30％、高岭土8％‑15％、针状硅灰石2％‑10％、水玻璃2％、水53％‑80％和颜料5％。本发明通过在包覆材料中引入高岭土以及针状硅灰石，解决的了现有技术中玻璃作为烧结粘合剂烧结后砂粒之间粘连问题，同时因为煅烧高岭土以及针状硅灰石亲水性高，使得采砂表面得到改性，有利于人造采砂在真石漆等水性建筑涂料领域应用。
CN 111925144 A
权 利 要 求 书
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1.一种人造彩砂，其特征在于，由包覆材料包覆基底材料，然后烧结制成，所述包覆材料由以下原料制成：玻璃粉、高岭土、针状硅灰石、水玻璃、水和颜料，所述的基底材料包括硅酸岩类砂粒。
2.根据权利要求1所述的人造彩砂，其特征在于，所述的包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉20％-30％、高岭土8％-15％、针状硅灰石2％-10％、水玻璃2％、水53％-80％和颜料5％。
3.根据权利要求1所述的人造彩砂，其特征在于，所述的硅酸岩类砂粒包括石英砂和煤矸石砂粒中的一种或多种。
4.权利要求1～3任一所述的人造彩砂的制备方法，其特征在于，首先包覆材料包覆基底材料得到坯料，然后将坯料烧结制成，所述包覆材料由以下原料制成：玻璃粉、高岭土、针状硅灰石、水玻璃、水和颜料，所述的基底材料包括硅酸岩类砂粒。
5.根据权利要求4所述的人造彩砂的制备方法，其特征在于，所述的包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉20％-30％、高岭土8％-15％、针状硅灰石2％-10％、水玻璃2％、水43％-80％和颜料5％。
6.根据权利要求4所述的人造彩砂的制备方法，其特征在于，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉25％、高岭土10％、针状硅灰石5％、水玻璃2％、水53％和颜料5％。
7.根据权利要求4所述的人造彩砂的制备方法，其特征在于，所述的玻璃粉粒径小于200目，所述的水玻璃模数为3.3，波美度为40度。
8.根据权利要求4所述的人造彩砂的制备方法，其特征在于，所述的高岭土为900℃以上煅烧高岭土。
9.根据权利要求4所述的人造彩砂的制备方法，其特征在于，所述的针状硅灰石长径比为(10～20):1。
10.根据权利要求4所述的人造彩砂的制备方法，其特征在于。所述的烧结温度为650～900℃，烧结时间为15～45分钟。
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CN 111925144 A
说 明 书
一种人造彩砂及其制备方法
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技术领域
[0001]本发明属于天然石处理技术领域，具体涉及一种人造彩砂及其制备方法。背景技术
[0002]天然彩色砂石越来越成为稀缺资源，相对于天然彩色砂石，人造彩砂具有一个突出的优势，那就是可以根据客户需求调色，满足市场多样化需求。目前关于人造彩砂制备方法主要有1、常温染色法，2、无机颜料直接染色法，3、树脂固化法，4、高温烧结法。常温染色法缺点在于该法制备的彩砂易褪色，耐候性差。无机颜料直接染色法缺点在于该法在生产过程中，若温度有波动同一批彩砂的颜色会不相同，时间过长或过短会导致颜料固化不牢，颜色一般保持一年左右。树脂固化法缺点在于颗粒容易粘连、质感差、耐候性差。高温烧结法制备的彩砂颜色持久，不变色、耐酸碱、耐高温，对于建筑外墙来说高温烧结法制备的彩砂才能满足要求性能。
[0003]目前高温烧结法烧结温度一般在1200度以上，能耗高是目前高温烧结法的最大缺点。普通玻璃通常软化点600℃左右，温度越高，流动性会越好。采用玻璃作为包覆高温粘合剂，则可大大降低烧结温度，
[0004]关于玻璃包覆的技术在专利申请号为201410678716.3中涉及到，虽然该技术是通过玻璃包覆，但是该技术并没有很好解决烧结后包覆颗粒之间的粘联的技术难点，更谈不上对表面特性的关注，最后的工艺处理只是在出料后极速冷却，过筛。这种处理方式会带来三方面的缺点：一是产品品质差，部分颗粒可能因为极速冷却时包覆玻璃体开裂导致基体裸漏，致使产品颜色均一性差；二是即便是极速冷却，也不能达到百分之百颗粒分离，不能被分离的粘连体过筛后废弃，造成新的浪费，并且生产成品率很低，而如果不进行筛分，产品粒径分布均匀性差，影响进一步使用；三是即便能分离的颗粒，因为玻璃体表面光滑，给后续应用带来问题，例如，高分子树脂粘联颗粒时表面因为粗糙度低而导致高分子树脂在颗粒表面附着力低，后续产品强度将受到致命影响。发明内容
