CN104211435B - 以粉煤灰为原料微波烧结制备发泡陶瓷板的方法 - Google Patents

Abstract

一种以粉煤灰为原料微波烧结制备发泡陶瓷板的方法，所述方法包括：按重量百分比：粉煤灰70～90%，低温废熔块0～20%，废玻璃0～20%，滑石0～8%，粘土0～8%，微波吸收材料0～1%，解胶剂0.2～0.6%进行配料，各组分的重量百分比之和为100%，经球磨、喷雾造粒、入模成型制得生坯，所述生坯通过微波烧结制得所述发泡陶瓷板，其中微波烧结温度为1080～1150℃、微波功率为20～50kW、烧成周期为100～160分钟、在所述微波烧结温度的保温时间为6～12分钟。

Description

以粉煤灰为原料微波烧结制备发泡陶瓷板的方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种电厂粉煤灰微波烧结制备发泡陶瓷板的方法。

背景技术

近年来，中国大型建筑因保温材料而引发的火灾事故在社会上反应强烈，国家已明确规定了“民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级材料”。目前，国内使用建筑外墙保温材料大都是有机材料如聚氨酯、聚苯乙烯、酚醛树脂等，燃烧性能最好也只能达到B级，满足不了防火阻燃A级的要求。

发泡陶瓷是一种以耐火原料为骨料，配以结合剂、发泡剂等，经高温烧结而成的陶瓷材料。其特点是内部结构中具有大量孔径可控、分布均匀的闭口气孔。具有保温、隔热、吸音、装饰、防潮、防渗、耐腐蚀、耐老化、阻燃，且不危害人体健康等优点，完全能满足防火阻燃A级的要求。

粉煤灰是燃煤电厂生产过程中产生的一种固体废弃物，其产量约占燃煤总量的5-20％，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量还将逐年增加，现阶段我国年排渣量已超过3000万吨，堆放量在15亿吨以上，储灰场占用土地4万多公顷。其堆放既挤占土地，又影响当地空气的粉尘含量。填埋不仅耗费人力物力，还污染地下水质。长期以来，粉煤灰的综合利用都是环境保护领域的一个重要课题，到现在为止，粉煤灰已经被广泛应用于建材、建工、筑路等领域，但高附加值的利用尚未大规模推广，导致再利用程度低下，主要还是以堆放为主，不仅严重污染了环境，也耗费了大量的土地资源，已经成为这些地区不得不面临并亟需解决的主要问题和难题之一。

利用粉煤灰制备高附加值产品是消耗粉煤灰的一条有效途径。中国专利申请201210077995.2公开一种利用废弃粉煤灰为主要原料制备一种闭气孔发泡陶瓷保温板的制备方法，但该方法存在烧结温度高(>1230℃，1230℃～1260℃)，整个烧成周期超过10小时，烧成周期长，局部容易烧结不均匀。

可见，现有的发泡陶瓷板的制备方法一般采用松堆积隧道窑烧成的方法，烧成温度大于1230℃。由于多孔陶瓷材料本身的热导率较低，采用常规方法烧结容易导致材料局部烧结不均匀，且烧结时间过长造成极大的能源极大的浪费。

发明内容

面对现有技术存在的问题，本发明提供一种以粉煤灰为主要原料微波烧结制备发泡陶瓷板的方法。微波烧结是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。采用微波烧结技术有望大大缩短烧成时间。

本发明提供一种微波烧结制备发泡陶瓷板的方法，所述方法包括：

按重量百分比：粉煤灰70～90％，低温废熔块0～20％，废玻璃0～20％，滑石0～8％，粘土0～8％，微波吸收材料0～1％，解胶剂0.2～0.6％进行配料，各组分的重量百分比之和为100％，经球磨、喷雾造粒、入模成型制得生坯，所述生坯通过微波烧结制得所述发泡陶瓷板，其中微波烧结温度为1080～1150℃、微波功率为20～50kW、烧成周期为100～160分钟、在所述微波烧结温度的保温时间为6～12分钟。

本发明中，采用微波烧结的方法，可以使烧结温度(1080～1150℃)明显低于常规方法烧结温度(大于1230℃)，而且烧成周期短，因此本发明不仅节约了紧缺的陶瓷原料，并且符合国家的节能减排政策，对资源保护和粉煤灰的资源化利用都有重大意义，而且制得的发泡陶瓷烧结均匀，质量高，满足保温、耐老化、阻燃性能要求。

较佳地，所述微波吸收材料的重量百分含量可为0.1～1％，所述生坯直接进行微波加热。加入微波吸收材料作为助烧剂，由于它们在室温时就具有很强的微波耦合能力，可以达到快速烧结的效果。

优选地，所述微波吸收材料为碳化硅微粉或者氮化硅微粉。碳化硅微粉或者氮化硅微粉不仅可以起到微波吸收材料增加原料微波耦合能力达到快速烧结的目的，还可以到发泡剂的作用。更优选地，可采用1000～3000目的碳化硅微粉或者氮化硅微粉兼作为助烧剂和发泡剂。

