CN101289332A

CN101289332A - 一种低温陶瓷泡沫材料及其生产方法

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Publication number: CN101289332A
Application number: CNA2008100585058A
Authority: CN
Inventors: 张召述; 夏举佩; 韦华; 陶敏龙
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2008-10-22

Abstract

本发明涉及一种用固体废渣生产低温陶瓷泡沫材料的生产方法，属建筑材料技术领域。低温陶瓷泡沫材料的组分按质量比配合为胶凝材料原料100份，骨料原料100～400份，活化剂13～50份，助剂0.2～3.0份，发泡剂0.04～1.0份，溶剂15－50份。上述配方的原料经原料处理、混合、浇注成型、养护工序制成以无机废渣颗粒增强的低温陶瓷矿物为基体相、气孔为分散相的低温陶瓷泡沫材料。与现有技术相比，具有强度高、保温隔热性能好、废物利用率高、成本低廉、保护环境和节约天然资源等优点，可广泛用作装饰材料和保温隔热材料。

Description

一种低温陶瓷泡沫材料及其生产方法

一、技术领域：

本发明涉及一种低温陶瓷泡沫材料及其生产方法，属建筑材料制备技术领域。

二、背景技术：

泡沫材料因具有密度小、隔绝性能优良、省料、比强度高等优良性能，在国民经济领域具有广阔的应用前景。按照构成泡沫材料的本体材料特性分类大致有如下几类：泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫陶瓷、泡沫混凝土(包括加气混凝土)、泡沫金属。用固体废弃物生产的低温陶瓷泡沫材料与泡沫玻璃、泡沫陶瓷、泡沫混凝土同属无机非金属泡沫材料，但是从原料组成、工艺过程又明显不同。

泡沫玻璃是用废玻璃为主要原料，碳酸钙、煤粉等为发泡剂，并在诸如硼砂、碳酸钠、硅酸钠、磷酸钠等助熔剂的作用下，在700～900℃条件下通过烧结发泡而成。为了改善泡沫玻璃的性能，有时需要适当掺加粉煤灰、铸造废砂、石英砂。其显著特征在于使用废玻璃为主要原料的烧结熔融工艺。

泡沫混凝土是用物理或化学方法往硅钙质浆状材料(砂、粉煤灰、石灰、水泥、水)中充入气泡或采用铝粉为发泡剂，经混合搅拌、浇注成型、蒸汽养护而成的轻质多孔建筑材料。其显著特征在于使用石灰、水泥为胶凝材料的蒸压工艺。

泡沫陶瓷是用物理或化学方法首先使陶瓷泥浆泡沫化，然后通过高温煅烧使有机物烧失形成气孔。其显著特征在于使用了传统陶瓷的高温烧结工艺。

目前，泡沫玻璃、泡沫混凝土、泡沫陶瓷的生产技术都已成熟，但为了改善产品的某些性能，研究开发工作不断推进，产生了大量的研究成果：

专利200610041627.7中公开了以废旧阴极射线管废玻璃为主要原料，经破碎、粉磨，并与碳酸钙混合，慢速升温并在710～730℃发泡后，缓慢降温退火等工艺生产泡沫玻璃的生产方法。

专利200610041628.1中公开了以废阴极射线管玻璃粉为主要原料，碳化硅粉为发泡剂，慢速升温并在840～900℃保温20～40分钟进行发泡生产微晶泡沫玻璃的生产方法。

专利申请200610105037.6中公开了一种通孔泡沫玻璃制备方法，其主要方法是：将废平板玻璃粉、二氧化锰、三氧化二铁和硼酸混合；然后再加入聚乙烯醇和蒸馏水球磨制成浆料；将塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入发泡窑中，经干燥、海绵燃烧、发泡稳泡、冷却和退火得通孔泡沫玻璃。

专利申请200710137816.9中公开了一种泡沫玻璃的制备方法，主要工艺过程是将粉煤灰与废玻璃混合研磨，再加入由碳酸钙、硝酸钾、硝酸钠、碳酸钠、碳酸锂、水玻璃、纤维素组成的助剂。将研磨好的粉料放入模具中成型，再送干燥炉中干燥和高温炉中烧成，烧成后退火，最后切割即为泡沫玻璃产品。

