CN108129131A - 一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,该制备方法中所用原料有建筑废弃物、陶瓷抛光渣、粉煤灰、滑石、长石、球土、硅藻土以及发泡剂,其中固体废弃物的用量在60%以上。将预处理后的建筑废弃物和其它原料球磨混料,然后经过造粒、压制成型、干燥、低温烧成(700‑1200℃)制备环保型轻质隔热陶瓷,该方法工艺简单、生产成本低,适合产业化生产。制备的轻质隔热陶瓷具有密度低、孔径可控、热导率低、力学性能优良等特点,可广泛应用于建筑、化工等领域的保温隔热。本发明技术在实现低温烧成、节能减排的同时,也能促进固体废弃物的高效率资源化利用,对生态环境意义重大。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻质隔热陶瓷的制备方法,特别涉及一种轻质隔热陶瓷的低温烧成方法。
背景技术
轻质隔热陶瓷比重小、导热系数低,已广泛应用于建筑、能源、化工、航空航天等领域。近年来,轻质隔热陶瓷得到了迅猛发展,但其制备技术普遍存在原料要求高、工艺复杂、设备要求高、烧成温度高等缺点。
如专利“一种轻质隔热陶瓷制品及其制作方法”(CN105174905A),虽然该制品具有独特的负离子释放功能,应用于健康和环保领域,但原料要求高(尤其是含有稀土氧化物),而且需要先在850-1000℃下预烧2.5-3.5h,再升温至1500-1650℃烧成7-8h才能制成,烧成温度高,普通陶瓷窑炉难以实现。专利“一种建筑用多孔保温陶瓷材料及其制备方法”(CN106478077A),采用发泡工艺与注凝成型相结合的方法制备出结构均匀、保温性能和抗热震性能良好的多孔保温陶瓷,但需要用到增强纤维、氧化钇或氧化锆等,原料成本高。而且需要在高纯氮气气氛中,快速升温至1000-1200℃保温1-3h,再缓慢升温至1300-1500℃,烧结1-2h,烧结完后降温至600-1000℃保温1-5h,最后随炉冷却制得,烧成温度高,能耗大,对窑炉等设备要求苛刻,难以产业化。专利“一种隔热保温陶瓷板及其制备工艺”(CN104086205A),利用抛光废料、硅藻土、发泡剂等原料在1100-1200℃下制成了隔热保温陶瓷板,但是原料粉体需要过200-300目筛,对粉体要求高,并且烧成温度也高。专利“一种低导热系数隔热陶瓷砖及其制备方法”(CN103951397A),制备出了导热系数小于0.2 W/m▪K的隔热陶瓷砖,但所用改性粘土制备工艺复杂,也需要硅酸锆、硼酸锌等化工原料,原料成本高;烧成时,需要在820-860℃保温0.5-1h,再升温至1220-1280℃保温1.5-2h,然后降温至740-780℃保温1-1.5h,再升温至1060-1120℃保温1-2h,最后冷却制得,烧成过程繁琐,且烧成温度也高,不利于节能。专利“低温环保陶瓷及制作方法”(CN105967644A),虽然烧成温度降至900-950℃,实现了低温烧成,但是制品不是轻质陶瓷。
本发明则是以建筑废弃物等固体废弃物作为主要原料,辅以其他原料及添加剂,在700-1200 ℃下低温烧成制备轻质隔热陶瓷,避免了当前技术普遍存在的原料要求高、工艺复杂、设备要求高、烧成温度高等问题。所制备的轻质隔热陶瓷绿色环保、密度低、孔径可控、热导率低、力学性能好、生产成本低,适合产业化。有效促进了我国建筑废弃物大量堆积所造成的挤占土地、危害生活环境、浪费矿物资源等一系列环境问题的解决。
发明内容
为了开发一种绿色环保、性能优良、生产成本低的轻质隔热陶瓷材料,同时也为了促进固体废弃物资源化利用,本发明提出了一种以建筑废弃物等固体废弃物为主要原料,制备轻质隔热陶瓷的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,包括以下步骤:
(1)将预处理后的建筑废弃物和其它原料进行球磨混料;
(2)将步骤(1)得到的混料进行造粒,制得原料粉体;
(3)将步骤(2)所得到的原料粉体压制成型,干燥坯体;
(4)将步骤(3)所得到的干燥坯体在700-1200℃下进行烧成,得到轻质隔热陶瓷。
优选的,步骤(1)所述建筑废弃物占所有原料质量的0-80%。
进一步优选的,所述建筑废弃物的用量为0-80g、其他原料的用量为0-100g。
优选的,步骤(1)所述其他原料为陶瓷抛光渣、滑石、长石、球土、粉煤灰、硅藻土和发泡剂中的一种或多种。
