生产硅基胶结组合物的方法和设备以及由此制备的产品

本发明涉及由二氧化硅制造硅基胶结组合物。更具体地说，本发明涉及通过在碱性介质中湿磨二氧化硅来制备胶结组合物、以及可由该胶结组合物制备的产品。另外，本发明还涉及可用于制备该胶结组合物的设备。

陶瓷一般可定义为：通过对硅及其氧化物和硅酸盐占据优势位点的泥土原料进行热作用所制造的产品。由陶瓷材料制造了各种各样类型的产品，这些陶瓷材料包括建筑用粘土制品（如砖、瓦（tile）、陶瓦（terra    cotta）和带釉的建筑装饰砖）;白色陶瓷（如餐具、化学瓷和电瓷、卫生瓷和地板砖）;所有种类的玻璃制品;瓷釉;耐火材料;波特兰水泥、石灰、烧石膏和石膏制品;磨料如熔融氧化铝、碳化硅和有关的产品;以及硅酸铝纤维。

在许多工业领域中，其中包括建筑工业，粘土质陶瓷产品已经成为大宗产品被广泛使用。特别是建筑用粘土制品被广泛地用于楼宇的建设中。

然而，建筑用粘土制品存在一个缺点，就是生产单块产品所需的时间较长。进一步，在进行窑炉烘烤过程中需要消耗大量的能量。一般来说，考虑到生产厂家的经济效益，要求窑炉具有同时烘烤大量砖的能力。另外，生产厂家尽量被建在靠近粘土资源的地方，因此在将砖输送到需要使用的建筑工地时又增加了成本。

近年来，硅酸盐基材料已用于生产砖。例如，通过将石灰与砂子一起研磨来生产灰砂胶结剂，将该胶结剂与砂混合，将砂和胶结剂的混合物压入模具中，并在蒸压釜中烘烤该混合物可制备硅酸钙砖。硅酸钙砖可在建筑工业中用于替代多数传统使用的粘土砖。

硅酸钙砖的一个缺点是生产单块砖时需要较长的时间。另外，生产硅酸钙砖还需要大量的工艺设备和动力消耗。

通过在碱性介质中湿磨砂子已制成了一种胶结组合物。按照U.S.S.R.    Author′s    Priority    Certificate    No.992487公开的方法，在碱性介质中（pH9.0-10.5）将砂在球磨机中磨制，以生产二氧化硅基胶结组合物。将原料分成三份。将第一份（含有50%的砂子原料）在pH为10.5的水玻璃存在的条件下研磨6小时。然后，将第二份（含有25%的初始原料）与已磨制的原料合并，并将该混合物研磨7小时。将第三份（含有25%的初始原料）加入该已磨制的产物中，然后再将该混合物研磨12小时。该方法的缺点是每批料都需要24小时磨制时间。这就降低了潜在的工艺生产效率。另外，较长的磨制时间增加了球磨机部件的磨损并且实质性地减少了球磨机的使用寿命。另外，该方法生产的产品还不能在用于某些场合达到足够的抗压强度。

按照本发明，通过在碱性介质存在的条件下分馏硅原料以生产其形状基本上为球形的细粒来制备含有二氧化硅的胶结组合物。该细粒由一层正硅酸溶胶包围。该胶结溶液优选不含或基本不含铁。该胶结溶液可以含有约25-约0ppm铁，更优选为约15-约0ppm、最优选约10-约0ppm铁。

该胶结溶液可以通过将二氧化硅经过一个或多个研磨机来制备。优选至少采用二个研磨机。在第一个研磨机中，对二氧化硅原料进行初级研磨并形成在碱性介质中的二氧化硅分散物料。将该分散物料连续喂入第二研磨机，在第二研磨机中将二氧化硅颗粒研磨成为所需要的细度水平，并生产胶结溶液。进行研磨是为了剪切二氧化硅，以实现二氧化硅颗粒的高度分馏，以便生产出均匀性高的胶结溶液。

按照本发明，该胶结溶液可以在具有第一和第二截头圆锥部分的研磨机中制备。该第二截头圆锥部分被同轴地安装在第一截头圆锥部分内。第二截头圆锥部分相对于第一截头圆锥部分转动。胶结溶液通过第一和第二截头圆锥部分之间的工作区域。在其穿过该工作区的过程中，二氧化硅被研磨成为所需要的颗粒尺寸。正如本领域专业人员都清楚的，每个研磨机都有一个可使颗粒减小的最佳减小尺寸。因此，根据原料的颗粒尺寸可以要求一台或多台研磨机。

