CN108863302A - 一种发泡陶瓷轻质板材及其制备方法 - Google Patents

一种发泡陶瓷轻质板材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发泡陶瓷轻质板材，其主要由下述重量百分比的原料制成:瓷砖抛光废渣70‑96％、粘土0‑10％、长石0‑20％、发泡剂0.01‑0.6％、稳定剂0.1‑4％；所述稳定剂为二氧化锰。相应的，本发明还提供一种发泡陶瓷轻质板材的制备方法。采用本发明，所述发泡陶瓷轻质板材的同一断面，气孔从上到下无差异，气泡均匀性高，既可以使用隧道窑烧成，也可以用辊道窑烧成。

Description

一种发泡陶瓷轻质板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑用轻质板材技术领域，尤其涉及一种发泡陶瓷轻质板材及其制备方法。
背景技术
发泡陶瓷所使用的基体材料来自于陶瓷厂废料和工业废料等废弃物(瓷砖抛光废渣或煤渣或石材废渣等)，这些废弃物如若不处理，随意堆积或者填埋将对环境造成污染，也浪费了资源。
该发泡陶瓷产品以其重量轻、强度高、防火、抗震、隔热、隔音、组合性强、易于搬运，适用面广等优点逐渐开始在全国范围内使用。又因其原料为煤渣、瓷砖抛光废渣、矿渣等固体废弃物，在资源充分利用和环境保护方面具有积极的社会意义。
现有发泡陶瓷的配方体系一般包括瓷砖抛光废渣和发泡剂，瓷砖抛光废渣用量较少，大多为50％左右。发泡剂加入量在1.2％左右，加入量较多，成本较高。因为现有发泡砖整体砖块比较厚，配方体系比较难氧化，发泡陶瓷的配方体系决定其必须使用隧道窑烧成，隧道窑的烧成周期大概为24-26小时，烧成周期长,温度较高。
而且，如图1所示，现有技术制得的发泡陶瓷板，其内部形成多层气孔。在发泡的过程中，由于发泡时间较长，且受到重力的影响，下层气孔会被压扁，使得产品的整体均匀性不好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种发泡陶瓷轻质板材，同一断面，从上到下气孔无差异，气泡均匀性高，既可以使用隧道窑烧成，也可以用辊道窑烧成。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种发泡陶瓷轻质板材的制备方法，工艺简单，可以适用不同的烧成工艺，且烧成时间短。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发泡陶瓷轻质板材，其主要由下述重量百分比的原料制成:
瓷砖抛光废渣70-96％、粘土0-10％、长石0-20％、发泡剂0.01-0.6％、稳定剂0.1-4％；
所述稳定剂为二氧化锰。
作为上述方案的改进，其主要由下述重量百分比的原料制成:
瓷砖抛光废渣75-95％、粘土0.1-10％、长石0.1-20％、发泡剂0.1-0.4％、稳定剂0.1-3％。
作为上述方案的改进，所述粘土为黑泥、高岭土、城市污泥、海泥中的一种或多种；
所述发泡剂为碳化硅或抛光磨头回收料，所述抛光磨头回收料的主要成分包括碳化硅和树脂。
作为上述方案的改进，所述发泡陶瓷轻质板材选用辊道窑烧成或隧道窑烧成。
作为上述方案的改进，所述辊道窑烧成包括：
辊道窑上使用高温匣钵，高温匣钵为一体式匣钵或拼装式匣钵，利用人工或机器布料，在1100—1220℃的温度条件下进行烧成。
作为上述方案的改进，所述辊道窑烧成的周期为10-20小时，所述辊道窑的烧成曲线包括：
首先升温至800-900℃，并在800-900℃保温0-30min；
然后升温至1150-1220℃，并在最高温保温0-60min；
最后缓慢降温。
相应的，本发明提供一种发泡陶瓷轻质板材的制备方法，包括：
将原料按配比混料，并球磨制粉；
将粉料进行布料，得到坯体；