进一步优选的,所述长石为钠长石或钾长石。
进一步优选的,所述发泡剂为SiC、Fe、Fe2O3和CaCO3中的一种或几种,所述发泡剂占所有原料质量的0-25%。
优选的,步骤(1)所述球磨的时间为1-24h,球磨的转速为200-600 r/min。
优选的,步骤(2)中,造粒时原料粉体所过筛的目数为30-300目,烘的温度为60-120℃。
优选的,步骤(3)所述压制成型的压力为1 -1000MPa。
优选的,步骤(4)所述烧成的升温速率为2-50℃/min。
优选的,步骤(4)所述烧成的保温时间为0.1-24小时。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:
(1) 本发明将建筑废弃物等固体垃圾作为原料的一部分,既有助于打破固体垃圾处理难的瓶颈,又可以减少陶瓷行业的天然矿物原料消耗,大大降低陶瓷工业的原料成本;
(2)本发明的制备方法具有工艺简洁、生产成本低、绿色环保的特点;
(3)本发明的制备方法中,可以通过调节升温速率、烧成温度、保温时间、发泡剂添加量来控制轻质隔热陶瓷的气孔孔径;
(4)本发明制备的轻质隔热陶瓷具有密度低、孔径可控、热导率低、力学性能好的优良特点;
(5)轻质隔热陶瓷的低温烧成制备,既大大降低陶瓷工业的生产能耗,又可以大大提高建筑节能效果。
附图说明
图1为实施例1制备轻质隔热陶瓷的流程图;
图2为实施例1的轻质隔热陶瓷的断面形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种轻质隔热陶瓷的制备方法,制备流程图如图1所示,包括以下步骤:
(1)将建筑废弃物球磨后过30目筛,然后称取67g建筑废弃物,23g钠长石,9.3g球土,0.7gSiC,用球磨机以600r/min的转速,球磨混料1小时;
(2)将球磨后的混料加水研磨,然后过30目筛,放入烘箱60℃烘5分钟;
(3)将步骤(2)造粒后的粉体倒入模具,在200MPa下压制成型,然后烘干;
(4)将步骤(3)所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成,烧成温度为1200℃,升温速率为50℃/min,保温时间为0.1小时,制得轻质隔热陶瓷。
本实施例所得轻质隔热陶瓷的断面形貌图如图2所示,从图2中可以看出,此时气孔孔径较小,主要是升温速率较快,保温时间较短,发泡剂在高温下反应时间短,生成的气体量少导致。
本实施例制备的轻质隔热陶瓷,密度为1.87g/cm3,吸水率为18.52%,抗压强度为73.58MPa,平均孔径为15.36μm,热导率为0.82W/m▪K。
实施例2
一种轻质隔热陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
(1)称取10g球土,90g陶瓷抛光渣,用球磨机以400r/min的转速,球磨混料2小时;
(2) 将球磨后的混料加水研磨,然后过300目筛,放入烘箱80℃烘6分钟;
(3)将步骤(2)造粒后的粉体倒入模具,在10MPa下压制成型,然后烘干;
(4)将步骤(3)所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成,烧成温度为1150℃,升温速率为2℃/min,保温时间为1.5小时,制得轻质隔热陶瓷。
本实施例制备的轻质隔热陶瓷,密度为0.37g/cm3,吸水率为3.29%,抗压强度为2.58MPa,平均孔径为1.36mm,热导率为0.10W/m▪K。
实施例3
一种轻质隔热陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
(1) 将建筑废弃物球磨后过200目筛,然后称取30g建筑废弃物,30g陶瓷抛光渣,30g粉煤灰, 10g球土,用球磨机以200r/min的转速,球磨混料24小时;
(2) 将球磨后的混料加水研磨,然后过200目筛,放入烘箱100℃烘5分钟;
(3)将步骤(2)造粒后的粉体倒入模具,在1000MPa下压制成型,然后烘干;
(4)将步骤(3)所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成,烧成温度为1100℃,升温速率为30℃/min,保温时间为12小时,制得轻质隔热陶瓷。