[0005]为了克服上述技术存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种人造彩砂及其制备方法，解决现有技术中玻璃作为包覆烧结粘合材料所存在的产品品质差、砂粒之间粘连以及玻璃体表面光滑，影响后续产品性能等技术问题。以克服烧结后颗粒之间的粘联问题。[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案为：[0007]一种人造彩砂，由包覆材料包覆基底材料，然后烧结制成，所述包覆材料由以下原料制成：玻璃粉、高岭土、针状硅灰石、水玻璃、水和颜料，所述的基底材料包括硅酸岩类砂粒。
[0008]具体的，所述的包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉20％-30％、高岭土8％-15％、针状硅灰石2％-10％、水玻璃2％、水53％-80％和颜料5％。[0009]具体的，所述的硅酸岩类砂粒包括石英砂和煤矸石砂粒中的一种或多种。
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CN 111925144 A[0010]
说 明 书
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具体的，首先包覆材料包覆基底材料得到坯料，然后将坯料烧结制成，所述包覆材
料由以下原料制成：玻璃粉、高岭土、针状硅灰石、水玻璃、水和颜料，所述的基底材料包括硅酸岩类砂粒。
[0011]将进一步的，所述的包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉20％-30％、高岭土8％-15％、针状硅灰石2％-10％、水玻璃2％、水43％-80％和颜料5％。[0012]具体的，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉25％、高岭土10％、针状硅灰石5％、水玻璃2％、水53％和颜料5％。[0013]优选的，所述的玻璃粉粒径小于200目，所述的水玻璃模数为3.3，波美度为40度。[0014]优选的，所述的高岭土为900℃以上煅烧高岭土。[0015]具体的，所述的针状硅灰石长径比为(10～20):1。[0016]可选的，所述的烧结温度为650～900℃，烧结时间为15～45分钟。[0017]本发明与现有技术相比具有以下技术效果：
[0018]本发明通过在包覆材料中引入高岭土以及针状硅灰石，解决的了现有技术中玻璃作为烧结粘合剂烧结后砂粒之间粘连问题，同时因为煅烧高岭土以及针状硅灰石亲水性高，使得彩砂表面得到改性，有利于人造彩砂在真石漆等水性建筑涂料领域应用。附图说明
[0019]图1是本发明制备的烧结人造彩砂图；[0020]图2是对比例的烧结彩砂图；
具体实施方式
[0021]本发明利用玻璃为高温烧结粘合剂，以高岭土和针状硅灰石为惰性组分，包覆硅酸岩砂粒制备成人造彩砂，硅酸岩类砂粒一般含有硅铝元素，硅酸岩类砂粒在600℃～900℃高温下其晶体矿物相分解为SiO2和Al2O3组分，具有很强的火山灰活性。[0022]普通玻璃是一种无规则结构的非晶态固体。玻璃由固体转变为液体是一定温度区域(即软化温度范围)内进行的，通常软化点600℃左右，温度越高，流动性会越好。[0023]当玻璃达到软化温度后，具有流动性的玻璃与硅酸岩颗粒表面紧密接触，附着于煤矸石颗粒表面，软化玻璃与高温活化的硅酸岩表面SiO2反应，形成一层相互熔融反应的过渡层，使玻璃紧密附着于酸岩颗粒表面。纯玻璃包覆硅酸岩颗粒面临的缺点也是显而易见的，玻璃粉体软化后流动性变好，导致烧结后颗粒与颗粒包覆层之间粘联，为解决这一致命缺点，通过引入高岭土和针状硅灰石作为填料加以改进，以高岭土和针状硅灰石作为填料改进，不仅解决了包覆的粘联问题，同时增强包覆材料的力学性能，也改变了硅酸岩颗粒的表面特征。
[0024]以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。[0025]本实施例公开了一种人造彩砂及其制备方法，该彩砂由包覆材料包覆基底材料，然后烧结制成，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉20％-30％、高岭土8％-15％、针状硅灰石2％-10％、水玻璃2％、水53％-80％和颜料5％。基底材料包括硅酸岩类砂粒。
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说 明 书
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其中包覆材料与基底材料的配比为大于1:1，以能将基底材料包覆为准。
[0027]本发明中的原料均市售可得。[0028]实施例1：
[0029]本实施例公开了一种人造彩砂及其制备方法，该彩砂由包覆材料包覆基底材料，然后烧结制成。包覆材料由以下重量百分比的原料制成：[0030]玻璃粉25％、高岭土10％、针状硅灰石5％、水玻璃2％、水53％和颜料5％，针状硅灰石长径比为10:1。
