CN102838377B

CN102838377B - 一种轻质闭孔陶瓷保温板

Info

Publication number: CN102838377B
Application number: CN201210345165.3A
Authority: CN
Inventors: 吉晓莉; 陈卓
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN102838377A

Abstract

本发明涉及一种轻质闭孔陶瓷保温板，该轻质闭孔陶瓷保温板的主要原料组成为：磷尾矿20%～50%，淤泥10%～24%，长石20%～30%，页岩4%~15%，高岭土3%~15%，黄砂10%～20%，发泡剂1%～2.5%，均为质量百分比；所述的发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅40%～60%、碳酸钙25%～45%、氧化铁15%～35%。本发明对于提高磷尾矿的利用率、减少工业固体废弃物对环境的污染，从而改善自然环境、利用廉价原料和降低生产成本具有重要的意义；同时生产的轻质闭孔陶瓷保温板具有较高的气孔率和强度、烧结温度较低的优势。

Description

一种轻质闭孔陶瓷保温板

技术领域

本发明属于固体废弃物利用技术领域，具体涉及一种轻质闭孔陶瓷保温板。

背景技术

我国磷矿资源相当丰富，储量仅次于摩洛哥，居世界第2位，八大磷矿主要分布在湖北、湖南、四川、江苏、贵州、云南等省份，但80%是中低品位磷矿石。磷尾矿是磷矿浮选精矿时排出的未能加以充分利用的固体废料。近年来，随着磷化工业的快速发展，且我国磷矿石原矿的品位不高，造成磷化工业每年产生大量的磷尾矿。磷尾矿一般呈细砂状形态自然堆积在尾矿库中，不仅耗费资金、占用大量土地，而且还带来许多环境问题和安全问题。

目前，磷尾矿的利用率还很低，其综合利用途径主要有新药剂再浮选、重结晶再浮选、制备水泥、制备建筑用砖、制备微晶玻璃、制备磷镁肥等。

在公开号CN1837129A专利中，其处理磷尾矿的方法是：“在磷尾矿中加入硅石粉、焦碳粉(或煤矸石粉)、高岭土粉按一定比例混匀，加水，陈腐，用真空挤出机或压砖机生产线成型，烘干后浸釉，装窑车入隧道窑。经预热、升温后得到磷蒸气和一氧化碳，再经过水化塔吸收得到浓磷酸，砖块经过换热冷却后作为承重砖产品。”该发明中对设备要求高、工序复杂，反应的温度也较高(1280℃~1450℃)。

在公开号CN1055724A专利中，其处理磷尾矿的方法是：“以磷尾矿渣或近似成分的其他尾矿渣作为主要原料，再辅以海砂、粉煤灰或长石，适量加入微量核化剂，经配料、熔制、成型、退火、核化、晶化和研磨、抛光等工序制得微晶玻璃大理石的方法。”该发明中烧结温度高(1300℃~1450℃)，保温时间长(10~16h)，能耗大，且采用易于腐蚀设备的氟化钙作原料，不易于生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种气孔率高、密度低、抗压强度高和磷尾矿利用率高的轻质闭孔陶瓷保温板。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的轻质闭孔陶瓷保温板，由以下质量百分比的原料组成：磷尾矿20%～50%，淤泥10%～24%，长石20%～30%，页岩4%~15%，高岭土3%~15%，黄砂10%～20%，发泡剂1%～2.5%；所述的发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅40%～60%、碳酸钙25%～45%和氧化铁15%～35%，颗粒粒径≤0.045mm。

上述轻质闭孔陶瓷保温板的组分可以由以下原料替换：磷尾矿31%，淤泥18%，长石24%，页岩9%，高岭土5%，黄砂11.5%，发泡剂1.5%，均为质量百分比。

上述的原料经球磨、干燥后，所制得的粉体粒径可以≤0.074mm。

上述发泡剂可以由以下质量百分比的原料替换：碳化硅43%，碳酸钙27%，氧化铁30%。

所述的碳化硅、碳酸钙和氧化铁为工业用级别。

所述的淤泥可以为干燥的湖泊淤泥或城市淤泥。

本发明的原理：磷尾矿提供必要的组分、增强坯体烧成后的强度，长石提供必要的组分、作为助溶剂来降低坯体的烧结温度，页岩烧结温度低，高岭土提供必要的组分，黄砂提供SiO₂增加烧成后坯体的强度。坯体在1060℃~1150℃时，坯体熔融并且具有一定的粘度；此时，发泡剂反应产生气体，由于表面张力的作用，气体被保留在熔体内；坯体烧成随炉冷却后即得多孔保温板。

