CN103936454B

CN103936454B - 一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷及其制备方法

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Publication number: CN103936454B
Application number: CN201410106065.4A
Authority: CN
Inventors: 何峰; 谢峻林; 梅书霞; 金明芳; 刘小青
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2034-03-21
Also published as: CN103936454A

Abstract

本发明涉及一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷及其制备方法，按重量百分比计，原料组成如下：金铜尾矿75-90wt%，浮法玻璃粉5-10wt%，发泡剂3-8wt%，添加剂2-8wt%，将金铜尾矿、浮法玻璃粉、发泡剂、添加剂按比例混合均与后，经成型、烧成工序获得多孔陶瓷材料，所制备的金铜尾矿多孔陶瓷的密度在0.2-0.8g/cm³的范围内，孔径1-6mm，抗折强度在0.5-6.0MPa的范围内，常温导热系数在0.04-0.12W/(K·m)的范围内，孔隙率高，密度较小，有较高的强度，可作为墙体保温材料来应用。

Description

一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷及其制备方法，属于多孔建筑保温陶瓷的技术领域。

背景技术

金铜尾矿是在金铜矿开采、分选之后排放的粉状废料，包括金铜矿山尾矿和选厂尾矿，其中矿山尾矿包括已经开采出的伴生围岩和中途剔除的低品位矿石；选厂尾矿包括采用一定工艺，机械洗选矿石之后排放的矿物废料(尾矿)，这些尾矿用管道输送至尾矿库存放。为此，通常情况下，在开采金铜矿山的同时要建设巨大的可容纳矿山全部生产期间排出尾砂的尾矿库，尾矿工程投资较大，还要占用大量农田和林地，难以恢复，也破坏了生态平衡。

矿山尾矿等废弃物是重金属和其他有害元素的重要载体，对地表土壤和地下水的质量有很大影响，不容忽视。随着金铜矿开采不断推进，金铜尾矿对环境和社会的影响也在加剧，再加上尾矿库的坍塌事故多发，对人民生活、国民生产和经济发展造成了很大的影响。合理充分利用金铜尾矿是金铜矿开采、加工企业亟待解决的社会难题。

近年来，随着我国金铜产量的增加，金铜深加工能力也具有一定的规模，但是金铜矿经精选后所产生的尾矿粉被大量排出，给社会发展和环境保护带来了巨大的压力。对于尾矿的开发利用，以前主要集中用于生产水泥及硅酸盐制品、玻璃、陶瓷的掺料，用量少，且品质要求高，对于废弃尾矿和废弃物年排放量高达8亿吨这个庞大数字而言，其开发利用率非常低。另外，原砌体材料中实心粘土砖砌体部分的替代材料不论从数量及质量上均难以满足建筑业迅猛发展的需求，这就要求有其他更多的新型墙体材料来补充，为此，积极探索和开发新型墙体材料以替代实心粘土砖等高能耗材料迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，以及迫在眉睫的环境问题而提供一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷及其制备方法，制备的多孔保温陶瓷材料孔隙率高，密度较小，有较高的强度，可作为墙体保温材料来应用。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷，按重量百分比计，其包括如下组分：金铜尾矿75-90wt%，浮法玻璃粉5-10wt%，发泡剂3-8wt%，添加剂2-8wt%。

按上述方案，所述各组分粒度尺寸为：金铜尾矿200-300目，浮法玻璃粉200-300目，发泡剂200-300目，添加剂200-300目。

按上述方案，所述发泡剂是碳化硅和碳酸钙为主的混合材料，具体是由碳化硅、碳酸钙和活性炭组成，其中碳化硅与碳酸钙的质量比为1：（1-3）；碳化硅与活性炭的质量比为1：（0.25-1）。

按上述方案，所述添加剂由硼砂和纯碱组成，硼砂和纯碱的质量比为1：（0.5-1）。

上述以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷的制备方法，将金铜尾矿、浮法玻璃粉、发泡剂、添加剂按比例混合均匀后，经成型、烧成工序获得的多孔陶瓷材料。

上述以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷的制备方法，详细步骤如下：

1）将金铜尾矿、玻璃粉、造孔剂、添加剂混合均匀，各组分的重量百分比为：金铜尾矿75-90wt%，浮法玻璃粉5-10wt%，发泡剂3-8wt%，添加剂2-8wt%；