[0031]玻璃粉粒径小于200目，水玻璃模数为3.3，波美度为40度。[0032]高岭土为900℃以上煅烧高岭土。[0033]本实施例中的基底材料为石英砂，目数为20。[0034]具体制备方法为：[0035](1)将高岭土，针状硅灰石，玻璃粉，颜料按比例预混合成粉体混合物，将水玻璃，水配按比例配置成水玻璃稀溶液，将粉体混合物与水玻璃稀溶液混合搅拌制成浆料，将石英砂粒与浆料混合搅拌，使得浆料包覆均匀，烘干即制成坯料。[0036](2)将制成的坯料在650℃温度下烧结45分钟，自然冷却，即制得彩砂。[0037]实施例2：
[0038]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉20％、高岭土8％、针状硅灰石2％、水玻璃2％、水63％和颜料5％。[0039]针状硅灰石长径比为15:1。
[0040]本实施例中的基底材料为煤矸石砂粒，目数为20。[0041]坯料烧结时的烧结温度为650℃，烧结时间为45分钟。[0042]实施例3：
[0043]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉30％、高岭土15％、针状硅灰石5％、水玻璃2％、水43％和颜料5％。[0044]针状硅灰石长径比为12:1。
[0045]本实施例中的基底材料为石英砂，目数为20。[0046]坯料烧结时的烧结温度为900℃，烧结时间为15分钟。[0047]实施例4：
[0048]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉25％、高岭土10.5％、针状硅灰石10％、水玻璃2％、水47.5％和颜料5％。[0049]针状硅灰石长径比为14:1。
[0050]本实施例中的基底材料为煤矸石砂粒，目数为20。[0051]坯料烧结时的烧结温度为750℃，烧结时间为30分钟。[0052]实施例5：
[0053]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉25.5％、高岭土8％、针状硅灰石2％、水玻璃2％、水57.5％和颜料5％。[0054]针状硅灰石长径比为16:1。
[0055]本实施例中的基底材料为石英砂和煤矸石砂粒的混合物，石英砂和煤矸石砂粒的质量比为1:1，目数为20。
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说 明 书
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坯料烧结时的烧结温度为680℃，烧结时间为40分钟。
[0057]实施例6：
[0058]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉25％、高岭土10％、针状硅灰石5％、水玻璃2％、水53％和颜料5％。[0059]针状硅灰石长径比为18:1。
[0060]本实施例中的基底材料为石英砂和煤矸石砂粒的混合物，石英砂和煤矸石砂粒的质量比为1:1，目数为20。
[0061]坯料烧结时的烧结温度为700℃，烧结时间为35分钟。[0062]实施例7：
[0063]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉22.5％、高岭土9.5％、针状硅灰石4％、水玻璃2％、水57％和颜料5％。[0064]针状硅灰石长径比为15:1。
[0065]本实施例中的基底材料为石英砂和煤矸石砂粒的混合物，石英砂和煤矸石砂粒的质量比为1:1，目数为20。
[0066]坯料烧结时的烧结温度为750℃，烧结时间为30分钟。[0067]实施例8：
[0068]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉24％、高岭土11.5％、针状硅灰石6％、水玻璃2％、水51.5％和颜料5％。[0069]针状硅灰石长径比为12:1。
[0070]本实施例中的基底材料为煤矸石砂粒，目数为20。[0071]坯料烧结时的烧结温度为750℃，烧结时间为30分钟。[0072]实施例9：
[0073]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉27.6％、高岭土9.4％、针状硅灰石5.5％、水玻璃2％、水50.5％和颜料5％。[0074]针状硅灰石长径比为20:1。
[0075]本实施例中的基底材料为石英砂，目数为20。[0076]坯料烧结时的烧结温度为800℃，烧结时间为25分钟。[0077]实施例10：
[0078]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉28％、高岭土13％、针状硅灰石4.8％、水玻璃2％、水47.2％和颜料5％。[0079]针状硅灰石长径比为16:1。