如果需要一台以上的研磨机，则最后一台研磨机可以带有多个在研磨机工作区中的研磨锥。该研磨锥的顶端位于研磨机排料端附近。研磨机的工作区由工作区的进口到工作区的出口逐渐变窄。工作区以比截头圆锥轴更大的斜率变窄。因此，研磨锥的顶端与第一和第二圆锥部分的研磨表面相接触，从而远离研磨锥尖端的一端则不与这些表面接触。研磨锥起附加研磨表面作用，当二氧化硅颗粒通过工作区时对它们进行粉碎。

本发明的一个优点是实际上使用了少于球磨机完成工作所用的时间来制备胶结溶液。特别是，胶结溶液可以在约1-2小时内被制备，而无需象过去那样用球磨机磨制约24小时。

本发明的胶结溶液也可以用于生产最终产品如砖。按照该工艺，将该胶结溶液与填料充分混合。优选在胶结溶液存在的条件下剪切该填料，例如将填料和胶结溶液通过与上述相似的最终研磨机（其中研磨锥被去掉）。然后将制得的混合物压制在模中并养护。通过改变填料或填料混合物，可以生产出具有很宽性能特性的各种各样的产品，所说的性能特性包括高抗压强度、高屈服强度、良好的耐酸性、低热传导、高隔音绝热特性以及在重复冻融循环后的良好的抗退化性。

本发明的另一个优点是，与使用在球磨机中制备的胶结溶液制造的产品相比，使用本发明胶结溶液生产的产品具有更高的抗压强度和更低的孔隙率。特别是，养护后的产品可以具有约800到约1000Kg/cm2的抗压强度，而使用球磨机制备的胶结溶液仅能达到200至约250Kg/cm2。

参考下列本发明优选实施方案的附图对本发明的上述优点和其它优点做更充分和完整的说明：图1为生产本发明胶结溶液的工艺流程图;

图2为按照本发明由胶结溶液和填料生产一种产品的流程图;

图3为按照本发明用胶结溶液和填料生产一种产品的另一个工艺;

图4是图2第一研磨机的部分剖面的放大图;

图5是图2第二研磨机的部分剖面的放大图;

图6是图5研磨机中的轴的透视图;

图7是图6中线7-7的剖面图。

图8是图2第二研磨机的外壳的另一种结构的部分剖面放大图;

图9是图2第二研磨机的圆锥磨头的另一种结构的部分剖面放大图;

图10是图5研磨机的更详细地剖面图。

如图1所示，制备胶结溶液的生产流程包括第一研磨机10、第二研磨机12和稳定罐14。第一研磨机10可以有三个区，一般称为漏斗区20、混合区22、和研磨区24。在漏斗区20有漏斗26。在漏斗区20和混合区22中装有螺旋喂料器28。在研磨区24中装有圆锥研磨装置30。同样的，第二研磨机12也具有漏斗区60、混合区62、和研磨区64。在碱性水基原料存在的条件下通过第一和第二研磨机10和12处理含硅原料，以便生产胶结溶液。

硅质原料可从各种源获得。硅原料优选含有至少约70% SiO2、更优选含有至少约85% SiO2、最优选至少约95% SiO2。通过在硅质原料中增加二氧化硅含量，将制备一种胶结剂，该胶结剂能使其养护产品提高强度。

原料优选不含或基本不含铁。原料，特别是胶结溶液，仅可含有约25-约0ppm铁，更优选为约15-约0ppm铁，最优选为约10-约0ppm。

在胶结溶液中多于约5%（重量比）铁的存在会产生其中所含的硅颗粒的凝结，并且由此胶结溶液制得产品的强度会降低。如果原料中含铁太多，那么可通过精选如泡沫浮选或磁化作用除去铁。从硅原料精选需要提高成本和大型设备这一观点来考虑，优选使用不含或基本不含铁的硅原料。基于同样的原料，在原料中以及在胶结溶液中也限定了其它金属的含量。

砂和其它原料可能会含有能粘附在研磨表面上的化合物，因此最好要避免。例如，若原料含有钙和/或镁，则可能会形成碳酸盐。因此，原料优选不含或基本不含那些会形成玷污设备的化合物元素。

硅质原料可以从各种来源中获得。该硅质原料可以包括砂、石英、石英岩、砂岩、云母、玻璃和回收玻璃中的一种或多种。硅质原料更优选包括砂、玻璃和回收的玻璃，最优选包括砂。