2）将步骤1）所得的混合料压制成型，制成多孔陶瓷坯体；

3）将多孔陶瓷坯体进行焙烧，烧结温度1000-1100℃，保温时间20-50分钟，焙烧结束后随炉冷却至室温，制成以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷成品。

所述利用金铜尾矿制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述的步骤2）成型方法可用模压成型或手工成型，其中模压成型压力为8-18MPa。

按上述方案，所述步骤1）中的混合是将各组分装入球磨罐中进行研磨，研磨时间为3-5小时。

按上述方案，所述步骤2）中的成型方法为模压成型，模压成型压力为8-18MPa，可以成型为板状和块状。当然，成型的方法也可以采用手工成型。

按上述方案，所述步骤3）中焙烧的温度制度为：以4-6℃/min的速率从30℃加热至600℃，于600℃保温15min；然后以6-9℃/min的速率从600℃加热至烧结温度，于烧结温度保温20-50min。

上述以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷可作为墙体保温材料来应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1）本发明制备的多孔保温陶瓷密度为0.2-0.9g/cm³，孔径1-6mm，抗折强度为0.5-6.0MPa，常温导热系数在0.04-0.12W/(K·m)的范围内，不仅气孔分布均匀，呈独立分布状态，孔隙率高，密度较小，有较高的强度等优点，可作为墙体保温材料来应用；

2）本发明利用金铜尾矿制备多孔建筑保温陶瓷，本发明生产工艺简单，耗能较少，成本较低，且能消耗大量的尾矿废料，无二次污染，以及重新利用废弃的浮法玻璃，起到变废为宝，保护环境的作用；

3）本发明选用资源较为丰富的碳酸钙和碳化硅为发泡剂，其制备工艺简单，有利于工业化生产。

附图说明

图1为本发明所制备的以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷的电镜图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

通过X射线荧光分析测试下述实施例中金铜尾矿中的化学成分主要包括：SiO₂为30.9wt%，Al₂O₃为8.2wt%，Fe₂O₃为24.6wt%，CaO为29.9wt%，MgO为4.6wt%，这些氧化物的总量站整个金铜尾矿氧化物成分的98wt%以上，另外还有少量的K₂O，Na₂O，TiO₂和SO₃，以上成分几乎全部可以为制备建筑用多孔保温陶瓷材料时所利用。

实施例1

一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷，其制备方法如下：

1）将金铜尾矿、浮法玻璃粉、发泡剂、添加剂分别研磨至过300目筛，筛余控制在0.5wt%，按各组分的重量百分比为75wt%的金铜尾矿，10wt%的浮法玻璃粉，2wt%的碳化硅，4.5wt%碳酸钙，0.5wt%的活性炭，5wt%的硼砂，3wt%的纯碱称量备料，将称量好的原料组分装入球磨罐中进行研磨与混合，混合时间为5小时；

2）将步骤1）所得的混合料进行模压成型，成型压力为8MPa，制成多孔陶瓷坯体（成型为板状）；

3）将成型后的坯体放在涂刷有氢氧化铝涂层的耐火材料棚板上，将两者一起放在烧成设备辊道窑的传输辊棒上，辊棒在主传动设备的驱动下，进入辊道窑中进行焙烧，焙烧温度制度：以4℃/min的速率从30℃加热至600℃，保温15min，然后以6℃/min的速率从600℃加热至1000℃，保温50min，焙烧结束后自然冷却至室温，制成金铜尾矿多孔陶瓷成品。

本实施例所制得的多孔保温陶瓷样品，其孔隙结构照片见图1，不仅气孔分布均匀，呈独立分布状态，孔隙率高，孔径2-5mm；经检测该多孔保温陶瓷样品的密度为0.8g/cm³，泡抗折强度为6.0MPa，常温导热系数在0.12W/(K·m)，达到一般保温材料的要求导热系数小于0.2W/(m·K)的标准。

上述多孔保温陶瓷样品的内部存在大量的封闭气孔与少量的连通气孔，在这些气孔中，被包裹的气体不产生对流，减少了温度的传导、辐射、扩散、热能在气孔中逐渐减弱，从而达到隔热、保温的效果。

实施例2

1）将金铜尾矿、浮法玻璃粉、发泡剂、添加剂等分别研磨至过250目筛，筛余控制在0.5wt%，按各组分的重量百分比为80.0wt%的金铜尾矿、10.0wt%的浮法玻璃粉、2.0wt%的碳化硅、2.0wt%碳酸钙、1.0wt%的活性炭、3.0wt%的硼砂、2.0wt%的纯碱称量备料，将称量好的原料组分装入球磨罐中进行研磨与混合，混合时间为4小时；