将坯体通过辊道窑或隧道窑进行烧成，得到成品。
作为上述方案的改进，所述球磨制粉为湿法制粉或干法制粉，所述湿法制粉包括：将原料加30-40％的水，放入球磨机中进行球磨处理，球磨至250目筛筛余小于1％，再经过喷雾塔制粉，得到含水率为5-10％的粉料。
作为上述方案的改进，所述辊道窑烧成包括：
辊道窑上使用高温匣钵，高温匣钵为一体式匣钵或拼装式匣钵，利用人工或机器布料，在1100—1220℃的温度条件下进行烧成。
作为上述方案的改进，所述辊道窑烧成的周期为10-20小时，所述辊道窑的烧成曲线包括：
首先升温至800-900℃，并在800-900℃保温0-30min，
然后升温至1150-1220℃，并在最高温保温0-60min，
然后缓慢降温。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明设计了一个全新的发泡陶瓷轻质板材配方体系，包括瓷砖抛光废渣70-96％、发泡剂0.01-0.6％、稳定剂0.1-4％，其增加了瓷砖抛光废渣的加入量，瓷砖抛光废渣的加入量最高可达96％，同时将发泡剂的加入量减少至0.01-0.6％。在这基础上，加入0.1-4％的二氧化锰稳定剂，可以提高气泡的均匀性，即使在同一断面，从上到下的气孔无差异，使得产品的整体均匀性好。
而且，本发明既可以使用隧道窑实现普通烧成，也可以用辊道窑实现快速烧成。
最后，本发明制得的发泡陶瓷轻质板材质量优异，抗压强度≥4.5Mpa，体积密度：200-1100Kg/m3，，导热系数：≤0.15W/m℃，燃烧等级：A1级，吸水率：＜2％，放射性指标：IRa≤1.0，Ir≤1.0。
附图说明
图1是现有技术发泡陶瓷轻质板材的截面图；
图2是本发明发泡陶瓷轻质板材的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供一种发泡陶瓷轻质板材，主要由下述重量百分比的原料制成:瓷砖抛光废渣70-96％、粘土0-10％、长石0-20％、发泡剂0.01-0.6％、稳定剂0.1-4％。优选的，所述发泡陶瓷轻质板材的原料配方如下:瓷砖抛光废渣75-95％、粘土0-10％、长石0-20％、发泡剂0.01-0.4％、稳定剂0.1-3％。其中，所述稳定剂为二氧化锰，所述发泡剂为碳化硅或抛光磨头回收料。
本发明增加了瓷砖抛光废渣的加入量，同时降低发泡剂的加入量。在这基础上，加入0.1-4％的二氧化锰稳定剂，可以提高气泡的均匀性，即使在同一断面，从上到下的气孔无差异，使得产品的整体均匀性好。发泡陶瓷轻质板材整体断面的气孔均为圆孔，且从上到下的气孔尺寸基本一致，烧成的孔径均匀性好。
二氧化锰是两性氧化物，它是一种常温下非常稳定的黑色粉末状固体。遇还原剂时，表现为氧化性，遇强氧化剂时，表现为还原性。现有技术通常将二氧化锰作为氧化剂或催化剂使用。本发明将二氧化锰作为气泡稳定剂使用，二氧化锰可以通过与配方的反应后，使气孔的壁变得结实，同时使配方的均匀性更好，即使在同一断面，从上到下的孔也无差异，避免气孔被压扁，提高气泡的均匀性，产品的整体均匀性好。
所述发泡剂为碳化硅或抛光磨头回收料，所述抛光磨头回收料的主要成分包括碳化硅和树脂。碳化硅是一种发泡材料,该材料的存在,使其在烧制过程中不像普通陶瓷一样收缩,反而是膨胀的,从而使建筑用轻质高强陶瓷板在尺寸和厚度上比传统陶瓷板更加容易做到大而厚。抛光磨头回收料作为基底原料添加，是因为抛光磨头本身成分就是碳化硅和树脂，而碳化硅正是本发明配方中添加的发泡剂，所以本发明可以将发泡剂的加入量减少至0.01-0.6％，降低发泡剂的用量，降低成本。
同时，配方中引入70-96％的瓷砖抛光废渣，既有利于环保循环利用，也可以使得发泡陶瓷轻质板材烧结后内部具有坚固的类似蜂窝状的孔洞结构,具有绿色环保、质轻、方便施工、减轻建筑负载等优点。本发明瓷砖抛光废渣的加入量远远大于现有的发泡陶瓷板，降低成本，加强对固废物的回收利用。