硅质原料可以不含或基本不含水。硅质原料优选的湿度为约0至约11%，更优选为约0至约7%，最优选为约0.5%至约1.5%。若含水量增加，则最好增加碱性溶液的pH。

在研磨阶段之前混合硅质原料和碱性水质原料，以便在碱性环境中研磨硅质原料。原料混合物的pH优选范围在约9.5至约11之间，更优选为约9.8至约10.5。如果原料含有约75%二氧化硅，那么优选采用更高的pH，如约10.5。如果原料含有约75%二氧化硅，那么优选采用更高的pH，如约10.5。如果原料含有更大百分比的二氧化硅，则可采用较低的pH。可以由任何在水中溶解提供氢氧离子的化合物生产碱性原料。碱性原料可以由LiOH、NaOH、KOH及氢氧化铵制成。

硅质和碱性水质原料的混合物可以含有的湿度为约20%至约30%，更优选为约25%。调整所用的二氧化硅和水量以及碱性溶液的pH，从而获得具有上述水含量和pH的硅质原料和碱性水质原料的混合物。一般来说，以硅质和碱性水质原料的总重计，约20%至约30%，更优选约25%的碱性水质原料与硅质原料混合。

研磨二氧化硅原料颗粒以生产细粉粒。一般来说颗粒越细，则胶结溶液越好。正如研磨领域专业技术人员所知，由研磨机生产的产品将含有具有一定尺寸范围的颗粒。大部分细颗粒的直径优选为小于约0.30mm，更优选地小于约0.17mm，最优选地小于约0.03mm。如果大部分颗粒具有更小直径，那么将有约20%至约25%（重量比）的细颗粒直径可小于约0.45mm。研磨该原料，以便生产基本上为球形的颗粒。该颗粒具有一个在形状上带有小坑的有效均匀的表面，该小坑相对于颗粒的直径要小。

本领域专业技术人员都清楚，可以采用一台或多台研磨机。根据加入研磨机的颗粒尺寸，为研磨机确定研磨区的纵向长度和动力大小，这样可以在各个研磨机中使颗粒尺寸获得更大程度的减小。

在图1所示的优选实施方案中，两台研磨机按顺序装置。如果使用三台或更多的研磨机，则在每个阶段将只需要颗粒尺寸减小的程度较小。如果采用两台研磨机，那么加入第一研磨机的二氧化硅原料的颗粒尺寸可以在约0.45mm至约50mm之间，更优选为约1mm至约5mm。如果原料满足该要求，那么研磨机10可以生产直径为约0.5mm至约2mm，更优选为约1mm的二氧化硅颗粒。

不受理论的限制，但据信破碎二氧化硅将会破坏二氧化硅的结晶结构。当这种情况发生时，结晶结构中的硅原子与氧原子之间的键沿断裂面断裂。沿该断裂面外侧的一些硅原子可能没有足够的氧原子与其联系，因此将带净正电荷。该正电荷吸引氢氧离子，该氢氧离子开始从露出来的晶体结构中滤取硅。按照下列反应通式氢氧离子与二氧化硅中的硅反应生成一层正硅酸：

随着将较粗颗粒研磨成较细颗粒，粗的边角被除掉，从而使颗粒成为带有较浅小坑的球形。硅从外层表面中溶滤，也可从当磨制颗粒形成正硅酸时被除掉的硅层中溶滤。正硅酸以分离的溶胶颗粒的形式生产。该溶胶能溶于水。当该溶胶粘附在二氧化硅上时，它们围绕二氧化硅颗粒形成一层正硅酸。正硅酸溶胶以分离单元形式保持，联在二氧化硅。在胶结溶液中正硅酸溶胶的浓度优选大于约10g/l，更优选大于约20g/l。

如果研磨机中的pH超出了9.5-11的范围，那么将不会形成含有正硅酸溶胶的稳定的胶结溶液。例如，如果pH低于约9.5，那么正硅酸溶胶将快速变成凝胶。

按照图1和2，将碱性原料通过第一导管32喂入第一研磨机10。相似的，通过第二导管34将硅质原料喂入第一研磨机10。原料通过漏斗26进入第一研磨机10。正如本领域专业技术人员都清楚的，在进入漏斗之前可以将碱性水基原料和硅质原料一起混合。另外，如图1所示，在研磨区24中进行硅质原料研磨之前，可以用螺旋喂料器28混合原料。

螺旋喂料器28包括螺旋叶片36，该螺旋叶片被固定在第一传动轴38上，第一传动轴可旋转地固定在第一研磨机10中，并且与传动装置40相连。传动装置40可以是任何本领域已知的传动装置，该装置可被用于以可控的速率向轴38传送螺旋转动。当轴38转动，螺旋叶片36将碱性原料和硅质原料一起混合生产一种料浆，并在压力条件下将混合的原料从混合区22传送到研磨区24。

为保持原料混合物的流动状态，研磨机10中原料的温度应保持在混合物的冰点以上。研磨区24中的温度优选保持在约55℃至混合物中水的汽化温度之间，更优选约60至约80℃，最优选约70至约80℃。如果将温度保持在低于约55℃，那么二氧化硅颗粒的表面不会正常地被活化，并且不会形成胶结溶液。

