CN109095887A - 一种超轻发泡陶瓷保温材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超轻发泡陶瓷保温材料及其制备方法，属于绿色建筑材料和建筑节能技术领域。所述超轻发泡陶瓷保温材料是由煅烧含铁矿石粉与固体废弃物、稳泡剂和发泡剂混合后的混合料制备而成；按重量百分含量计，混合粉料组成为：固体废弃物75％～95％、煅烧含铁矿石粉0.1％～10％、稳泡剂0.5％～10％、发泡剂0.1％～5％。原料经均化、球磨、干燥、装窑、烧成、脱模以及切割步骤制备成超轻发泡陶瓷保温材料。本发明可极大降低发泡陶瓷保温材料的容重和导热系数，可实现与有机保温材料相当的保温效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种超轻发泡陶瓷保温材料及其制备方法，尤其是涉及一种利用煅烧含铁矿石粉为助熔剂制备的超轻保温材料及其制备方法，属于绿色建筑材料和建筑节能技术领域。
背景技术
发泡陶瓷一般以抛光瓷渣、河道淤泥、粉煤灰和金尾矿等固体废物作为主要原料，利用长石或滑石作为助熔剂，引入适量无机发泡剂，采用先进的生产工艺经高温焙烧而成。中国发明专利CN103044070A(发明名称：一种利用长江淤泥制备超轻质发泡陶瓷材料的方法)公开了一种以长江淤泥为主要原料，利用碳酸钠、玻璃粉或硼酸为助熔剂制备发泡陶瓷材料，产品最低容重为150kg/m3，导热系数0.04～0.1w/(m·k)。中国发明专利CN106588081A(发明名称：一种铁尾矿基轻质保温发泡陶瓷材料的制备)公开了一种以铁尾矿为主要原料，利用长石为助熔剂制备轻质保温发泡陶瓷材料的方法，样品容重为228～256kg/m3，导热系数达到0.052w/(m·k)。“氧化铁和发泡剂对煤矸石闭孔发泡陶瓷的性能影响”一文介绍氧化铁作为助熔剂对发泡陶瓷容重和抗压强度的影响，样品容重可以达到170kg/m3，导热系数0.06～0.09w/(m·k)。通过近几年国内外学者对发泡陶瓷材料的研究，发泡陶瓷的保温效果得到一定的改善，然而，发泡陶瓷保温材料仍存在容重大，导热系数较高，保温效果较有机保温材料(如：聚氨酯板、聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)及聚苯乙烯隔热保温板(XPS))有一定的差距，严重制约发泡陶瓷保温材料的产业化发展。
工业生产、矿产资源开发在我国的经济建设中一直占有十分重要的地位，但同时他们也给环境带来严重的不良影响，例如矿山开采中产生的尾矿、废石占用土地资源，引发地质灾害；砖石抛光工艺中产生的抛光砖废渣利用率低，污染生态环境等。
发明内容
为了克服现有发泡陶瓷保温材料容重较大、导热系数高，保温效果不理想的缺点，本发明的目的在于提供一种利用煅烧含铁的矿石粉为助熔剂，结合多种固体废弃物原料制备的超轻发泡陶瓷保温材料及其制备方法。本发明极大降低了发泡陶瓷保温材料的容重和导热系数，实现与有机保温材料相当的保温效果，并且为工业废弃物和尾矿的利用提供了新的思路。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：一种超轻发泡陶瓷保温材料，该保温材料是由高温煅烧后的煅烧含铁矿石粉与固体废弃物、稳泡剂和发泡剂混合后的混合料制备而成；按重量百分含量计，所述混合料组成如下：
上述原料均是经过干燥后的固体原料。
其中：
所述固体废弃物为抛光砖废渣、煤矸石、页岩和金尾矿中的一种或两种以上。
所述煅烧含铁矿石粉为含铁矿石粉(铅尾矿粉、铁矿石粉和锌尾矿粉中的一种或两种以上)经1200～1300℃的高温煅烧而制得，要求含铁矿石粉中Fe2O3和FeO总量为15～25％。
所述稳泡剂为球粘土和星子高岭土中的一种或两种。
所述发泡剂为碳化硅和碳酸钙中的一种或两种。
本发明还公开了采用上述组成的混合料制备发泡陶瓷保温材料的方法，包括如下步骤：