作为本发明更佳的实施方式，其原料加入粘土和长石，即所述陶瓷轻质板材主要由下述重量百分比的原料制成:
瓷砖抛光废渣75-95％、粘土0.1-10％、长石0.1-20％、发泡剂0.1-0.4％、稳定剂0.1-3％。粘土为黑泥、高岭土、城市污泥、海泥中的一种或多种。
本发明原料加入粘土和长石,可以调整基底配方中的硅、铝、钾、钠成分比，使发泡砖壁更硬，强度更高,从而进一步加强对固废物进行回收利用。
由于采用了全新的配方体系，本发明突破了传统发泡陶瓷板只能通过隧道窑烧成的局限，既可以通过隧道窑实现普通烧成，也可以通过辊道窑实现快速烧成。
具体的，所述辊道窑烧成包括：辊道窑上使用高温匣钵，利用人工或机器布料，在1100—1220℃的温度条件下进行烧成。其中，高温匣钵可一体式，也可在棍棒上利用SiC横梁搭建支架，支架上铺莫来石或碳化硅或堇青石垫板，垫板上搭建围板(围板材质可以是莫来石、碳化硅或堇青石)构筑成的拼装式匣钵。
隧道窑烧成包括：隧道窑的窑车上利用SiC横梁搭建支架，支架上铺莫来石或碳化硅或堇青石垫板，垫板上搭建围板(围板材质可以是莫来石或碳化硅或堇青石)构筑成的匣钵，利用人工或机器布料，烧成温度1100-1220℃。
本发明能够使用辊道窑实现快速烧成(周期为12小时左右)，而现有技术都只能使用隧道窑烧成(周期为24—26小时)。
进一步，所述辊道窑烧成的周期为10-20小时，所述辊道窑的烧成曲线包括：
(1)升温至800-900℃，并在800-900℃保温0-30min,其中,由0℃升温至400℃的升温速率为10-20℃/min，由400℃升温至800℃的升温速率为1-8℃/min；
(2)升温至1150-1220℃，并在最高温保温0-60min,其中,由800℃升温至1150℃的升温速率为1-8℃/min；
(3)缓慢降温,由1150℃降温至600℃的降温速率为3-9℃/min，由600℃降温至50℃的降温速率为1-4℃/min。
优选的，所述辊道窑的烧成曲线包括：
(1)升温至800-900℃，并在800-900℃保温0-30min,其中,由0℃升温至400℃的升温速率为15℃/min，由400℃升温至800℃的升温速率为5℃/min；
(2)升温至1150-1220℃，并在最高温保温0-60min,其中,由800℃升温至1150℃的升温速率为5℃/min；
(3)缓慢降温,由1150℃降温至600℃的降温速率为6℃/min，由600℃降温至50℃的降温速率为2℃/min。
与现有技术相比，本发明的烧成工艺可以实现低温快速烧成，将配方的氧化反应阶段时间大大降低，烧成周期缩短，产量提高，单位产品的能耗降低。该发泡陶瓷轻质板材采用辊道窑烧成工艺不仅提高了产量，还节约了能源，单位产品能耗降低10-30％。
如图2所示，本发明提供一种发泡陶瓷轻质板材的制备方法，包括：
S101、将原料按配比混料，并球磨制粉；
所述球磨制粉可以是湿法制粉，也可以是干法制粉。所述湿法制粉包括：将原料加30-40％的水，放入球磨机中进行球磨处理，球磨至250目筛筛余小于1％，再经过喷雾塔制粉，得到含水率为5-10％的粉料。
S102、将粉料进行布料，得到坯体；
S103、将坯体通过辊道窑或隧道窑进行烧成，得到半成品；
S104、将半产品经过切割磨削,得到成品。
烧成后，需要对半成品上下表面采用磨削处理，边缘采用切割处理。
由于采用了全新的配方体系，本发明突破了传统发泡陶瓷板只能通过隧道窑烧成的局限，既可以通过隧道窑实现普通烧成，也可以通过辊道窑实现快速烧成。
具体的，所述辊道窑烧成包括：辊道窑上使用高温匣钵，利用人工或机器布料，在1100—1220℃的温度条件下进行烧成。其中，高温匣钵可一体式，也可在棍棒上利用SiC横梁搭建支架，支架上铺莫来石或碳化硅或堇青石垫板，垫板上搭建围板(围板材质可以是莫来石、碳化硅或堇青石)构筑成的拼装式匣钵。