专利00121320.2中公开了一种用白灰和/或水泥与粉煤灰、石粉生产加气混凝土保温材料的制备方法，它包括原料打浆、造泡、混合搅拌、浇铸成型、养护等过程。其特点采用螺旋管鼓气造泡，自然养护成型，降低了加工成本。

专利200410036554.3中公开了一种黄金尾矿蒸压加气混凝土砌块及生产工艺，其特征在于：混凝土砌块的主要制作原料为黄金尾矿渣、水泥、生石灰、铝粉和水。按照重量百分比配料比为：黄金尾矿渣60-70％、水泥6-10％、生石灰20-30％、铝粉0.01-0.05％。

专利200510049741.X中公开了一种用海贝壳灰生产蒸压加气混凝土制品及方法。其重量百分比为：贝壳灰20～25％、水泥6～8.5％、粉煤灰65～70％、石膏1.5～4.0％，以上材料重量比达至100％，另加水、水性铝膏发气剂、纯碱激发调节剂。方法是经搅拌的糊状混合体，倒入成型模具1.0～2.0小时，经过发气、稠化、凝固，脱模后的半成品混凝土制品经切割成各种规格的半成品，再进入压力0.9～1.2Mpa，温度为175～200℃的压力容器，制成轻质墙体砖、墙板、屋面板、楼板制品。本发明克服了同类制品生石灰耗用较高，相对成本较高的问题。

专利200610001063.4中公开了一种轻质泡沫瓷砖的制备方法，其步骤是：将沸石、硅藻土、粘土、硫酸钙或硫酸钠混合配料后，加入沸石重量5％聚乙烯醇溶液，球磨，烘干得粉体配合料；粉体配合料和沸石颗粒混合，在3-6MPa成型得轻质生坯；从室温升慢速升到1200～1260℃，保温1-2h后随炉冷却。本发明可制造形状规则，尺寸可控的轻质泡沫陶瓷面砖，吸水率小于1％，比重为0.8-1.0g/cm³，抗弯强度为24-28MPa。

专利200510119023.5中公开了一种多孔泡沫陶瓷的制备方法，包括高温熔化陶瓷原料、注入气体发泡、模具挤出成型、牵引带拉出冷却定型和后处理，本发明生产的多孔泡沫陶瓷孔隙度可达60％-95％，密度为0.13-1.04g/cm³，孔径在0.5-10mm范围内可调节。它不仅气孔均匀，孔径、气孔可调节，密度小，强度大，并可耐600℃以上高温。

综合已有的文献，不难看出：不用水泥、石灰为胶凝材料，不用高温烧结工艺，而用工业废渣为主要原料，在接近常温条件下生产低温陶瓷泡沫材料尚未见文献报道。

工业废渣的主要成分一般由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁、氧化镁、氧化钠组成，通过适当的方法进行处理，其原来的硅酸盐结构能解聚，并能在以水为介质条件下再度聚合形成新的硅酸盐网络，具有陶瓷材料的性能，但由于陶瓷体形成的过程没有传统陶瓷的高温烧结，因此称为低温陶瓷。由低温陶瓷衍生的复合材料已有所报道：

专利文献200610010688.7中公开了一种用工业废渣和废塑料生产低温陶瓷基聚合物复合材料生产方法。复合材料的各组分按重量比配合，其比例为工业废渣∶废塑料∶改性剂∶促进剂∶缓凝剂∶水＝100∶20-100∶6-25∶0-10∶1.0-2.5∶20-50。各种原料经原料处理、混合料制备、成型、蒸汽养护制成低温陶瓷和高分子聚合物相互交织的复合材料。该复合材料的主要性能为：抗压强度26-35MPa、抗折强度8.3-15MPa、抗冲击强度0.91-1.6J/cm²。说明该材料以良好的抗弯曲强度和韧性为典型特征。

专利文献200510010946.7公开了一种用工业废渣和植物废弃物制成的低温陶瓷木材生产方法。低温陶瓷木材各组分按重量比配合，其比例为工业废渣∶植物废弃物∶改性剂∶促进剂∶表面活性剂＝100∶30-600∶10-50∶0.5-7∶0.03-2.0。上述原料经原料处理、混合料制备、成型、养护、干燥、装饰工序制成以硅铝矿物为基体相、植物废弃物为增强相的低温陶瓷木材。该材料的主要性能为密度0.85-1.29g/cm³，抗压强度8-29Mpa，抗折强度6.2-11.2Mpa。说明该材料以轻质和韧性为典型特征。