较佳地，还可先将所述生坯预热到300～800℃，然后微波加热进行微波烧结。采用常规烧结的方法使粉末生坯先预热到一定温度，此时材料以具有很强的微波吸收能力，在进行微波加热烧结，可以提高微波烧结效率而可不必额外加热微波吸收材料。

较佳地，所述低温废熔块的重量百分含量可为0～20％，优选地，8～16％。所述低温废熔块由以下重量配比的组分组成：54～60％SiO₂、5～6％Al₂O₃、4～5％K₂O、0.2～1％Na₂O、10～15％CaO、3～6％MgO、5～10％ZnO、3～6％B₂O₃。

较佳地，所述废玻璃的重量百分含量可为0～20％。优选地，8～16％。

较佳地，所述滑石的重量百分含量可为3～8％。

较佳地，所述粘土的重量百分含量可为3～8％。

具体实施方式

参照下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明的技术方案是：一种电厂粉煤灰微波烧结制备发泡陶瓷板的方法，采用电厂粉煤灰为主要原料，其配方按重量百分比组成为：粉煤灰70～90％，低温废熔块0～20％，废玻璃0～20％，滑石0～8％，粘土0～8％，微波吸收材料0～1％，解胶剂0.2～0.6％，经配料、球磨、喷雾造粒、垫板上均匀平铺、微波烧结获得制品，其中烧结温度为：1080～1150℃、微波功率：20～50kW、烧成周期为：100～160min、高温区保温时间为：6～12min。

微波吸收材料的用量可为0.1～1％，例如采用碳化硅，其兼具发泡剂和助烧剂的作用。碳化硅作为微波吸收材料，使产品在室温时也有很强的微波耦合能力，达到快速烧结的效果。为了起到好的效果本发明采用1000目～3000目的碳化硅微粉。应理解还可采用其他的具有微波吸收能力的微粉，例如氮化硅微粉。微波吸收材料的选择不仅要起到辅助烧结的作用，还应起到改善烧结体性能的作用。合适的微波吸收材料例如还可采用氮化硅微粉。

本发明所述的发泡陶瓷板的制备方法，包括如下步骤：

(1)上述陶瓷原料按配方配料入球进行湿法球磨混合均匀，球磨介质可为中铝瓷球或刚玉瓷球，球磨转速可为11～14转/分钟，球磨时间可为8～15小时；

(2)喷雾干燥制粉，陈腐24h后入模平铺制得粉末生坯；

(3)粉末生坯直接微波加热至1080～1150℃进行微波烧结，或者先预热到300～800℃，再微波加热至1080～1150℃进行微波烧结，形成闭口气孔分布均匀的轻质发泡陶瓷板；

(4)经切割等冷加工制成所需规格的成品。

粉煤灰

本发明的所用的粉煤灰主要来源是以煤粉为燃料的火电厂的工业废物，优选采用国标一级干粉煤灰，其包含的各组分的重量百分含量为50～68％SiO₂、20～35％Al₂O₃、2～9％Fe₂O₃、0.5～6％CaO、0.2～2％MgO、0.3～1.5％K₂O、0.2～2％Na₂O；干粉煤灰过30目筛备用。

低温废熔块

可在原料中使用0～20％，优选8～16％的低温废熔块。低温废熔块由以下重量配比的组分组成：54～60％SiO₂、5～6％Al₂O₃、4～5％K₂O、0.2～1％Na₂O、10～15％CaO、3～6％MgO、5～10％ZnO、3～6％B₂O₃，低温废熔块经破碎、研磨处理，取8目筛下料备用。

废玻璃

可在原料中使用0～20％，优选8～16％的废玻璃。废玻璃可选用生活或工业产生的废玻璃，并没有特别的限制，废玻璃经破碎、研磨处理，取8目筛下料备用。

滑石

可在原料中使用0～8％，优选4～6％的滑石。可选用8～100目的市售滑石粉。

粘土

可在原料中使用0～8％，优选4～6％的粘土。可选用天然粘土，经化浆、筛选、压滤备用。

解胶剂

可在原料中使用0.2～0.6％，优选0.3～0.5％的解胶剂。解胶剂可选用市售的常用解胶剂，加入解胶剂可以调节浆料流速。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明发泡陶瓷板充分利用工业废弃物，如电厂粉煤灰、废熔块、废玻璃等，采用微波低温快速烧成，产品具有热传导率低，防火，耐腐蚀，耐老化，吸水率低等优异性能，可应用于现代建筑节能标准的墙体保温材料。其具体的优点在于：

1、热导率低：导热系数为0.06～0.10W/(m·k)，与保温砂浆相当；

2、耐高温、防火：产品本身经高温烧制而成，燃烧性能为A1级，具有良好的防火性能，是用于建筑保温系统及防火隔离带的理想材料；

3、耐老化：陶瓷材料性能稳定，阳光暴晒、热冷剧变、风雨交加等恶劣气候条件下不变形、不老化、不开裂，性能稳定，可与建筑物同寿命，是有机保温材料无法比拟的。

以下进一步列举出一些示例性的实施例以更好地说明本发明。应理解，本发明详述的上述实施方式，及以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。另外，下述工艺参数中的具体配比、时间等也仅是示例性，本领域技术人员可以在上述限定的范围内选择合适的值。