正如在图4中所详细表示的，研磨区24位于研磨机10的末端42。末端42具有喇叭型的外壳44。喇叭型外壳44具有内表面46。锥形研磨头48可旋转地固定在喇叭型外壳44内。锥形研磨头48具有外表面50。喇叭型外壳44和锥形研磨头48都是截头圆锥形状。喇叭型外壳44是一节顶角如字母A所示的圆锥。同样的，圆锥研磨头48是一节顶角如字母B所示的圆锥。圆锥研磨头48固定在第一传动轴38上，随传动轴38转动。另外，要安装好圆锥研磨头48，从而使其相对于喇叭型外壳44同轴固定在传动轴38上。研磨的料浆通过喇叭型外壳44和圆锥研磨头48之间的间隙43从研磨机10退出。

喇叭型外壳44的内表面与圆锥研磨头48的外表面50之间的空间一般按照标号52设计，并且包含研磨机10的工作区。圆锥研磨头48的顶角B大于喇叭型外壳44的顶角A。因此，从工作区52的邻近锥顶角一端端口的间距（一般用字母D表示）到间隙43处的间距D′之间，工作区逐渐变窄。

顶角B总大于顶角A。顶角B优选大于顶角A约10-约20度，更优选大于顶角A约15度。顶角B不大于约120度，更优选为约75度。

随着混合原料进入研磨区24，混合原料被送进工作区52。在进入研磨区24处对原料混合物施加足够的压力，以确保原料混合物在研磨区24被研磨。圆锥研磨头48相对于喇叭型外壳44转动，硅质颗粒以螺旋传送途径通过工作区52。在该过程中，每个颗粒都在沿穿过该颗粒的轴旋转。因此，颗粒进行一种行星式旋转，即，它们围绕它们自己的轴旋转，而同时又在研磨区52中围绕传动轴38旋转。通过圆锥研磨头48施加的破碎力主要是转子体积有效半径和旋转速度的函数。平衡工作区的喉部尺寸D、通过第一传动轴38向圆锥研磨头48输入的动力和颗粒尺寸的减小，使二氧化硅不会至使工作区52被二氧化硅颗粒堵塞。

如图1所示，研磨机10的位置是传动轴38水平延伸穿过研磨头。然而，研磨机10也可以垂直取向，或以任何可能方便的方向取向。

随着研磨机10的使用，由于表面46和50的磨损或研磨头48未对准，间距D′可能会增加。因此，可以提供某些装置用来调整研磨头48与外壳44的位置。该装置可以包括将圆锥研磨头48与第一传动轴38固定的夹紧器（未示出）。另外，调节装置可以包括用于将第一传动轴38轴向地相对于44移入或移出的装置（未示出）。

第二研磨机12接受由第一研磨机10生产的料浆。研磨机12的结构可以与研磨机10相似。从研磨机10来的料浆喂入漏斗66。位于漏斗区60和混合区62的螺旋喂料器68包括固定在第二传动轴70上的螺旋叶片72。第二传动轴70安装在轴颈端支撑件74上并被可驱动地与驱动装置40连接。从漏斗区60通过螺旋喂料器68将料浆喂入研磨区64。在进入研磨区64之前，料浆的pH约为9.5至约11，更优选约9.8至约10.5。如料浆的pH低于该范围，那么可以再加入一些碱性原料增加pH。

正如图5、8和9中所更详细地示出的，研磨区64由喇叭型外壳82和锥型研磨头86组成。喇叭型外壳82和圆锥研磨头86都是截头圆锥形。圆锥研磨头86在环形顶部89有一个开口87，用于接受第二传动轴70。圆锥研磨头86固定安装在第二传动轴70上，以便随传动轴转动而旋转。另外，要将圆锥研磨头86装好，使其相对于喇叭型外壳82同轴安装在传动轴70上。

喇叭型外壳82具有内表面84，圆锥研磨头86具有外表面88。工作区90位于内表面84和外表面88之间。喇叭型外壳82是一节顶角如字母C所示的圆锥。相似，圆锥研磨头86是一节顶角一般由字母D表示的圆锥。工作区90是三角截面，其顶角E由内表面84和外表面88确定。研磨料浆通过喇叭型外壳82与圆锥研磨头86之间的间隙从研磨机12中排出。

工作区90包括喇叭型外壳82的内表面84与圆锥研磨头86的外表面88之间的空间。圆锥研磨头86的顶角D大于喇叭型外壳82的顶角C。因此，工作区90由接近顶角的工作区端的一般用字母d表示的间距d变窄到间隙81处的间隙d′。

