CN106588081A

CN106588081A - 一种铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备

Info

Publication number: CN106588081A
Application number: CN201611150198.7A
Authority: CN
Inventors: 孙杰璟; 刘永杰; 孙璇
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2017-04-26

Abstract

本发明公开了一种铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备，它由以下重量份的组分制备得到：铁尾矿30‑70wt%、瓷石10‑15wt%、长石5‑20wt%、黏土5‑20wt%、发泡剂5‑10wt%、外加发泡剂0.5‑2.3wt%、外加助磨剂0.5‑1wt%。用本发明所制备的发泡陶瓷材料具有较低导热系数、较好的力学性能，并能降低原料成本、增加企业的经济效益和实现资源的综合利用。

Description

一种铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备。

背景技术

在我国，目前常用的建筑保温材料以有机保温材料为主，大多数为聚苯乙烯泡沫，这类材料具有重量轻、可加工性好、致密性高、保温隔热成效好等优势，但燃烧等级低易着火且具有一定的毒性。因此研究不着火的A1级不燃防火保温材料在全国得到了极大的发展。

在泡沫玻璃上发展起来的泡沫陶瓷由于其主要由陶瓷晶相构成，因此具有较高的强度和较好的耐火与阻燃性能，其使用温度超过了1000℃，远高于泡沫玻璃。用于制备泡沫陶瓷的原料易于取得，通常以工业废弃物作为主要原料，并且制备工艺简单，因此在建筑节能行业得到了更大的发展。

铁尾矿是一种复合矿物原料，是选矿后的废物，除了含有少量金属组分外，其主要矿物组分是脉石矿物，如石英、辉石、长石、石榴石，角闪石及其蚀变矿物，化学成分主要以铁、硅、镁、钙、铝的氧化物为主，并伴有少量的磷，硫等。若不加以利用，这些尾矿不但占用了大量的土地并且污染环境。

随着建筑行业的发展，建筑材料资源和能源紧缺，工业废弃物作为一种闲置的资源，已经越来越多地被应用在建筑材料领域，起到了节能降耗、降低成本和减轻环境负荷的作用。

发明内容

本发明的目的在于充分利用固体废弃物，选用铁尾矿作为生产原料，提供一种工艺简单、成本低廉、密度低、强度高、导热系数低的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的实验方案是：一种铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备，其特征在于，有以下重量份的组分制备得到：铁尾矿30-70wt%、瓷石10-15wt%、长石5-20wt%、黏土5-20wt%、发泡剂5-10wt%、外加发泡剂0.5-2.3wt%、外加助磨剂0.5-1.0wt%。

优选的，由以下重量份的组分制备得到：铁尾矿40wt%、瓷石10wt%、长石20wt%、黏土20wt%、泥煤5wt%、外加发泡剂1.8wt%、外加助磨剂0.8wt%。

上述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷，所用铁尾矿的成分及各成分所占质量百分数如下：

主要原料	SiO₂	Al₂O₃	K₂O	Na₂O	CaO	MgO	Fe₂O₃	合计
									铁尾矿	42.78	4.78	1.31	0.61	8.33	25.46	13.37	96.64

注：铁尾矿中余量为其他。

上述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷，为低成本的同时保证较好的发泡陶瓷物性，除外加发泡剂及外加助磨剂外，将原料细度控制在250-300目。

上述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷，所述发泡剂为泥煤，外加发泡剂为MnO₂和SiC，以泥煤、MnO₂、SiC作为复合发泡剂，细度范围在300-400目，MnO₂在泥煤中C的还原作用下，生成气体引起物料发泡，同时少量的泥煤燃烧生成气体同时放出热量，降低坯体的烧成温度，此外MnO₂对以SiC为发泡剂的多孔陶瓷具有明显地调节作用。整个发泡过程涉及的反应方程式如下：

MnO₂+C → MnO+CO

MnO₂+CO → MnO+CO₂

MnO+C → MnO+CO

2MnO+5/2C → 2/3Mn₃C+CO

C+O₂ → CO₂

2C+O₂ → 2CO

2CO+O₂ → 2CO₂

SiC+3/2O₂ → SiO₂+CO

SiC+2O₂ → SiO₂+CO₂

上述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷，所述的助磨剂为腐植酸钠和偏硅酸。

一种上述铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备，其特征在于包括以下步骤：（1）按比例称取物料，加入球磨罐中，称取物料总量60wt%的水和其3倍质量的研磨球，放入球磨罐中进行湿法球磨；（2）将球磨好的物料干燥并成型；（3）成型好的物料进行烧成，烧成温度为1170-1195℃，保温时间为5-30min；（4）烧制所得的制品随炉冷却。

优选的，上述步骤（1）中，球磨后混合料细度范围在300-400目，（3）中烧成温度为1185℃，保温时间为15min。

本发明具有的优点及积极效果是：（1）本发明中的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料，尽可能用最简单的制备过程，制备出轻质、优良的抗冻融循环、较低导热系数、较好的力学性能和形貌尺寸可控的多孔陶瓷保温砖；（2）从环保及社会效益来讲：铁尾矿如果不能及时有效地处理和利用，不仅占用大量的土地资源，而且严重破坏生态环境，铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料，对解决铁尾矿污染环境问题、实现资源的综合利用、保护生态环境具有十分重要的意义；（3）从企业经济效益来讲：对于选矿厂，减少了企业运输与填埋堆放铁尾矿的成本，并为企业寻找出具有新效益的产品，开辟出一条新的发展方向。对于建筑材料领域，将铁尾矿回收利用于生产附加值较高的泡沫陶瓷保温砖生产中，可以减少优质原料的使用，降低原料成本从而增加企业的经济效益。

