CN108191231A - 一种利用锂尾渣制备泡沫保温玻璃陶瓷材料的方法 - Google Patents

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张宏泉
文进
童慧
夏正辉
王亚名
孙昌志
方清明
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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
    • C03C11/007—Foam glass, e.g. obtained by incorporating a blowing agent and heating

Abstract

本发明提供一种利用锂尾渣制备泡沫保温玻璃陶瓷材料的方法，包括如下步骤：1、将锂尾渣和洗净的碎玻璃分别经湿法球磨、干燥，过120‑200目筛；2、按质量百分比将锂尾渣、碎玻璃、氟化钠、碳酸钾、芒硝混合均匀，作为基础物料；3、在基础物料中加入发泡剂得到混合料；4、将混合均匀的粉末放入耐火材料容器中快速升温至800℃，然后速率缓慢升温900‑1050℃熔融发泡，再保温15分钟；5、保温结束后急冷至500‑600℃进行退火处理1小时，然后缓慢冷却，脱模、切割后获得产品。本制备方法解决了矿渣处理过程中的环境问题，降低产品的生产成本，实现高附加值产品制备，制得的产品相比其他产品而言，强度高，保温性能好。

Description

一种利用锂尾渣制备泡沫保温玻璃陶瓷材料的方法
技术领域
本发明涉及利用锂工业尾矿和尾渣以及废弃碎玻璃等固体废弃物制备玻璃陶瓷领域，具体涉及一种利用锂尾渣制备泡沫保温玻璃陶瓷材料的方法。
背景技术
我国锂资源丰富，已探明储量居世界前列，但粗放式的资源开发和落后的开采、洗选、冶炼及废渣处理技术使大量的含重金属渣料被当成废品，不论锂辉石精矿选取还是锂盐制取，都造成大量的锂渣或锂尾渣。大量锂渣的排放和简单长久堆放或掩埋处理不仅大大增加企业的管理成本，而且造成资源的巨大资源浪费和环境污染。尾渣中常含有铅、镉、铬、类金属砷、镍和锡等重金属元素极易渗透到土壤和地下水资源中，造成二次污染，甚至可能造成当地植被的破坏、土壤水体与空气的污染，并成为次生地质灾害和安全的隐患。
锂辉石浮选精矿和生产锂盐所形成的固体废弃物具有一定的潜在火山灰活性，但活性较差。在自然条件下没有水化硬化能力，它们在建材中的应用仍主要限于水泥的混合材或混凝土的掺合料，而且掺合量很小。锂尾渣的化学成份与粘土质矿物原料相似(主要化学成分是SiO2、Al2O3、Na2O和K2O等)。锂尾渣在玻璃陶瓷材料方面的再利用，无需考虑其水硬性和水化活性，用它取代部分陶瓷或玻璃生产用硅酸盐原料，不仅可以减少其堆存量，减轻尾矿对环境的危害，而且还能降低原料成本，减少能源消耗，广辟玻璃陶瓷原料来源，为尾矿综合利用开辟了新的途径。
泡沫玻璃陶瓷是一种整体充满微孔的玻璃陶瓷材料，是一种性能优良的隔热、保温、隔音材料，而且强度高、容重小、膨胀系数较低、尺寸稳定性好，与混凝土、砂浆相容性好，耐候(在阳光暴晒、冷热剧变、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)，而且不燃，是未来最理想的节能环保型多功能材料之一。该材料可被广泛用作建筑物屋面、围护结构和地面隔热材料，尤其适用于保温的承重隔墙及必须承受重载和湿度的地面，以及石油、化工、地下工程、造船、国防军工的隔热保温保冷和剧院、影视厅、地铁、大会堂、商城、展览大厅、候机室、候车室等场所的吸音防火设施。
本发明拟利用锂辉石精矿和锂盐生产产生的废渣，合理利用其中的各种金属离子及其化合物，将所含重金属元素固定于硅酸盐熔体中，制备出具有多孔结构的环保泡沫玻璃陶瓷保温隔热材料，利用锂尾渣制备轻质多孔玻璃陶瓷发泡材料将是消纳工业废弃物、变废为宝、保护人居环境、减轻生态污染的有效措施，也是实现经济、社会、资源和环境协调发展一条重要途径。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种利用锂尾渣制备泡沫保温玻璃陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将锂尾渣和洗净的碎玻璃分别经湿法球磨、干燥，过120-200目筛；
步骤2、按质量百分比，将50-75％锂尾渣、15-30％碎玻璃、1-10％氟化钠、1-8％碳酸钾、1-8％芒硝混合均匀，作为基础物料；
步骤3、在基础物料中加入5-10％的发泡剂得到混合料；
步骤4、将混合均匀的粉末放入耐火材料容器中以5-10℃/min的速率快速升温至800℃，然后以3-5℃/min的速率缓慢升温至900-1050℃熔融发泡，再保温15分钟；
步骤5、保温结束后急冷至500-600℃进行退火处理1-2小时，然后缓慢冷却，脱模、切割后获得产品。
所述的基础物料为锂尾渣、碎玻璃、氟化钠、碳酸钾和芒硝，基础物料中的化学组成质量比为：SiO2 55-70％、Al2O3 10-15％、CaO 2-5％、MgO 0-2％、Na2O 4-9％、K2O 2-5％、NaF4-13％。
各种配料粒度均控制在120目以上。
所述发泡剂为碳酸钙、碳化硅和抛光砖抛光废渣中至少一种，添加量为原料总质量的5-10％。
本发明加入碎玻璃、氟化钠、碳酸钾助融以降低矿渣熔融温度；
本发明具有如下优点：
(1)本制备方法采用锂尾渣为主要原料，解决了矿渣处理过程中带来的环境问题，也能降低产品的生产成本，实现高附加值产品的低温制备；
(2)本制备方法选用碳酸钙、碳化硅或抛光砖抛光废渣三者之一，或三者的混合料为发泡剂，解决了一些发泡剂着色问题；