顶角D总大于顶角C。顶角D优选比顶角C大约10至约20度，更优选比顶角C大约15度。顶角D可以不大于约120度，更优选约75度。

如图10所示，在工作区90可以安放许多研磨锥92。研磨锥92与靠近研磨机12的端部80的研磨表面接触。一般来说如果顶角D大于约75度，则研磨锥92将不能在工作区90中保持合适位置，而且实际上造成研磨机12的堵塞。如果顶角D小于约75度，则优选将研磨锥92插入工作区90。如果使用研磨锥92，那么应调整顶角C和D，以便让研磨锥92的足够的表面98与圆锥研磨头86的外表面88和喇叭型外壳82的内表面84接触，以确保研磨锥92随相对于喇叭型外壳82转动的圆锥研磨头86而旋转。优选有约1/4至约1/3的表面98处于上述接触之中。

随着研磨机12的使用，由于表面84和88的磨损或研磨头86未对准，间距d′可能增加。因此，可以提供某些装置用来调整研磨头86与外壳82的位置。该装置可以包括将园锥研磨头88与第二传动轴70固定用的夹紧器（未示出）。另外，调节装置可以包括用于将第二传动轴70轴向地相对于壳82移入或移出的装置（未示出）。

在靠近末端80处喇叭型外壳82部分和圆锥研磨头86可以是平行的。因此，正如图8、9和10中所示的其它优选实施方案，喇叭型外壳82可以具有端部82a。相似的，研磨头86也可以具有端部86a。在研磨机使用中，随着表面84和88的磨损，可以相对于喇叭型外壳82移动圆锥研磨头86，以保持间距d′的预定尺寸。可将相似的结构应用于研磨机10。

如图6和7所示，研磨锥92一般为具有第一端94和第二端96的轴向延伸的圆锥形部件。每个研磨锥具有外表面98，该表面构成第二研磨机的部分研磨表面。圆锥研磨头86相对于喇叭型外壳82旋转，带动研磨锥92沿轴a转动。用字母F表示的顶角位于第二端96。研磨锥92应足够长，以便占据从靠近螺旋喂料器68端的位置到靠近远侧端80的位置之间的工作区90的大部分距离。

在图5的截面图中，顶角F小于顶角E，工作区90以比研磨锥92更快的速率变窄。角E优选大于角F约2度，更优选约1.5度。因此，如果顶角D大于顶角C约15度，顶角F优选约为6度。因此，由于具有这样的结构，研磨锥的足够量的外表面与喇叭型外壳和圆锥研磨头的研磨表面相接触，引起研磨锥在工作区中旋转。由于端96比端94窄小，表面98的旋转线速度在端96处比端94处更快。顶角F越大，则速度的变化越大。

使用足够数量的研磨锥，使其环绕圆锥研磨头86的顶部表面89的园周的大部分。如图中所示，研磨锥未于远离表面88有点靠外的地方。研磨锥优选形成一组不连续的墙围绕圆锥研磨头86，并且优选占据的面积为圆锥研磨头86的顶部89的园围的约2/3至约3/4。在本文所示的实施方案中，使用了三个研磨锥。

由于研磨锥92以比工作区90更快的速率变窄，因此在喇叭型外壳82的内表面84与研磨锥92的外表面98之间留有一个空隙。另外，在圆锥研磨头86的外表面88与研磨锥92的外表面98之间留有空隙。这些空隙朝着研磨锥92的第二端96的方向变窄。

在研磨区90的进口处向原料混合物施加足够的压力，确保原料混合物在研磨区90中被研磨。通过圆锥研磨头86施加的破碎力主要是转子质量、工作半径和转速的函数。平衡工作区的喉部尺寸D，通过第二传动轴70向圆锥研磨头86输入的动力和颗粒尺寸的减小，使二氧化硅不会在工作区90中造成由二氧化硅颗粒引起的堵塞。

随着料浆从混合区62中退出并进入工作区64，料浆开始与研磨锥92的第一端94接触。圆锥研磨头86相对于喇叭型外壳82旋转引起料浆进行行星式转动。料浆沿螺旋轨道通过工作区90。另外，料浆将围绕它们的轴纵向旋转。通过研磨锥92增加该旋转，该研磨锥本身以与圆锥研磨头86转向相反的方向旋转。

在料浆通过工作区90的通道的过程中，颗粒的直径可以降低约10倍。在该过程中，颗粒被连续研磨。在该研磨过程中，二氧化硅的结晶结构被连续剪切、劈裂并断裂，从而将新表面暴露给料浆中的氢氧化物。该连续研磨造成二氧化硅溶胶的产生。随着工艺的继续，更多的氢氧离子连续形成硅酸。