本发明与现有技术相比具有的优点主要是：

其一. 产品性能好：密度低、热导率低、抗压强度高。经检测，该多孔保温板的密度最低达0.261g/cm³，热导率最低达0.068W/(m·K)，此时抗压强度达11.82MPa。

其二. 利用磷尾矿，有利于节省资金和环境保护：由于磷尾矿的利用量达50%，故可以解决现有磷尾矿占用大量土地，污染环境和安全问题。

其三. 易于工业化生产：具有工艺简单，烧成温度低(1060℃~1150℃)，周期短，成本低(原料廉价，能耗低的短周期生产)，所得产品的可控性能好，能根据不同需求控制产品的孔径大小、密度，易再加工的特点。

附图说明

图1、图2、图3是烧结后试样的照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。

实施例1：

轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料组成：磷尾矿25%，淤泥17%，长石25%，页岩10%，高岭土9%、黄砂12%和发泡剂2%，均为质量百分比；发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅50%、碳酸钙28%、氧化铁22%。

采用阿基米德排水法测密度、回弹法测试抗压强度、平板法测试热导率测试所得轻质闭孔陶瓷保温板，其密度为0.282g/cm³，抗压强度为12.26MPa，热导率为0.089W/(m·K)。

实施例2：

轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料组成：磷尾矿35%，淤泥13%，长石20%，页岩9.5%，高岭土6%，黄砂15%，发泡剂1.5%混合，均为质量百分比；发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅54%、碳酸钙26%、氧化铁20%。

测试方法同实施例1，所得多孔保温板密度为0.273g/cm³，抗压强度为11.60MPa，热导率为0. 076W/(m·K)。

实施例3：

轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料组成：磷尾矿20%，淤泥24%，长石26%，页岩9%，高岭土7.5%，黄砂11%，发泡剂2.5%，均为质量百分比；发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅60%、碳酸钙25%、氧化铁15%。

测试方法同实施例1，所得多孔保温板密度为0.291g/cm³，抗压强度为13.07MPa，热导率为0.095W/(m·K)。

实施例4：

轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料组成：磷尾矿50%，淤泥12%，长石20%，页岩4%，高岭土3%，黄砂10%，发泡剂1%，均为质量百分比；发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅40%、碳酸钙35%、氧化铁25%。

测试方法同实施例1，所得多孔保温板密度为0.330g/cm³，抗压强度为13.74MPa，热导率为0.118W/(m·K)。

实施例5：

轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料组成：磷尾矿23%，淤泥12%，长石30%，页岩8%，高岭土5%，黄砂20%，发泡剂2%，均为质量百分比；发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅40%、碳酸钙45%、氧化铁15%。

测试方法同实施例1，所得多孔保温板密度为0.346g/cm³，抗压强度为13.82MPa，热导率为0.113W/(m·K)。

实施例6：

轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料组成：磷尾矿27%，淤泥10%，长石26%，页岩15%，高岭土6%，黄砂14%，发泡剂2%，均为质量百分比；发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅40%、碳酸钙25%、氧化铁35%。

测试方法同实施例1，所得多孔保温板密度为0.286g/cm³，抗压强度为12.35MPa，热导率为0.093W/(m·K)。

实施例7：

轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料组成：磷尾矿24%，淤泥13%，长石24%，页岩10.5%，高岭土15%，黄砂12%，发泡剂1.5%，均为质量百分比；发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅46%、碳酸钙26%、氧化铁28%。

测试方法同实施例1，所得多孔保温板密度为0.261g/cm³，抗压强度为11.42MPa，热导率为0.068W/(m·K)。

实施例8：

轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料组成：磷尾矿31%，淤泥18%，长石24%，页岩9%，高岭土5%，黄砂11.5%，发泡剂1.5%，均为质量百分比；发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅43%、碳酸钙27%、氧化铁30%。