隧道窑烧成包括：隧道窑的窑车上利用SiC横梁搭建支架，支架上铺莫来石或碳化硅或堇青石垫板，垫板上搭建围板(围板材质可以是莫来石或碳化硅或堇青石)构筑成的匣钵，利用人工或机器布料，烧成温度1100-1220℃。
因此，本发明能够使用辊道窑实现快速烧成(周期为12小时左右)，现有技术都只能使用隧道窑烧成(周期为24—26小时)。
进一步，所述辊道窑烧成的周期为10-20小时，所述辊道窑的烧成曲线包括：
(1)升温至800-900℃，并在800-900℃保温0-30min,其中,由0℃升温至400℃的升温速率为10-20℃/min，由400℃升温至800℃的升温速率为1-8℃/min；
(2)升温至1150-1220℃，并在最高温保温0-60min,其中,由800℃升温至1150℃的升温速率为1-8℃/min；
(3)缓慢降温,由1150℃降温至600℃的降温速率为3-9℃/min，由600℃降温至50℃的降温速率为1-4℃/min。
优选的，所述辊道窑的烧成曲线包括：
(1)升温至800-900℃，并在800-900℃保温0-30min,其中,由0℃升温至400℃的升温速率为15℃/min，由400℃升温至800℃的升温速率为5℃/min；
(2)升温至1150-1220℃，并在最高温保温0-60min,其中,由800℃升温至1150℃的升温速率为5℃/min；
(3)缓慢降温,由1150℃降温至600℃的降温速率为6℃/min，由600℃降温至50℃的降温速率为2℃/min。
与现有技术相比，本发明的烧成工艺可以实现低温快速烧成，将配方的氧化反应阶段时间大大降低，烧成周期缩短，产量提高，单位产品的能耗降低。该发泡陶瓷轻质板材采用辊道窑烧成工艺不仅提高了产量，还节约了能源，单位产品能耗降低10-30％。
将本发明所得的发泡陶瓷轻质板材做技术检测，结果如下：
项目 本发明
抗压强度 ≥4.5Mpa
体积密度 200-1100Kg/m3
导热系数 ≤0.15W/m℃
燃烧等级 A1级
吸水率 ＜2％
放射性指标 IRa≤1.0，Ir≤1.0
因此，本发明在解决发泡陶瓷轻质板材内部气孔的基础上，还保证了其具有良好的抗压强度，且保温效果好，阻燃性好，放射性指标低。
下面以具体实施例进一步阐述本发明
实施例1
(1)配方：瓷砖抛光废渣95.5％、发泡剂0.5％、二氧化锰稳定剂4％。
(2)制备方法：
将上述原料按配比混料，将其输送至球磨机进行球磨处理，并筛分至250目筛筛余小于1％，然后通过储浆池、中转池到达喷雾塔进行喷雾造粒，得到的粉料通过料车布料，进入辊道窑烧成，烧成时间为10小时，烧成温度为1100℃，最后经过切割磨削，得到成品。
实施例2
(1)配方：瓷砖抛光废渣90％、粘土1％、长石8.8％、发泡剂0.1％、稳定剂0.1％。
(2)制备方法：
将上述原料按配比混料，将其输送至球磨机进行球磨处理，并筛分至250目筛筛余小于1％，然后通过储浆池、中转池到达喷雾塔进行喷雾造粒，得到的粉料通过料车布料，进入辊道窑烧成，烧成时间为12小时，烧成温度为1150℃，最后经过切割磨削，得到成品。
实施例3
(1)配方：瓷砖抛光废渣92％、粘土5％、长石2％、发泡剂0.2％、稳定剂0.8％。
(2)制备方法：
将上述原料按配比混料，将其输送至球磨机进行球磨处理，并筛分至250目筛筛余小于1％，然后通过储浆池、中转池到达喷雾塔进行喷雾造粒，得到的粉料通过料车布料，进入辊道窑烧成，烧成时间为15小时，烧成温度为1180℃，最后经过切割磨削，得到成品。
实施例4
(1)配方：瓷砖抛光废渣88％、粘土2％、长石8％、发泡剂0.1％、稳定剂1.9％。
(2)制备方法：
将上述原料按配比混料，将其输送至球磨机进行球磨处理，并筛分至250目筛筛余小于1％，然后通过储浆池、中转池到达喷雾塔进行喷雾造粒，得到的粉料通过料车布料，进入辊道窑烧成，烧成时间为13小时，烧成温度为1160℃，最后经过切割磨削，得到成品。