第二研磨机12优选沿垂直轴与驱动装置70相固定。在该取向，研磨锥92在工作区90上保持其位置（由于其重力和通过研磨锥的料浆的作用力）。另外，第二研磨机12可以按另外的取向（如水平）安装。然而，在该取向，重力将无助于在工作区90内保持研磨锥92，而且必须提供附加装置（如轴承装置）以便在工作区90中保持研磨锥。

研磨机10和12的研磨表面，即内表面46、外表面50、内表面84、外表面88及研磨锥92的外表面94优选由耐磨材料如刚玉制造。因为铁在胶结溶液中的玷污作用，所以，表面应包括一种几乎不会将铁引入胶结溶液的材料。

将第二研磨机12生产的胶结溶液喂入漏斗100，并从那儿进行稳定罐14。胶结溶液是一种触变性混合物。因此，胶结溶液102在稳定罐14中被连续地搅动，以保持胶结溶液的流动状态。如果不搅动该胶结溶液，它就会象已知的触变材料一样固化，并且需要大量能量消耗使胶结溶液再流化。为此目的，将稳定罐14安装成可沿水平轴B旋转。例如，可将罐14装在滚子支撑装置上，通过减速器（未示出）摩擦驱动该支撑装置。稳定罐的旋转传递了足够的搅动，从而保持了胶结溶液的流动态。因此，获得可用于满足下序工艺要求的胶结溶液。可将胶结溶液在一个封口的容器中储藏相当长的一段时间（如不大于6-8个月）并在最终时刻使用。

可将胶结溶液与填料混合生产具有高强度的最终产品。各种固体颗粒填料都可以使用，它们包括含有二氧化硅的材料如砂、蛭石、玻璃、木产品如木纤维和锯末、塑料、浮渣、灰及其它天然或合成颗粒。

使用足够量的胶结溶液制备硬化的、养护的产品。优选使用占被混合的填料重量的约20%至约35%（重量比）的胶结剂，更优选使用约30%的胶结剂。

胶结溶液和填料混合物优选含有不多于5%的水。更优选该混合物含有约1.5%水。因此，优选使用干的或基本上干的填料。如果在胶结溶液和填料的混合物中含有过量的水，那么养护产品的强度将下降。

适当地选择填料，可以制备各种各样的终产品。例如，如果填料含有二氧化硅如砂，那么可以生产砖。另外，还可以制备含有胶结溶液和砂的砂浆。该砂浆可用于粘结含胶结溶液和二氧化硅的砖。还可将该混合物挤出成型成预定的形状如瓦。

本领域专业人员都会清楚，为了改变最终产品的特性可以向混合物中添加各种外加剂。具体地说，为了改变最终产品的外观和其它特性可以加入添加剂，如着色剂、紫外线抑制剂、火焰延缓剂、荧光剂和磷光剂。例如，通过加入各种着色剂可以制备多种颜色的砖。

用胶结溶液制备最终产品的工艺步骤包括将胶结溶液、填料和添加剂一起混合，将混合物制成预定形状（如在模具中成型混合物）、和养护混合物。

在养护过程中，水从混合物中除去。不受理论的限制，但据信当水被排掉时，正硅酸溶胶变成正硅酸凝胶。然后将该正硅酸凝胶固化，形成环绕颗粒填料的基质。

参考图2，所示的工艺流程图说明了按照本发明生产模制砖产品的方法。将碱性水基源料通过管110喂入碱水储藏罐112。将二氧化硅原料通过传送带114喂入储藏仓116。用计量装置118和120调节加入第一研磨机10的碱水和二氧化硅原料之间的比率。正如上文中所讨论的，原料通过研磨机的加工产生二氧化硅溶胶胶结溶液。将二氧化硅溶胶通过漏斗10送入稳定罐14。转动稳定罐14保持二氧化硅溶胶的流化状态，使其可满足工艺过程的要求。

通过传送带122将填料材料如砂喂入储仓124。通过漏斗126将砂喂入干燥器128。用本领域任何已知的装置干燥砂子。通过气体翻滚、在鼓中滚筒干燥和微波能向干燥器128提供热量。旋转干燥器128，干燥砂子，使其湿度优选小于约5%，更优选约1.5%。通过喂料器130将干燥砂喂入储仓132。这样砂子就已备好，可在工艺中使用。

结合干燥的砂子和胶结溶液制备最终产品。混合胶结溶液和填料，确保砂子或其它填料与胶结溶液充分混合。

优选对填料的表面施加剪切力。剪切作用活化表面并使养护产品具有更高的强度。通过将胶结溶液与填料以磨损填料表面的方式混合，剪切该填料。优选将填料和胶结溶液通过与研磨机10相似的一个研磨机。