专利文献200710137584.7公开了一种用废渣制成的低温陶瓷石材生产方法。低温陶瓷石材各组分按重量比配合，其比例为处理废渣∶原状废渣∶改性剂∶促进剂∶表面活性剂＝100∶30-600∶10-50∶0.5-7∶0.03-2.0。上述原料经原料处理、混合料制备、成型、养护、干燥、装饰工序制成以硅铝矿物为基体相的低温陶瓷石材。该材料的主要性能为抗压强度62-95Mpa，抗折强度7.3-12.3Mpa，说明该材料以良好的抗压强度为典型特征。

03135919.1公开了一种用工业废渣制成的CBC复合材料及其生产方法，CBC复合材料的组分按重量比配合，其比例为工业废渣∶活化剂∶表面活性剂∶高分子聚合物∶水＝100∶1-20∶0.001-1∶0-20∶9-50。上述原料经原料处理、湿混料制备、成型、预固化、湿热养护工序制成以无机、有机高分子聚合物为基体相、废渣颗粒为增强相的CBC复合材料。该材料的主要性能为密度1.75-2.59g/cm³，抗压强度45-80Mpa，抗折强度5.8-12.5Mpa。说明该材料以致密和高力学强度为特征。

上述低温陶瓷复合材料的共同之处在于：复合材料的基体相是用工业废渣为主要原料经过粉磨后在以碱为主体的活化剂或改性剂配合下，通过蒸汽加热，使废渣粉体原来的硅酸盐结构解离，并重组聚合成新的硅酸盐矿物，不同处在于：复合材料的增强相分别是植物剩余物、废塑料、原状工业废渣、高分子材料。正是由于增强材料的改变，就完全改变了复合材料的性能，分别具有木材(低温陶瓷木材)、高分子聚合物(低温陶瓷基聚合物复合材料)、石材(低温陶瓷石材和CBC复合材料)的性能。这些复合材料都以高强度、高韧性和低吸水率为特征，而不具备泡沫材料特征。即用工业废渣为主要原料生产低温陶瓷泡沫材料未见报道。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种低温陶瓷泡沫材料及其生产方法，该泡沫材料的本体材料是用废渣制成的低温陶瓷体，填充和分散相是发泡剂产生的气孔。这种材料以多孔轻质、比强度高和隔绝性能优良为典型特征，具有废物利用率高、保护环境、降低能耗的效果。

本发明按以下步骤完成

1、原料和配方

1)原料：第一类为胶凝材料原料，包括黄磷渣、金属冶炼渣、化工废石膏制酸渣、粉煤灰、煅烧尾矿、煅烧煤矸石和煅烧赤泥中的一种或几种，其特征是在产生过程中经过了高温煅烧或熔融的工业废渣；第二类为骨料原料，包括城市垃圾焚化渣、污泥焚化渣、燃煤炉渣、黄磷渣、金属冶炼渣、冶金和铸造废砂、废混凝土和废石中的一种或几种；

2)添加剂

活化剂包括水玻璃、纯碱、烧碱、化工废石膏和脱硫石膏中的两种或几种；

助剂包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、萘磺酸盐、腐植酸钠、糖蜜、硼砂、磷酸钠、氟硅酸钙和氟硅酸钠中的一种或几种；其中木质素磺酸盐、萘磺酸盐作为减水剂使用；腐植酸钠、糖蜜、硼砂、磷酸钠、氟硅酸钙、氟硅酸钠作为缓凝剂使用；减水剂和缓凝剂的比例为1∶0.1～1.5；

发泡剂为铝粉；

溶剂包括自来水、城市生活污水、造纸废水、赤泥附液、含碱废水、含盐废水、冷凝水和中水中的一种或几种

3)配方(按质量比计，以胶凝材料为基础)

胶凝材料原料100份，骨料原料100～400份，活化剂13～50份，助剂0.2～3.0份，发泡剂0.04～1.0份，溶剂15-50份。

2、上述配方的低温陶瓷泡沫材料的生产方法按以下步骤完成

1)原料处理

胶凝材料原料制备：将胶凝材料原料干燥至水分重量百分含量5％以下、计量后粉磨成粒度为小于0.08mm占90％以上的粉体，粉磨时还需要把活化剂中的纯碱、化工废石膏和脱硫石膏、助剂和发泡剂计量后混合粉磨

