CN107298576A - 一种陶瓷材料及其制造方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于资源再利用领域，提供了一种利用粉煤灰提铝尾渣白泥制备陶瓷材料的方法以及制备的陶瓷材料。本发明的方法包括混合白泥、发泡剂、助熔剂、熔剂和助磨剂，依次进行研磨、干燥、成型和烧制的过程。本发明方法工艺简单，材料易得，成本低，利用了白泥这种工业废弃物，生产出有工业利用价值的陶瓷材料；制得的陶瓷材料具有轻质、隔热、防火耐酸碱防腐蚀性能，可在高低温环境下使用，能够生产多种用途的陶瓷制品。

Description

一种陶瓷材料及其制造方法和应用
技术领域
本发明属于资源再利用领域，涉及粉煤灰提铝尾渣的再利用。
背景技术
粉煤灰是煤或煤矸石燃烧后产生的固体废物，主要组成为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。我国是以煤为主要能源的国家，2000年全国煤炭发电所产生的粉煤灰为1.5亿吨，2010年超过3亿吨。粉煤灰的大量排放给国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。由于粉煤灰中含有大量的Al、Fe等元素，已经有很多公司利用粉煤灰提取氧化铝、氧化铁等经济原材料。粉煤灰提取氧化铝后的尾渣统称为白泥，其中氧化硅的含量为18％～50％，氧化铝的含量为5％～40％，还包含其它成分。白泥的量巨大。如果将白泥随意堆放，不仅会造成二次污染，还会造成大量的硅资源浪费。因此，需对白泥进行综合利用。
发明内容
本发明的目的是利用白泥制备陶瓷材料，以解决目前大量白泥污染和硅资源浪费的问题。
在第一个方面，本发明提供一种制备陶瓷材料的方法，包括步骤：
1)按照以下质量百分比混合原料：20-89％的白泥，1-6％的发泡剂、5-40％的助熔剂，5-40％的熔剂，以及0-0.25％的助磨剂；
2)将混合好的原料放入球磨机中，并加入质量百分比为30-40％的水进行研磨；
3)将研磨好的浆料在200℃-300℃下喷雾干燥；
4)将干燥好的物料放入压力成型机半干压成型；
5)将成型好的生坯干燥后放入隧道窑或辊道窑中烧制，烧制温度为900-1500℃。
优选地，步骤1)中，各原料的质量百分比为：30-60％的白泥、1.5-2.5％的发泡剂、18-35％的助熔剂、18-35％的熔剂和0.15-0.2％的助磨剂。
优选地，所述发泡剂为游离碳、氧化铁或碳化硅；所述游离碳为白泥中没有完全燃烧的碳。
优选地，所述熔剂为萤石、碳酸钡或玻璃粉。
优选地，所述助熔剂为长石或碳酸钙。
优选地，所述助磨剂为水玻璃、三聚磷酸钠或腐殖酸钠。
优选地，所述白泥为粉煤灰提取氧化铝后的尾渣，其中氧化硅的质量百分含量为18％～50％，氧化铝的质量百分含量为5％～40％。
优选地，步骤2)中，加入的水的质量百分比为100％×加入的水的质量/(原料质量+水的质量)；所述研磨进行到细度325目筛余4～8％。
优选地，步骤5)中，在电热烘箱进行干燥，干燥温度为255℃，干燥时间为干燥后的物料水分为6-8％为止；所述烧制为在高温炉内进行，烧制4h。
优选地，在步骤3)之后，还包括粉料陈腐步骤，然后再进行半干压成型；所述粉料陈腐指将干燥后的粉料密封于料仓。
在第二方面，本发明提供一种陶瓷材料，包含质量百分比为65％～75％的SiO2，19％～25％的Al2O3，4％～10％的其它氧化物；其中，氧化钾和氧化钠的总含量不低于2.5％。
进一步地，本发明的所述陶瓷材料由本发明的方法制备。
在第三个方面，本发明提供一种陶瓷制品，由本发明的陶瓷材料制得；所述陶瓷制品为工业陶瓷制品或建筑陶瓷制品。
在第四个方面，本发明提供所述的陶瓷材料在制备陶瓷制品中的应用。
本发明是将白泥与其它物料按照配方进行配料、研磨、干燥、成型后在工业高温窑内进行烧制，利用了白泥这种工业废弃物，生产出有工业利用价值的陶瓷材料。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明方法工艺简单，材料易得，成本低。同时，利用白泥生产陶瓷材料属于资源的综合利用、循环利用，可以降低粉煤灰以及白泥对环境的破坏，符合国家的政策导向，是一个极具前景的粉煤灰综合利用产业化的方法。
2)有效利用工艺流程中产生的废热，如进行物料干燥工艺/冬季采暖等；整个过程不排放任何废水、废液、废渣和有害气体。
3)产品制造规格易调整
通过控制产品成型时的模具规格，可以调整成品的形状、尺寸和厚度，从而得到不同规格的产品，适合不同用途的需要。
4)产品性能优异
本发明陶瓷材料具有轻质、隔热、防火耐酸碱防腐蚀性能，其中防火性能达到A级；比重低、吸水率低、机械强度高、保温性能好，可在高低温环境下使用，能够生产多种用途的陶瓷制品。
本发明的陶瓷材料的性能测试及结果如下：
防火性能A级
具体实施方式
以下将结合具体实施方式说明本发明，但本发明的内容不限于此。
如无其它说明，本发明中使用的原料和试剂均为本领域常规原料和试剂，可以从常规商购途径获得；所使用的方法均为本领域常规方法，本领域技术人员可以根据所述内容和目的知道如何实施该方法并获得相应的结果。
本发明的陶瓷材料的性能通过以下方式检测：
项目 单位 试验方法
干密度 Kg/m3 GB/T 5486
导热系数 W/(mk) GB/T 10294
抗拉强度 MPa GB/T 9641
吸水率 ％ GB/T 5486
燃烧性能 -- GB 8624
实施例一：
取含氧化铝22％(质量含量)的白泥500kg(来自神华准能公司)，加入发泡剂碳化硅25kg，助熔剂长石200kg，熔剂玻璃粉275kg，助磨剂三聚磷酸钠2.5kg；
将上述物料放入球磨机中，加660kg水，进行研磨；
研磨好的浆料在200℃下进行喷雾干燥；
将干燥好的物料送至料仓陈腐48小时；
将陈腐后的物料用压力成型机进行半干压成型；
将成型后的生坯进行干燥；
将干燥后的生坯在隧道窑内进行烧制，烧制温度950℃烧制4小时。
对制得的陶瓷材料进行检测，其中，该陶瓷材料的性能参数为：防火性能A级；吸水率为2.6％，抗拉强度为0.70MPa，导热系数为0.7，比重为0.45。对陶瓷材料的含量进行检测，其中，包含75％的SiO2，19％的Al2O3，6％的Na2O和K2O。
实施例二：
取含氧化铝18％的白泥600kg(来自神华准能公司)，加入发泡剂游离碳30kg，长石170kg，熔剂玻璃粉200kg，助磨剂水玻璃2.5kg；
将上述物料放入球磨机，加660kg水，进行研磨；
将研磨好的浆料在260℃下进行喷雾干燥；
将干燥好的物料送至料仓陈腐；
将陈腐后的物料用压力机进行半干压成型；
成型后的生坯进行干燥；
干燥后的生坯在辊道窑内进行烧制，烧制温度1300℃。
对制得的陶瓷材料进行检测，其中，该陶瓷材料的性能参数为：防火性能A级；吸水率为3％，抗拉强度为0.70MPa，导热系数为0.65，比重为0.4。对陶瓷材料的含量进行检测，其中，包含70％的SiO2，22％的Al2O3，8％的Na2O和K2O。
实施例三：
取含氧化铝25％的白泥700kg(来自神华准能公司)，加入发泡剂氧化铁25kg，长石125kg、萤石150kg，水玻璃2.5kg；
将上述物料放入球磨机，加600kg水，进行研磨；
将研磨好的浆料在300℃下进行喷雾干燥；
将干燥好的物料送至料仓陈腐；
将陈腐后的物料用压力机进行半干压成型；
将成型后的生坯进行干燥；
将干燥后的生坯在隧道窑内进行烧制，烧制温度1450℃。
对制得的陶瓷材料进行检测，其中，该陶瓷材料的性能参数为：防火性能A级；吸水率为2.8％，抗拉强度为0.70MPa，导热系数为0.6，比重为0.45。对陶瓷材料的含量进行检测，其中，包含65％的SiO2，25％的Al2O3，10％的Na2O和K2O。
参考文献：
《陶瓷工艺学》 武汉理工大学出版社
《陶瓷生产工艺知识问答》 化学工业出版社
《无机材料科学基础》 武汉理工出版社
《陶瓷导论》 武汉理工出版社
《无机材料科学基础和无机材料物理性能》武汉理工出版社