(3)本制备方法加入碎玻璃、氟化钠和碳酸钾助融，降低矿渣熔融温度的同时也保持足够的粘度，保证发泡的最佳效果
(4)本制备方法制得的产品相比其他产品而言，强度高，保温性能好。其容重：300-700kg/m3，热导率：＜0.3W/m.℃，抗压强度：5-8.5kg/cm2，线性膨胀系数5～9×10-6mm/℃。
因此，本发明所采用的方法具有固体废弃物利用率高，工业能耗较小、生产成本低的优点；所制备的产品具有质量轻，强度高，绝热性能良好，不易脆化，稳定性好的特性。产品基本参数都优于相关标准，克服了有机保温材料易燃烧的致命缺陷。产品可以广泛用于建筑节能保温材料和其他高温设备外层的节能保温领域，尤其是用于制造墙体保温材料，效果良好。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明：
实施例1
(1)将锂尾渣和洗净的废弃碎玻璃分别经湿法球磨、干燥，过120-120目筛；
(2)主料和助熔材料按化学百分比：SiO2 55％、Al2O3 15％、CaO3％、Na2O 9％、K2O5％、NaF 13％混合配料；同时外加8％碳酸钙、2％碳化硅的发泡剂；
(3)将混合均匀的粉末放入耐火材料容器中以5℃/min的速率快速升温至800℃；然后以5℃/min的速率缓慢升温至1050℃熔融发泡；再保温15分钟；
(4)急冷至500℃退火处理1小时后缓慢冷却，脱模切割后获得所需的产品。
(5)泡沫玻璃陶瓷材料呈灰色、气孔分布均匀，孔径在1～1.5mm之间，导热系数0.23W/(m·K)，抗压强度可达5.0MPa，容重310kg/m3，线性膨胀系数7.3×10-6mm/℃。
实施例2
(1)将锂尾渣和洗净的废弃碎玻璃分别经湿法球磨、干燥，过120-120目筛；
(2)主料和助熔材料按化学百分比：SiO264％、Al2O312％、CaO5％、MgO1.0％、K2O5％、Na2O 9％、NaF4％混合配料；同时外加7％碳酸钙、3％碳化硅的发泡剂；
(3)将混合均匀的粉末放入耐火材料容器中以8℃/min的速率快速升温至800℃；然后以5℃/min的速率缓慢升温至900℃熔融发泡；并保温15分钟；
(4)急冷至600℃退火处理2小时后缓慢冷却，脱模切割后获得所需的产品。
(5)泡沫玻璃陶瓷材料呈灰色、气孔分布均匀，孔径在0.7～1.0mm之间，导热系数0.29W/(m·K)，抗压强度可达5.8MPa，容重640kg/m3，线性膨胀系数8.9×10-6mm/℃。
实施例3
(1)将锂尾渣和洗净的废弃碎玻璃分别经湿法球磨、干燥，过120-120目筛；
(2)主料和助熔材料按化学百分比：SiO2 65％、Al2O3 10％、CaO 2％、MgO 2.0％、Na2O 9％、K2O 2％、NaF10％混合配料；同时外加4％碳酸钙、3％碳化硅的发泡剂；
(3)将混合均匀的粉末放入耐火容器中以10℃/min的速率快速升温至800℃；然后以5℃/min的速率缓慢升温至950℃熔融发泡；并保温15分钟；
(4)急冷至600℃退火处理2小时后缓慢冷却，脱模切割后获得所需的产品。
(5)泡沫玻璃陶瓷材料呈灰色、气孔分布均匀，孔径在0.9～1.5mm之间，导热系数0.29W/(m·K)，抗压强度可达5.1MPa，容重480kg/m3，线性膨胀系数6.1×10-6mm/℃。
实施例4
(1)将锂尾渣和洗净的废弃碎玻璃分别经湿法球磨、干燥，过120-120目筛；
(2)主料和助熔材料按化学百分比：SiO2 67％、Al2O3 12％、CaO 5％、MgO 1.0％、Na2O 4％、K2O 3％、NaF 8％混合配料；同时外加4％碳酸钙、3％抛光砖抛光废料作为发泡剂；
(3)将混合均匀的粉末放入耐火材料容器中以6℃/min的速率快速升温至800℃；然后以5℃/min的速率缓慢升温至980℃熔融发泡；并保温15分钟；
(4)急冷至600℃退火处理2小时后缓慢冷却，脱模切割后获得所需的产品。
(5)泡沫玻璃陶瓷材料呈淡灰色、气孔分布均匀，孔径在0.8～1.0mm之间，导热系数0.27W/(m·K)，抗压强度可达6.8MPa，容重680kg/m3，线性膨胀系数5.2×10-6mm/℃。
实施例5
(1)将锂尾渣和洗净的废弃碎玻璃分别经湿法球磨、干燥，过120-120目筛；
(2)主料和助熔材料按化学百分比：SiO270％、Al2O3 13％、CaO 2％、MgO 1.0％、Na2O 6％、K2O 3％、NaF5％混合配料；同时外加10％碳酸钙作为发泡剂；
(3)将混合均匀的粉末放入耐火材料容器中以8℃/min的速率快速升温至800℃；然后以3℃/min的速率缓慢升温至960℃熔融发泡；并保温15分钟；
(4)急冷至600℃退火处理2小时后缓慢冷却，脱模切割后获得所需的产品。
(5)泡沫玻璃陶瓷材料呈白色、气孔分布均匀，孔径在600μm～950μm之间，导热系数0.22W/(m·K)，抗压强度可达8.5MPa，容重704kg/m3，线性膨胀系数6.2×10-6mm/℃。
综上，利用锂辉石精矿和锂盐生产产生的废渣，可通过高温发泡的方法制备出具有多孔结构的环保泡沫玻璃陶瓷保温隔热材料；利用碎玻璃、锂尾渣中的各种金属离子及其化合物，可有效降低混合料的熔融温度，发泡温度易于控制，使锂尾渣得到高效利用、变废为宝、减轻生态污染；而且可通过控制锂尾渣、碎玻璃以及发泡剂和助溶剂的量，制备出性能要求不同的材料；所制备的产品具有质量轻，强度高，绝热性能良好，不易脆化，稳定性好的特性。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (4)