骨料原料制备：将骨料原料破碎、筛分处理成为粒度0.6-5mm占90％以上的混合颗粒

2)、添加剂水溶液制备

活化剂所包含的水溶性物质包括水玻璃或/和烧碱与溶剂经计量后共同溶解成为溶液

3)混合料制备：

把计量好的胶凝材料粉体、骨料、添加剂水溶液依次加入搅拌机中，混合搅拌时间为3～5min；

4)浇注成型：混合料加入模腔中，振动5～25秒，使浆体充满模腔，自然发泡；

5)养护：成型发泡体连同模具先养护6～11h，然后脱模，送入温度为80～180℃的饱和蒸汽养护窑中继续养护12～18h，待温度低于60℃出窑成为产品；可根据需要切割成各种规格。

与现有技术相比所具有如下优点：

1)本发明属无机材料范畴，完全避免了有机材料降解、添加剂释放、残留物挥发(如甲醛)造成的有毒物污染问题，具有成本低，性能好的优点。

2)与高温烧结陶瓷泡沫材料和泡沫玻璃相比，本发明的主要生产过程在接近常温条件下完成，不用高温煅烧，生产效率高、能耗低、投资省、无环境污染。

3)与泡沫混凝土或加气混凝土相比，本发明以工业废渣为主要原料，不使用水泥和石灰胶凝材料，最终形成的泡沫材料具有强度高和成本低的优点。

四、附图说明：

图1是本发明的工艺流程。

五、具体实施方式

实施例1：

1)配方组成(物质计量单位均为质量份)：

胶凝材料原料为黄磷渣70份，粉煤灰20份，高炉渣10份；骨料原料为黄磷渣50份，铸造废砂50份；发泡剂铝粉为1.0份；活化剂为水玻璃9份，碳酸钠0.5份，烧碱2.5份，脱硫石膏1份；助剂为木质素磺酸钙0.8份、腐植酸钠0.7份，硼砂0.7份、磷酸钠0.3份、氟硅酸钙0.3份、氟硅酸钠0.2份；水为15份；

2)工艺：按配方计量的胶凝材料原料与碳酸钠、磷石膏、木质素磺酸钙、腐植酸钠、硼砂、磷酸钠、氟硅酸钙、氟硅酸钠、铝粉，共混粉磨成粒度小于0.08mm占96％的粉体；骨料进行破碎、筛分处理成为0.6-5mm占96％的粗颗粒填料；分别计量水玻璃、烧碱、水的量，在搅拌状态下混合溶解成为添加剂溶液

把计量好的胶凝材料粉体、骨料、添加剂水溶液依次加入搅拌机中，搅拌时间为3min，把混合料加入模腔中，振动5秒，自然发泡和养护6h，然后脱模，送入温度为80℃的饱和蒸汽养护窑中继续养护18h成为产品

测试性能为：抗压强度16MPa、抗折强度2.5MPa、密度1.02g/cm³、平均孔径为2.8mm、气孔率61％，可作为墙体隔音材料使用。

实施例2：

1)配方(物质计量单位均为质量份)

胶凝材料为高炉渣20份，粉煤灰20份，煅烧赤泥40份，煅烧氧化铝尾矿20份；骨料原料为煤渣100份，建筑废混凝土300份；活化剂为水玻璃30份，烧碱6份，脱硫石膏14份；助剂为萘磺酸盐0.7份、磷酸钠0.07份；发泡剂为0.06份；水为含碱赤泥废水50份

2)工艺：

按配方计量的胶凝材料原料与脱硫石膏、萘磺酸盐、磷酸钠、发泡剂共混粉磨成粒度小于0.08mm占92％的粉体；骨料首先进行破碎、筛分处理成为0.6-5mm占91％的粗颗粒填料；分别计量水玻璃、烧碱的量，在搅拌状态下溶解在含碱赤泥废水中成为添加剂溶液