Claims (10)

1.一种制备陶瓷材料的方法，包括步骤：
1)按照以下质量百分比混合原料：20-89％的白泥，1-6％的发泡剂、5-40％的熔剂，5-40％的助熔剂，以及0-0.25％的助磨剂；
2)将混合好的原料放入球磨机，并加入质量百分比为30-40％的水进行研磨；
3)将研磨好的浆料在200℃-300℃下喷雾干燥；
4)将干燥好的物料放入压力成型机半干压成型；
5)将成型好的生坯干燥后放入隧道窑或辊道窑中烧制，烧制温度为900-1500℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1)中，各原料的质量百分比为：30-60％的白泥、1.5-2.5％的发泡剂、18-35％的熔剂、18-35％的助熔剂和0.15-0.2％的助磨剂。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述发泡剂为游离碳、氧化铁或碳化硅；所述熔剂为萤石、碳酸钡或玻璃粉；所述助熔剂为长石或碳酸钙；所述助磨剂为水玻璃、三聚磷酸钠或腐殖酸钠。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤3)之后，还包括粉料陈腐步骤，然后再进行半干压成型。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤2)中，加入的水的质量百分比为100％×加入的水的质量/(原料质量+水的质量)。
6.一种陶瓷材料，包含质量百分比为65％～75％的SiO2，19％～25％的Al2O3，4％～10％的其它氧化物，其中，氧化钾和氧化钠的总含量不低于2.5％。
7.一种陶瓷材料，由权利要求1～5任一项所述的方法制备。
8.一种陶瓷制品，由权利要求6或7所述的陶瓷材料制得。
9.根据权利要求8所述的陶瓷制品，其中，所述陶瓷制品为工业陶瓷制品或建筑陶瓷制品。
10.权利要求6或7所述的陶瓷材料在制备陶瓷制品中的应用。
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