实施例5
(1)配方：瓷砖抛光废渣80％、粘土10％、长石7.7％、发泡剂0.3％、稳定剂2％。
(2)制备方法：
将上述原料按配比混料，将其输送至球磨机进行球磨处理，并筛分至250目筛筛余小于1％，然后通过储浆池、中转池到达喷雾塔进行喷雾造粒，得到的粉料通过料车布料，进入辊道窑烧成，烧成时间为18小时，烧成温度为1200℃，最后经过切割磨削，得到成品。
实施例6
(1)配方：瓷砖抛光废渣75％、粘土1.6％、长石20％、发泡剂0.4％、稳定剂3％。
(2)制备方法：
将上述原料按配比混料，将其输送至球磨机进行球磨处理，并筛分至250目筛筛余小于1％，然后通过储浆池、中转池到达喷雾塔进行喷雾造粒，得到的粉料通过料车布料，进入隧道窑烧成，烧成时间为24小时，烧成温度为1220℃，最后经过切割磨削，得到成品。
将实施例1-6所得的发泡陶瓷轻质板材做技术检测，结果如下：
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种发泡陶瓷轻质板材，其特征在于，其主要由下述重量百分比的原料制成:
瓷砖抛光废渣70-96％、粘土0-10％、长石0-20％、发泡剂0.01-0.6％、稳定剂0.1-4％；
所述稳定剂为二氧化锰。
2.如权利要求1所述的发泡陶瓷轻质板材，其特征在于，其主要由下述重量百分比的原料制成:
瓷砖抛光废渣75-95％、粘土0.1-10％、长石0.1-20％、发泡剂0.1-0.4％、稳定剂0.1-3％。
3.如权利要求1或2所述的发泡陶瓷轻质板材，其特征在于，所述粘土为黑泥、高岭土、城市污泥、海泥中的一种或多种；
所述发泡剂为碳化硅或抛光磨头回收料，所述抛光磨头回收料的主要成分包括碳化硅和树脂。
4.如权利要求1所述的发泡陶瓷轻质板材，其特征在于，所述发泡陶瓷轻质板材选用辊道窑烧成或隧道窑烧成。
5.如权利要求4所述的发泡陶瓷轻质板材，其特征在于，所述辊道窑烧成包括：
辊道窑上使用匣钵，匣钵为一体式匣钵或拼装式匣钵，利用人工或机器布料，在1100-1220℃的温度条件下进行烧成。
6.如权利要求5所述的发泡陶瓷轻质板材，其特征在于，所述辊道窑烧成的周期为10-20小时，所述辊道窑的烧成曲线包括：
首先升温至800-900℃，并在800-900℃保温0-30min；
然后升温至1150-1220℃，并在最高温保温0-60min；
最后缓慢降温。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的发泡陶瓷轻质板材的制备方法，其特征在于，包括：
将原料按配比混料，并球磨制粉；
将粉料进行布料，得到坯体；
将坯体通过辊道窑或隧道窑进行烧成，得到半成品；
将半产品经过切割磨削,得到成品。
8.如权利要求7所述的发泡陶瓷轻质板材的制备方法，其特征在于，所述球磨制粉为湿法制粉或干法制粉，所述湿法制粉包括：将原料加30-40％的水，放入球磨机中进行球磨处理，球磨至250目筛筛余小于1％，再经过喷雾塔制粉，得到含水率为5-10％的粉料。
9.如权利要求7所述的发泡陶瓷轻质板材的制备方法，其特征在于，所述辊道窑烧成包括：
辊道窑上使用匣钵，匣钵为一体式匣钵或拼装式匣钵，利用人工或机器布料，在1100—1220℃的温度条件下进行烧成。
10.如权利要求9所述的发泡陶瓷轻质板材的制备方法，其特征在于，所述辊道窑烧成的周期为10-20小时，所述辊道窑的烧成曲线包括：
首先升温至800-900℃，并在800-900℃保温0-30min，
然后升温至1150-1220℃，并在最高温保温0-60min，
然后缓慢降温。
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