实施例1

发泡陶瓷板配方(重量百分比)：粉煤灰70％，低温废熔块10％，废玻璃4.5％，滑石8％，粘土7％，2000目碳化硅微粉0.3％，解胶剂0.2％；

制备方法包括如下步骤：

(1)上述原料进行湿法球磨，球磨介质为刚玉瓷球，球磨转速为13转/分钟、球磨时间为9.小时；

(2)球磨所得浆料通过喷雾干燥制粉(粒径为20～80目)，陈腐24h后入模平铺；

(3)微波加热至1080～1150℃烧结(微波功率：30kW)，烧成周期为：120min、高温区保温时间为：10min；

(4)经切割等冷加工制成所需规格的成品；

本实施例制得的发泡陶瓷板，经检测容重为0.28g/cm³，导热系数为0.07W/m.k。

实施例2～4

实施例2～4的制备方法同实施例1，但各实施例中所使用的配方(重量百分含量)见下表1：

表1

实施例5

重复实施例1，但采用500目碳化硅微粉，整个烧成周期为135分钟，制得发泡陶瓷板，经检测容重为0.41g/cm³，导热系数为0.12W/m.k，泡孔均匀性较差。

实施例6

(碳化硅作为发泡剂使用，不用就不会发泡)

陶瓷板配方(重量百分比)：粉煤灰70％，低温废熔块10％，废玻璃4.7％，滑石8％，粘土7％，解胶剂0.3％；

制备方法包括如下步骤：

(1)上述原料进行湿法球磨，球磨介质为刚玉瓷球，球磨转速为12转/分钟、球磨时间为9小时；

(2)球磨所得浆料通过喷雾干燥制粉(粒径为20～80目)，陈腐24h后入模平铺；

(3)常规加热预热到500～600℃；

(4)微波加热至1080～1150℃微波烧结(微波功率：30kW)，烧成周期为：120min、高温区保温时间为：10min；

(5)经切割等冷加工制成所需规格的成品；

本实施例制得的陶瓷板，经检测容重为2.6g/cm³，导热系数为0.62W/m.k。

实施例7发泡陶瓷板配方(重量百分比)：粉煤灰70％，低温废熔块10％，废玻璃4.5％，滑石8％，粘土7％，2000目碳化硅微粉0.3％，解胶剂0.2％；

制备方法包括如下步骤：

(1)上述原料进行湿法球磨，球磨介质为刚玉瓷球，球磨转速为12.5转/分钟、球磨时间为9小时；

(2)球磨所得浆料通过喷雾干燥制粉(粒径为20～80目)，陈腐24h后入模平铺；

(3)常规加热预热到500～600℃；

(4)微波加热至1080～1150℃微波烧结(微波功率：30kW)，在此温度保温6分钟，形成闭口气孔分布均匀的轻质发泡陶瓷板，整个烧成周期为110分钟；

(5)经切割等冷加工制成所需规格的成品；

本实施例制得的发泡陶瓷板，经检测容重为0.25g/cm³，导热系数为0.06W/m.k。

对比例1

发泡陶瓷板配方(重量百分比)：粉煤灰70％，低温废熔块10％，废玻璃4.5％，滑石8％，粘土7％，2000目碳化硅微粉0.3％，解胶剂0.2％；

制备方法包括如下步骤：

(1)上述原料进行湿法球磨，球磨介质为刚玉瓷球，球磨转速为13.5转/分钟、球磨时间为9小时；

(2)球磨所得浆料通过喷雾干燥制粉(粒径为20～80目)，陈腐24h后入模平铺；

(3)加热3小时至1240℃，然后在此温度保温1小时，形成闭口气孔发泡陶瓷板，整个烧成周期的时间为6小时；

(4)经切割等冷加工制成所需规格的成品；

本实施例制得的发泡陶瓷板，经检测容重为0.30g/cm³，导热系数为0.08W/m.k。

Claims (3)

1.一种微波烧结制备发泡陶瓷板的方法，其特征在于，所述方法包括：

按重量百分比：粉煤灰70～90%，低温废熔块8～20%，废玻璃8～20%，滑石3～8%，粘土3～8%，微波吸收材料0.1～1%，解胶剂0.2～0.6%进行配料，各组分的重量百分比之和为100%，经球磨、喷雾造粒、入模成型制得生坯，所述生坯通过微波烧结制得所述发泡陶瓷板，其中微波烧结温度为1080～1150℃、微波功率为20～50kW、烧成周期为100～160分钟、在所述微波烧结温度的保温时间为6～12分钟；

其中，所述微波吸收材料为过1000～3000目筛的碳化硅微粉或者氮化硅微粉，将所述生坯预热到300～800℃，然后微波加热进行微波烧结。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低温废熔块的重量百分含量为8～16%，所述低温废熔块由以下重量配比的组分组成：54～60%SiO₂、5～6%Al₂O₃、4～5%K₂O、0.2～1%Na₂O、10～15%CaO、3～6%MgO、5～10%ZnO、3～6%B₂O₃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废玻璃的重量百分含量为8～16%。