测试方法同实施例1，所得多孔保温板密度为0.268g/cm³，抗压强度为11.60MPa，热导率为0.069W/(m·K)。

上述实施例制备的轻质闭孔陶瓷保温板，如图1～图3，所制备保温板的孔为闭孔且分布均匀。

上述所有实施例中：

所述的磷尾矿的主要组成为Al₂O₃1.51%～5.27%、SiO₂13.26%～34.21%、CaO21.23%～37.45%、Na₂O0.65%～2.94%、P₂O₅6.86%～19.60%、Fe₂O₃1.26%～4.29%和MgO4.25%～15.41%，均为质量百分比。

所述的淤泥的主要组成为Al₂O₃9.04%～18.51%、SiO₂16.53%～38.46%、CaO1.30%～8.99%、Na₂O0.65%～2.94%、P₂O₅1.43%～5.82%、Fe₂O₃1.57%～6.46%和MgO0.69%～4.85%，，均为质量百分比

所述的长石的主要组成为Al₂O₃16.27%～21.84%、SiO₂65.19%～73.39%、CaO0.028%～0.37%、Na₂O9.38%～11.72%、K₂O0.05%～0.45%、Fe₂O₃0.027%～0.810%和TiO₂0.09%～0.47%，均为质量百分比。

所述的页岩的主要组成为Al₂O₃14.39%～21.06%、SiO₂51.58%～67.27%、CaO0.10%～1.43%、K₂O5.43%～7.72%、Fe₂O₃5.39%～9.25%、MgO0.82%～1.85%，均为质量百分比。

所述的高岭土的主要组成为Al₂O₃36.62%～46.97%、SiO₂50.02%～53.41%、CaO0.14%～0.33%、Na₂O0.08%～0.27%、K₂O0.38%～0.57%和Fe₂O₃0.33%～0.96%，均为质量百分比。

上述实施例提供的轻质闭孔陶瓷保温板，可以采用包括以下步骤的方法制备：

1）生料的制备：将原料按质量百分比例计量并混合，再加入于混合原料40%的水，放入轻型球磨机中球磨12～18h，得到混合均匀的浆料；然后将浆料置于鼓风干燥箱中于120℃下烘干、制得粉体，再加入于粉体质量5~7%的水炼泥，得到混合均匀的生料；

2）成型：将生料置于模具中，在粉末压片机上进行压制成型，再置于鼓风干燥箱中于80℃下干燥12～24h得坯体；

3）烧结：将坯体放入烧结炉中，然后将炉体从室温升到1060℃~1150℃，烧结保温1~2小时，随炉冷却后得到轻质闭孔陶瓷保温板。

Claims

1. 一种轻质闭孔陶瓷保温板，其特征在于由以下质量百分比的原料组成：磷尾矿20%～50%，淤泥10%～24%，长石20%～30%，页岩4%~15%，高岭土3%~15%，黄砂10%～20%，发泡剂1%～2.5%；所述的发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅40%～60%、碳酸钙25%～45%和氧化铁15%～35%的混合物，颗粒粒径≤0.045mm。

2. 根据权利要求1所述的轻质闭孔陶瓷保温板，其特征在于该轻质闭孔陶瓷保温板的组分由以下原料替换：磷尾矿31%，淤泥18%，长石24%，页岩9%，高岭土5%，黄砂11.5%，发泡剂1.5%，均为质量百分比。

3. 根据权利要求1所述的轻质闭孔陶瓷保温板，其特征在于所述发泡剂由以下质量百分比的原料替换：碳化硅43%，碳酸钙27%，氧化铁30%。

4. 根据权利要求1或3所述的轻质闭孔陶瓷保温板，其特征在于所述的碳化硅、碳酸钙和氧化铁为工业用级别。

5. 根据权利要求1所述的轻质闭孔陶瓷保温板，其特征在于所述的原料经球磨、干燥后，所制得的粉体粒径≤0.074mm。

6. 根据权利要求1所述的轻质闭孔陶瓷保温板，其特征在于所述的淤泥为干燥的湖泊淤泥或城市淤泥。