[0080]本实施例中的基底材料为煤矸石砂粒，目数为20。[0081]坯料烧结时的烧结温度为850℃，烧结时间为20分钟。[0082]实施例11：
[0083]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉29.2％、高岭土8.8％、针状硅灰石8％、水玻璃2％、水47％和颜料5％。[0084]针状硅灰石长径比为12:1。
[0085]本实施例中的基底材料为石英砂和煤矸石砂粒的混合物，石英砂和煤矸石砂粒的质量比为1:1，目数为20。
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坯料烧结时的烧结温度为880℃，烧结时间为18分钟。
[0087]实施例12：
[0088]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉20％、高岭土8％、针状硅灰石2.5％、水玻璃2％、水62.5％和颜料5％。[0089]针状硅灰石长径比为20:1。
[0090]本实施例中的基底材料为石英砂和煤矸石砂粒的混合物，石英砂和煤矸石砂粒的质量比为1:1，目数为20。
[0091]坯料烧结时的烧结温度为900℃，烧结时间为15分钟。
[0092]上市实施例制备的人造彩砂应用在真石漆等水性建筑涂料领域。[0093]对比例1：
[0094]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉35％、高岭土6％、针状硅灰石12％、水玻璃2％、水40％和颜料5％。[0095]对比例2：
[0096]与实施例1相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉18％、高岭土9％、针状硅灰石12％、水玻璃2％、水54％和颜料5％。[0097]对比例3：
[0098]与实施例3相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉18％、高岭土20％、针状硅灰石10％、水玻璃2％、水45％和颜料5％。[0099]对比例4：
[0100]与实施例4相同，不同的是，包覆材料由以下重量百分比的原料制成：玻璃粉25％、高岭土10％、针状硅灰石12％、水玻璃2％、水46％和颜料5％。[0101]对比例5
[0102]与实施例1相同，不同的是坯料烧结时的烧结温度为600℃，烧结时间为45分钟。[0103]对比例6
[0104]与实施例3相同，不同的是坯料烧结时的烧结温度为920℃，烧结时间为15分钟。[0105]对比例7
[0106]与实施例1相同，不同的是针状硅灰石长径比为8:1。[0107]对比例8
[0108]与实施例1相同，不同的是针状硅灰石长径比为22:1。[0109]对比例9
[0110]与实施例1相同，不同的是未加入高岭土和针状硅灰石。
[0111]由本发明的配方里制备得到的人造彩砂实物图如图1所示，熔融玻璃之间实现表面接触比例降低，直到这种表面接触比例很低，冷却后粘联很微弱或者基本没有粘联，颗粒均匀分散，这时，高岭土和针状硅灰石在熔融玻璃体内实现了紧密的堆积，颗粒之间紧密排列。
[0112]未加入煅烧高岭土和针状硅灰石的烧结彩砂或在本发明的配方量之外的实物图如图2所示，颗粒之间粘联，团结成球，这是因为当向熔融玻璃中不加或加入少量高岭土和针状硅灰石惰性材料后，这些惰性材料不足以填充熔融玻璃体，不能实现紧密堆积，熔融玻璃之间仍然有一定比例实现表面接触，这种表面接触冷却后，即表现为粘联。
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如果继续添加高岭土粉体和针状硅灰石，导致过量，作为熔融粘合剂的玻璃不足
以粘合所添加的高岭土粉体和针状硅灰石，宏观上出现掉粉现象。另一方面，高岭土粉体添加进玻璃熔融体系里，降低了原有玻璃力学性能，添加针状硅灰石，纤维状硅灰石增强高岭土粉体和玻璃体系的韧性。加入煅烧高岭土和针状硅灰石不仅解决了包覆的粘联问题，同时增强包覆材料的力学性能，也改变了硅酸岩颗粒的表面特征。[0114]如果烧结温度过高，导致软化玻璃流动性好，致使玻璃对填料的表面覆盖率增大，煤矸石包覆材料表面更多体现了玻璃的特性，因此，软化玻璃需要具有适当的流动性，因此烧结温度需要合适的温度和保温时间。[0115]上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
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说 明 书 附 图
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