1.一种利用锂尾渣制备泡沫保温玻璃陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将锂尾渣和洗净的碎玻璃分别经湿法球磨、干燥，过120-200目筛；
步骤2、按质量百分比，将50-75％锂尾渣、15-30％碎玻璃、1-10％氟化钠、1-8％碳酸钾、1-8％芒硝混合均匀，作为基础物料；
步骤3、在基础物料中加入5-10％的发泡剂得到混合料；
步骤4、将混合均匀的粉末放入耐火材料容器中以5-10℃/min的速率快速升温至800℃，然后以3-5℃/min的速率缓慢升温至900-1050℃熔融发泡，再保温15分钟；
步骤5、保温结束后急冷至500-600℃进行退火处理1-2小时，然后缓慢冷却，脱模、切割后获得产品。
2.如权利要求1所述的一种利用锂尾渣制备泡沫保温玻璃陶瓷材料的方法，其特征在于：所述的基础物料为锂尾渣、碎玻璃、氟化钠、碳酸钾和芒硝，基础物料中的化学组成比为：SiO2 55-70％、Al2O3 10-15％、CaO 2-5％、MgO 0-2％、Na2O 4-9％、K2O 2-5％、NaF4-13％。
3.如权利要求1所述的一种利用锂尾渣制备泡沫保温玻璃陶瓷材料的方法，其特征在于：各物料粒度均控制在120目以上。
4.如权利要求1所述的一种利用锂尾渣制备泡沫保温玻璃陶瓷材料的方法，其特征在于：所述发泡剂为碳酸钙、碳化硅和抛光砖抛光废渣中至少一种，添加量为原料总质量的5-10％。
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