把计量好的胶凝材料粉体、骨料、添加剂水溶液依次加入搅拌机中，搅拌时间为5mi n，把混合料模腔中，振动25秒，自然发泡和养护11h，然后脱模，送入温度为180℃的饱和蒸汽养护窑中继续养护12h成为产品测试性能为：抗压强度12MPa、抗折强度2.3MPa、密度1.20g/cm³、平均孔径为1.8mm，气孔率68％。可作为墙体砌筑材料使用，具有保温隔热性能。

实施例3：

1)配方组成(物质计量单位均为质量份)：

胶凝材料为热法锰渣30份，磷石膏制酸渣30份，煅烧煤矸石20份，钢渣20份；骨料为城市垃圾焚化渣50份，污泥焚化渣50份，铜渣100份，废混凝土50份，废砖50份；活化剂为水玻璃26份，纯碱5份，氟石膏0.5份；助剂为萘磺酸盐0.19份，硼砂0.019份；发泡剂为0.04份；水为含碱蒸养冷凝水38份；

2)工艺：按配方计量的胶凝材料原料与纯碱、氟石膏、萘磺酸盐、硼砂、发泡剂共混粉磨成粒度小于0.08mm占97％的粉体；将骨料破碎、筛分处理成为0.6-5mm占90％的粗颗粒填料；在搅拌状态下把水玻璃溶解在含碱蒸养冷凝水中成为添加剂水溶液；

把计量好的胶凝材料粉体、骨料、添加剂水溶液依次加入搅拌机中，搅拌时间为4min，把混合料加入模腔中，振动15秒，自然发泡和养护8h，然后脱模，送入温度为140℃的饱和蒸汽养护窑中继续养护16h成为产品

测试性能为：抗压强度22MPa、抗折强度1.8MPa、密度1.38g/cm³、平均孔径为1.2mm，气孔率58％。可作为房顶隔热材料使用，具有隔热效果。

Claims

1、一种低温陶瓷泡沫材料，其特征在于它的原料和配方为：

1)原料：第一类为胶凝材料原料，包括黄磷渣、金属冶炼渣、化工废石膏制酸渣、粉煤灰、煅烧尾矿、煅烧煤矸石和煅烧赤泥中的一种或几种；第二类为骨料原料，包括城市垃圾焚化渣、污泥焚化渣、燃煤炉渣、黄磷渣、金属冶炼渣、冶金和铸造废砂、废混凝土和废石中的一种或几种；

2)添加剂：(1)活化剂包括水玻璃、纯碱、烧碱、化工废石膏和脱硫石膏中的两种或几种；(2)助剂包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、萘磺酸盐、腐植酸钠、糖蜜、硼砂、磷酸钠、氟硅酸钙和氟硅酸钠中的一种或几种，其中木质素磺酸盐和萘磺酸盐作为减水剂使用，腐植酸钠、糖蜜、硼砂、磷酸钠、氟硅酸钙和氟硅酸钠作为缓凝剂使用；(3)发泡剂为铝粉；(4)溶剂包括自来水、城市生活污水、造纸废水、赤泥附液、含碱废水、含盐废水、冷凝水和中水中的一种或几种；

3)按质量比计的配方：胶凝材料原料100份，骨料原料100～400份，活化剂13～50份，助剂0.2～3.0份，发泡剂0.04～1.0份，溶剂15-50份。

2、一种低温陶瓷泡沫材料的生产方法，其特征在于：按照权利要求1所述的低温陶瓷泡沫材料的原料和配方生产该材料的方法按以下步骤完成：

1)将胶凝材料原料干燥、计量后粉磨成粒度为小于0.08mm占90％以上的粉体，粉磨时还需要把活化剂中的纯碱、化工废石膏和脱硫石膏、助剂和发泡剂计量后混合粉磨；将骨料原料破碎、筛分处理成为粒度0.6-5mm占90％以上的混合颗粒；2)活化剂所包含的水溶性物质包括水玻璃或/和烧碱与溶剂经计量后共同溶解成为溶液；3)把计量好的胶凝材料粉体、骨料、添加剂水溶液依次加入搅拌机中混合搅拌3～5min；4)浇注成型：混合料加入模腔中，振动5～25秒，使浆体充满模腔，自然发泡；5)成型发泡体连同模具先养护6～11h，然后脱模，送入温度为80～180℃的饱和蒸汽养护窑中继续养护12～18h，待温度低于60℃出窑，得到产品。