如图2所示，将胶结溶液通过喂料器134喂入研磨机118。通过计量装置136将砂喂入研磨机138。利用计量装置可保证适当比例的砂与胶结溶液混合。研磨机138与研磨机10相似。由研磨机138排出混合物并储藏于储仓140中。研磨机138的产物是适用于模制成型的流体。

可将成型混合料从仓140立即喂入模制机142。模制机142可以是任何本领域常规用于制砖的装置。另外，还可将成型混合料在封闭环境中存放，以避免混合物中的水份损失。如果混合物保存在密封环境中，则可将其稳定地保持更长的时间。

将成型混合料从储仓140喂入成型装置142中的一组模型中。例如通过采用搅拌和加压将混合料在模中压实。在养护前优选将砖从模中取出。然后可将出模的砖置于小台车144上并送入炉146养护。养护产品可以利用各种热源，其中包括对流、强制对流、辐射和微波能。优选利用微波能进行养护。据信使用微波能可在养护过程中将水从砖中排出。如果利用传导（例如）养护砖，由于砖的厚度和炉子的温度的原因，在其外表面硬化之前可能没有足够的水从砖的内部蒸发出来。

在养护过程中，砖被有效地中和。随着水从砖中蒸发掉，pH下降并且正硅酸变成二氧化硅。因此，养护后的产品的pH将基本上是中性的。砖的pH可以在约6.0至约7.5，更优选约7.0到约7.5。产品保持在炉中的时间长短将取决于所用的加热源的类型。温度约90至140℃的标准常规炉中对标准型号砖进行养护，大约需要6小时。然而，如果利用微波加热，则同样的产品仅用50瓦约40分钟就可以固化。养护后将砖从模中取出。然后将砖包装成包装单位148并装码成储藏单位150。

图3披露了利用本发明胶结溶液作好粘土改进剂生产陶瓷产品如瓦的工艺流程图。按照该优选实施方案，通过第一和第二导管32和34将碱溶液和砂喂入研磨机160。在碱溶液存在条件下研磨砂子生产胶结溶液，通过漏斗100将该胶结溶液送入储罐14。最好将砂经喂料器164喂入研磨机168。通过喂料器166将储仓中的粘土喂入研磨机168。通过计量室170将胶结溶液从储罐14喂入研磨机168。各种成分都从研磨机168的漏斗172喂入。研磨机168与研磨机10的结构相似，它被用于充分地混合粘土、砂和胶结溶液。使用粘土是为了给产品一个传统的外观。

所用的胶结溶液量可以不大于约50%（以砂和粘土重量为基）。在研磨机168中充分地混合粘土、砂和胶结溶液。在通过研磨机168的过程中，原料被搅动并在从研磨机168排出时具有相对均匀的稠度。

一但该物料制成，就可将其用于本领域已知的许多工艺生产砖。正如在附属的实施方案中所示的，通过漏斗176将均匀的物料喂入螺旋喂料器174。螺旋喂料器174将均匀的物料从挤出口178以连续陶瓷坯片180形式挤出。将连续的陶瓷坯片180送入自动砖切割机182，该机器将陶瓷坯片切成具有预定长度的单个瓷砖184。

接着将坯片送入炉186，并且炉中养护。炉186可用许多技术对坯片加热，加热技术包括对流、强制对流、辐射和微波能，优选微波能。由于胶结溶液的使用，所以和仅用粘土制造的砖相比，该砖的养护时间更短，另外温度更低，如约500℃至约800℃。

砖从炉186出来后可送入冷却器，在冷却器中将砖冷却至预计的处理温度。通过自然对流，或强制对流可将砖冷却。冷却后将砖送至包装机190并且随后将它们码到库房192中，在那儿储存待用。

按照图3的方法生产的陶瓷砖具有较好的物理和装卸特性。该砖具有高密度、低收缩和高抗弯和抗压特性。另外，由于使用了胶结溶液和砂，在炉186中对砖的养护时间可以比传统粘土砖快10至15倍。

实施例1下列实施例演示了本发明胶结溶液的生产。将含25%水的50升砂装入本发明研磨机。将一定量的Na2SiO6加入碱性流体，将pH稳定在9.8至10.5。

研磨评价小时0    开始研磨1    第一次检验。取出并分析样品的正硅酸溶胶含量，其浓度为20.75g/l1.5    第二次检验。取出并分析样品的正硅酸溶胶含量，其浓度为22.275g/l2    第三次检验。取出并分析样品的正硅酸溶胶含量，其浓度为22.945g/l3    第四次检验。pH9.3。取出并分析样品的正硅酸溶胶含量，其浓度为23.715g/l3.25    试验结束实施例2该对比例说明利用球磨机生产胶结溶液。将24升含25%水分的砂装入100升球磨机中。将一定量的Na2SiO6加入碱性流体中。将pH稳定在9.8至10.5。