本实施例制备的轻质隔热陶瓷,密度为0.76g/cm3,吸水率为1.03%,抗压强度为15.23MPa,平均孔径为0.21mm,热导率为0.23W/m▪K。
实施例4
一种轻质隔热陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
(1) 将建筑废弃物球磨后过100目筛,然后称取60g建筑废弃物,30g钾长石,9.6g球土,0.4gSiC,用球磨机以300r/min的转速,球磨混料10小时;
(2) 将球磨后的混料加水研磨,然后过100目筛,放入烘箱120℃烘3分钟;
(3)将步骤(2)造粒后的粉体倒入模具,在15MPa下压制成型,然后烘干;
(4)将步骤(3)所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成,烧成温度为1080℃,升温速率为5℃/min,保温时为2.5小时,制得轻质隔热陶瓷。
本实施例制备的轻质隔热陶瓷,密度为0.37g/cm3,吸水率为3.01%,抗压强度为2.04MPa,平均孔径为2.16mm,热导率为0.12W/m▪K。
实施例5
一种轻质隔热陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
(1) 将建筑废弃物球磨后过30目筛,然后称取42g建筑废弃物,18g陶瓷抛光渣,15g滑石,25gCaCO3,用球磨机以500r/min的转速,球磨混料12小时;
(2) 将球磨后的混料加水研磨,然后过30目筛,放入烘箱60℃烘6分钟;
(3)将步骤(2)造粒后的粉体倒入模具,在500MPa下压制成型,然后烘干;
(4)将步骤(3)所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成,烧成温度为700℃,升温速率为3℃/min,保温时间为24小时,制得轻质隔热陶瓷。
本实施例制备的轻质隔热陶瓷,密度为1.01g/cm3,吸水率为15.45%,抗压强度为28.47MPa,平均孔径为93.17μm,热导率为0.37 W/m▪K。
实施例6
一种轻质隔热陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
(1) 将建筑废弃物球磨后过60目筛,然后称取61g建筑废弃物,17g钠长石,10g球土,5gFe,7gCaCO3,用球磨机以400r/min的转速,球磨混料20小时;
(2) 将球磨后的混料加水研磨,然后过60目筛,放入烘箱60℃烘6分钟;
(3)将步骤(2)造粒后的粉体倒入模具,在300MPa下压制成型,然后烘干;
(4)将步骤(3)所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成,烧成温度为1050℃,升温速率为20℃/min,保温时间为6小时,制得轻质隔热陶瓷。
本实施例制备的轻质隔热陶瓷,密度为0.59g/cm3,吸水率为2.60%,抗压强度为7.88MPa,平均孔径为0.63mm,热导率为0.18 W/m▪K。
实施例7
一种轻质隔热陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
(1) 将建筑废弃物球磨后过30目筛,然后称取40g建筑废弃物,40g陶瓷抛光渣, 10g球土,10gCaCO3,用球磨机以300r/min的转速,球磨混料6小时;
(2) 将球磨后的混料加水研磨,然后过30目筛,放入烘箱80℃烘6分钟;
(3)将步骤(2)造粒后的粉体倒入模具,在50MPa下压制成型,然后烘干;
(4)将步骤(3)所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成,烧成温度为900℃,升温速率为10℃/min,保温时间为20小时,制得轻质隔热陶瓷。
本实施例制备的轻质隔热陶瓷,密度为0.61g/cm3,吸水率为2.91%,抗压强度为10.88MPa,平均孔径为0.69mm,热导率为0.20 W/m▪K。
实施例8
一种轻质隔热陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
(1) 将建筑废弃物球磨后过30目筛,然后称取40g建筑废弃物,25g陶瓷抛光渣,14g钾长石,5g硅藻土,10g球土,6gFe2O3,用球磨机以500r/min的转速,球磨混料3小时;