2）将步骤1）所得的混合料模压成型，成型压力为14MPa，制成多孔陶瓷坯体（成型为块状）；

3）将成型后的坯体放在涂刷有氢氧化铝涂层的耐火材料棚板上，将两者一起放在烧成设备辊道窑的传输辊棒上，辊棒在主传动设备的驱动下，进入辊道窑中进行焙烧，焙烧温度制度：以4℃/min的速率从30℃加热至600℃，保温15min，然后以6℃/min的速率从600℃加热至1050℃，保温30min，焙烧结束后自然冷却至室温，制成金铜尾矿多孔保温陶瓷成品。

本实施例所制得的多孔保温陶瓷样品经检测密度0.5g/cm³，孔径2-6mm，抗折强度为3.0MPa，常温导热系数在0.08W/(K·m)。

实施例3

1）将金铜尾矿、浮法玻璃粉、发泡剂、添加剂等分别研磨至过300目筛，筛余控制在0.5wt%，按各组分的重量百分比为85.0wt%的金铜尾矿，8.0wt%的浮法玻璃粉，1.0wt%的碳化硅，1.0wt%碳酸钙，1.0wt%的活性炭，2.0wt%的硼砂，1.0wt%的纯碱称量备料，将称量好的原料组分装入球磨罐中进行研磨与混合，混合时间为3小时；

2）将步骤1）所得的混合料模压成型，成型压力为18MPa，制成多孔陶瓷坯体；

3）将成型后的坯体放在涂刷有氢氧化铝涂层的耐火材料棚板上，将两者一起放在烧成设备辊道窑的传输辊棒上，辊棒在主传动设备的驱动下，进入辊道窑中进行焙烧，焙烧温度制度：以4℃/min的速率从30℃加热至600℃，保温30min，然后以6℃/min的速率从600℃加热至1100℃，保温20min。加热结束后自然冷却至室温，制成金铜尾矿多孔保温陶瓷成品。

本实施例所制得的多孔保温陶瓷样品经检测密度0.2g/cm³，孔径3-6mm，抗折强度为0.5MPa，常温导热系数在0.04W/(K·m)。

Claims

1.一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷，其特征在于按重量百分比计，它由如下组分组成：金铜尾矿75-90wt%，浮法玻璃粉5-10wt%，发泡剂3-8wt%，添加剂2-8wt%；所述发泡剂是由碳化硅、碳酸钙和活性炭组成，其中碳化硅与碳酸钙的质量比为1：（1-3）；碳化硅与活性炭的质量比为1：（0.25-1）；所述添加剂由硼砂和纯碱组成，硼砂和纯碱的质量比为1：（0.5-1）。

2.根据权利要求1所述的一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷，其特征在于所述各组分粒度尺寸为：金铜尾矿200-300目，浮法玻璃粉200-300目，发泡剂200-300目，添加剂200-300目。

3.根据权利要求1所述的一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷的制备方法，其特征在于是将金铜尾矿、浮法玻璃粉、发泡剂、添加剂按比例混合均匀后，经成型、烧成工序获得的多孔陶瓷材料。

4.根据权利要求3所述的一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将金铜尾矿、玻璃粉、发泡剂、添加剂混合均匀，各组分的重量百分比为：金铜尾矿75-90wt%，浮法玻璃粉5-10wt%，发泡剂3-8wt%，添加剂2-8wt%；

2)将步骤1）所得的混合料压制成型，制成多孔陶瓷坯体；

3)将多孔陶瓷坯体进行焙烧，烧结温度1000-1100℃，保温时间20-50分钟，焙烧结束后随炉冷却至室温，制成以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷成品。

5.根据权利要求4所述的一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷的制备方法，其特征在于所述步骤2）中的成型方法为模压成型或手工成型中的一种，所述模压成型压力为8-18MPa。

6.根据权利要求4所述的一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷的制备方法，其特征在于所述步骤3）中焙烧的温度制度为：以4-6℃/min的速率从30℃加热至600℃，于600℃保温15min；然后以6-9℃/min的速率从600℃加热至烧结温度，于烧结温度保温20-50min。

7.根据权利要求1-6之一中任意一种以金铜尾矿为主原料的多孔保温陶瓷作为墙体保温材料的应用。