研磨评价小时0 第一次检验。pH降到8.7。加入一定量的Na2SiO6提高pH至9.81.5    第二次检验。pH9.0。取出并分析样品的正硅酸溶胶，其浓度为7.1g/l2    第二次检验。pH9.3。取出并分析样品的正硅酸溶胶，其浓度为9.7g/l3    第二次检验。pH9.3。取出并分析样品的正硅酸溶胶，其浓度为9.7g/l6    第二次检验。pH9.0。取出并分析样品的正硅酸溶胶，其浓度为11.2g/l12    第二次检验。pH9.0。取出并分析样品的正硅酸溶胶，其浓度为11.9g/l24    第二次检验。pH9.0。取出并分析样品的正硅酸溶胶，其浓度为20.5g/l如前述所见，与用本发明方法1至2小时相比较，用现有技术球磨机研磨24小时后才能获得相似的正硅酸溶胶浓度。

实施例3用实施例1和2的胶结溶液制备标准建筑用砖。分别用按照实施例2的方法在球磨机中生产的胶结溶液和实施例1的方法的本发明研磨机生产的胶结溶液制备两组每组9块砖，每块砖的表面积为5cm×5cm（25cm2）。

用含水1.5%的砂和按实施例1或2的方法制备的胶结溶液制造建筑用砖。以混合物总重为基，将67%的砂与33%的胶结溶液混合。使胶结溶液和砂通过捏和机，使它们充分混合约5至约7分钟。然后用1000至1500Hz循环振动台和0.8-1.5kg/cm2压力将混合物在模中密实。将砖从模中取出并在微波炉（850瓦）中烘烤15-18分钟。

经压力试验获得9个样品的测示结果。

样品    球磨    研磨MPa    MPa1    45.81    75.8752    51.25    81.33    50.015    62.54    57.25    87.255    55.83    65.06    65.91    77.357    63.45    72.678    68.15    61.759    41.18    88.2

在另一个试验中，按照如上所述用实施例1和2的胶结溶液制备另外的砌块。测示砖的pH、抗压强度和气孔率。结果列于表1。

表1

如上面所见，用于制备砖的胶结溶液具有大约相同量的正硅酸溶胶。然而球磨所需的时间至少是本发明研磨机加工相同数量原料需要时间的10倍。这将导至球磨机的过分磨损。另外本发明的产量超过实施例2用的球磨机产量的10倍。

如上所述，本发明制备的产品的强度实质性地大于采用球磨生产的胶结溶液制备的产品的强度。本发明胶结溶液制备的产品的气孔率也低于用实施例2胶结溶液制备的砖的气孔率。

实施例4按照CAN3-A82.8-R1984测示4块建筑用砖的吸水率，该砖包含用实施例1方法制备的胶结溶液和石英砂填料。该测示标准指示5小时煮沸最大吸水率为22.0%，且最大饱和系数为0.88。

吸水率（%）样品    24小时    6小时    饱和系数浸没    煮沸1    8.2    10.6    0.772    8.4    10.5    0.793    10.9    14.4    0.764    11.1    14.8    0.75实施例5按照CAN-3-A82.2-R1984（该标准指示12.5MPa）测示两个建筑用砖的抗压强度。该砖由实施例1的胶结溶液和石英砂填料组成。

样品    MPa    超过标准1    63.3    5x2    37.3    3x实施例6

按实施例1的方法制备5块砖。每块为5cm×5cm。按照GOST    7025-78测示该砖的抗冻性。按照该试验，重复地先将砖暴露于约-15℃至约-20℃的空气中然后再将它们放入约15至约20℃的水中化冻。重复的冻/融循环被进行4小时以上。在将它们进行了预定数量的循环后，通过样品损失量测定抗冻性。测示结果列于表2。

表2

如表2所示，在重复冻融循环后仅有不十分明显量的重量损失。因此，样品块具有好的抗冻性。

实施例7按照实施例1的方法制备尺寸为10cm×10cm×3cm的砖两块。按GOST    7076-87测示两块砖的导热性。试验在GOST    8.326-78推荐的“TSM”设备上进行。

表3

表4表明本发明生产的砖具有较好的热导率。

实施例8按照实施例1的方法制备4块砖。按照GOST    8462-85对每块砖进行试验，测示在受压和弯曲过程中砖的耐久性。其中两块砖用于测示弯曲过程的耐久性，两块砖用测示受压时的耐久性。结果示于表4。

表4

该砖在弯曲和受压条件下都具有好的耐久性。