(2) 将球磨后的混料加水研磨,然后过30目筛,放入烘箱60℃烘6分钟;
(3)将步骤(2)造粒后的粉体倒入模具,在1MPa下压制成型,然后烘干;
(4)将步骤(3)所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成,烧成温度为1000℃,升温速率为8℃/min,保温时间为18小时,制得轻质隔热陶瓷。
本实施例制备的轻质隔热陶瓷,密度为0.83g/cm3,吸水率为8.46%,抗压强度为19.04MPa,平均孔径为0.12mm,热导率为0.28 W/m▪K。
实施例9
一种轻质隔热陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
(1) 将建筑废弃物球磨后过40目筛,然后称取80g建筑废弃物,13g球土,4g硅藻土,1gSiC,2g Fe2O3,用球磨机以200r/min的转速,球磨混料18小时;
(2) 将球磨后的混料加水研磨,然后过40目筛,放入烘箱80℃烘6分钟;
(3)将步骤(2)造粒后的粉体倒入模具,在10MPa下压制成型,然后烘干;
(4)将步骤(3)所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成,烧成温度为1100℃,升温速率为3℃/min,保温时间为1小时,制得轻质隔热陶瓷。
本实施例制备的轻质隔热陶瓷,密度为0.33g/cm3,吸水率为15.46%,抗压强度为1.87MPa,平均孔径为3.46mm,热导率为0.13 W/m▪K。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,在未背离本发明的精神实质与原理下所作的任何改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将预处理后的建筑废弃物和其它原料进行球磨混料;
(2)将步骤(1)得到的混料进行造粒,制得原料粉体;
(3)将步骤(2)所得到的原料粉体压制成型,干燥坯体;
(4)将步骤(3)所得到的干燥坯体在700-1200℃下进行烧成,得到轻质隔热陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,其特征在于,步骤(1)所述建筑废弃物占所有原料质量的0-80%。
3.根据权利要求1所述的一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,其特征在于,步骤(1)所述其他原料为陶瓷抛光渣、滑石、长石、球土、粉煤灰、硅藻土和发泡剂中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,其特征在于,所述长石为钠长石或钾长石。
5.根据权利要求3所述的一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,其特征在于,所述发泡剂为SiC、Fe、Fe2O3和CaCO3中的一种或几种,所述发泡剂占所有原料质量的0-25%。
6.根据权利要求1所述的一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,其特征在于,步骤(1)所述球磨的时间为1-24h,球磨的转速为200-600 r/min。
7.根据权利要求1所述的一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,其特征在于,步骤(2)中,造粒时原料粉体所过筛的目数为30-300目。
8.根据权利要求1所述的一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,其特征在于,步骤(3)所述压制成型的压力为1 -1000MPa。
9.根据权利要求1所述的一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,其特征在于,步骤(4)所述烧成的升温速率为2-50℃/min。
10.根据权利要求1所述的一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法,其特征在于,步骤(4)所述烧成的保温时间为0.1-24小时。
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