为了对本发明进行具体描述，现举例加以说明，但本发明不局限于下述实例。具体实例如下。

实施例1

一种上述铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料，由以下重量份的组分制备得到：烟台铁尾矿40wt%、瓷石10wt%、长石20wt%、黏土20wt%、砂岩5wt%、泥煤5wt%、外加MnO₂1.5wt%、外加SiC0.3wt%、外加助磨剂0.8wt%。原料经球磨（300目）、干燥、成型后在1185℃烧成保温15min。所得多孔发泡陶瓷为闭孔型，孔径为1.5mm，容重0.246 t/m³，常温抗折强度1.03MPa，抗压强度0.96MPa，热板35℃冷板15℃温差下，保温系数0.052W/(m·K)。

实施例2

一种上述铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料，由以下重量份的组分制备得到：烟台铁尾矿40wt%、瓷石10 wt %、长石20 wt %、黏土20 wt %、砂岩5 wt %、泥煤5 wt %、外加MnO₂1.5wt %、外加SiC0.3 wt %、外加助磨剂0.8 wt %。原料经球磨（300目）、干燥、成型后在1190℃烧成保温10min。所得多孔发泡陶瓷为闭孔型，孔径为1.6mm，容重0.232 t/m³，常温抗折强度0.97MPa，抗压强度0.89MPa，热板35℃冷板15℃温差下，保温系数0.058W/(m·K)。

实施例3

一种上述铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料，由以下重量份的组分制备得到：烟台铁尾矿40 wt %、瓷石10 wt %、长石20 wt %、黏土20 wt %、砂岩5 wt %、泥煤5 wt %、外加MnO₂1.5 wt %、外加SiC0.5 wt %、外加助磨剂0.8 wt %。原料经球磨（300目）、干燥、成型后在1185℃烧成保温10min。所得多孔发泡陶瓷为闭孔型，孔径为1.8mm，容重0.230 t/m³，常温抗折强度0.98MPa，抗压强度0.92MPa，热板35℃冷板15℃温差下，保温系数0.056W/(m·K)。

实施例4

一种上述铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料，由以下重量份的组分制备得到：烟台铁尾矿50 wt %、瓷石12 wt %、长石13 wt %、黏土10 wt %、砂岩10 wt %、泥煤5 wt %、外加MnO₂1.5 wt %、外加SiC0.3 wt %、外加助磨剂1.0 wt %。原料经球磨（300目）、干燥、成型后在1185℃烧成保温15min。所得多孔发泡陶瓷为闭孔型，孔径为1.6mm，容重0.256 t/m³，常温抗折强度0.89MPa，抗压强度0.83MPa，热板35℃冷板15℃温差下，保温系数0.060W/(m·K)。

实施例5

一种上述铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料，由以下重量份的组分制备得到：烟台铁尾矿60 wt %、瓷石15 wt %、长石5 wt %、砂岩15 wt %、泥煤5 wt %、外加MnO₂1.5 wt %、外加SiC0.3 wt %、外加助磨剂0.8 wt %。原料经球磨（300目）、干燥、成型后在1185℃烧成保温15min。所得多孔发泡陶瓷为闭孔型，孔径为1.8mm，容重0.228 t/m³，常温抗折强度0.86MPa，抗压强度0.81MPa，热板35℃冷板15℃温差下，保温系数0.069W/(m·K)。

Claims

1.一种铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备，其特征在于，有以下重量份的组分制备得到：铁尾矿30-70wt%、瓷石10-15wt%、长石5-20wt%、黏土5-20wt%、发泡剂5-10wt%、外加发泡剂0.5-2.3wt%、外加助磨剂0.5-1wt%。

2.根据权利要求1所述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备，其特征在于，有以下重量份的组分制备得到：铁尾矿40wt%、瓷石10wt%、长石20wt%、黏土20wt%、泥煤5wt%、外加发泡剂1.8wt%、外加助磨剂0.8wt%。

3.根据权利要求1、2所述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备，其特征在于所述铁尾矿的成分及各成分所占质量百分数如下：

主要原料 SiO₂ Al₂O₃ K₂O Na₂O CaO MgO Fe₂O₃ 合计铁尾矿 42.78 4.78 1.31 0.61 8.33 25.46 13.37 96.64

注：铁尾矿中余量为其他。

4.根据权利要求1所述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备，其特征在于，所述发泡剂为泥煤，外加发泡剂为MnO₂和SiC，以泥煤、MnO₂、SiC作为复合发泡剂。

5.根据权利要求1、2所述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备，其特征在于所述发泡剂细度为300-400目，其他原料细度为250-300目。

6.根据权利要求1所述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备，其特征在于，所述的助磨剂为腐植酸钠和偏硅酸。

7.一种权利1-6要求任意一项所述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）按比例称取物料，加入球磨罐中，称取物料总量60wt%的水和其3倍质量的研磨球，放入球磨罐中进行湿法球磨；（2）将球磨好的物料干燥并成型；（3）成型好的物料进行烧成，烧成温度为1170-1195℃，保温时间为5-30min；（4）烧制所得的制品随炉冷却。

8.根据权利要求6所述的铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于：上述步骤（1）中，球磨后混合料细度范围在300-400目，（3）中烧成温度为1185℃，保温时间为15min。