(1)制备煅烧含铁矿石粉：将含铁矿石过100～200目筛，平铺于堇青石-莫来石板上，粉料堆积厚度为10～20mm，使用马弗炉进行高温煅烧，煅烧温度为1200～1300℃，最高温度保温1～2h；
(2)均化处理：将固体废弃物进行均匀处理，得到固体废弃物粉料，备用；
所述均化处理过程为将固体废弃物在原料堆场使用铲车通过多次翻动使入磨前固体废弃物整体化学成份基本一致；
(3)浆料制备：将固体废弃物、煅烧含铁矿石粉、稳泡剂和发泡剂按照所需比例混合，再按照1:(0.4-0.6)的质量比在混合后的混合料中加入水，用球磨机进行湿法球磨，球磨时间3～15h，得到浆料；
(4)喷雾干燥：将球磨好的浆料过筛后，进入喷雾干燥塔进行干燥，喷雾干燥塔温度为500～600℃，制得混合坯料；过筛所用筛网的目数为100～200目；
(5)坯料装窑：将干燥好的混合坯料倒进隧道窑窑车并刮平，布料厚度4～8mm；
(6)粉料烧成：在连续运转的隧道窑中烧成，最高烧成温度1170～1210℃，保温1～3h，得到超轻发泡陶瓷保温板毛坯；将毛坯进行脱模和切割后，即制得超轻发泡陶瓷保温板成品。所述脱模过程为：把窑车内的半成品即超轻发泡陶瓷保温板毛坯取出，放置发泡陶瓷保温板毛坯区域，待加工；所述切割过程为：采用自动切割机将超轻发泡陶瓷保温板毛坯切割成所需规整形状，即制得超轻发泡陶瓷保温板成品。
经测试，本发明的发泡陶瓷保温材料容重为100～130kg/m3，抗压强度≥0.2MPa，热导系数0.35～0.040w/(m﹒k)，具有超轻和保温性能好的特点，进一步提高发泡陶瓷材料的保温性能。产品图片如图1-2所示。
相比现有技术，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过将含铁矿石粉进行煅烧，将含铁矿石中的铁由二价部分氧化成三价，高温煅烧后的含铁矿石粉铁以Fe2O3和FeO两种化合物存在。利用FeO具有比Fe2O3更强的助熔特性，可将发泡陶瓷高温时的熔体黏度进一步降低，并巧妙利用Fe2O3高温释放O2的原理，将Fe2O3和引入的发泡剂作为气泡核，增加发泡陶瓷材料气孔的数量，在低黏度熔体环境下，气泡长大，得到较高的气孔率的发泡陶瓷材料，降低了发泡陶瓷材料的容重，提高了材料的保温性能。
2、本发明利用含铁矿石粉进行高温煅烧得到Fe2O3和FeO混合物，煅烧含铁矿石粉的加入不仅引入了Fe2O3和FeO，同时还引入了Na2O、K2O、ZnO和PbO等强助熔剂，相比直接引入Fe2O3和FeO等化工原料，产品具有更低的烧成温度，可减少了产品单位能耗。
3、本发明利用含铁矿石粉(包括铅、锌尾矿粉)为主要原料，提高了固体废弃物的利用率，同时降低生产成本，实现循环生产的效果。
附图说明
图1为本发明的超轻发泡陶瓷的实物图；
图2为本发明的超轻发泡陶瓷的局部结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
本实施例中，制备利用煅烧含铁矿石粉为助熔剂制备超轻发泡陶瓷保温材料所用原料及配比(重量比)为：抛光砖废渣90％；煅烧铅尾矿粉4.5％；球粘土5％；碳化硅0.5％。
其中，抛光砖废渣的主要成分含量如下，按质量比计：SiO260～70％，Al2O314～22％，Fe2O30.5～1.5％，CaO0.5～3.0％，MgO0.2～1.5％，K2O1～3％，Na2O3～6％，烧失≤2％。
其中，铅尾矿粉的主要成分含量如下，按质量比计：SiO260～70％，Al2O310～15％，FeO/Fe2O315～25％，CaO0.1～2.0％，MgO0.1～2.0％，K2O0.1～3.0％，Na2O0.1～3.0％，ZnO0.1～1.0％，PbO0.1～1.0％，烧失≤2％。
其中，球粘土的主要成分含量如下，按质量比计：SiO255～65％，Al2O310～20％，Fe2O30.1～5.0％，TiO20.1～3.0％，CaO0.1～2.0％，MgO0.1～2.0％，K2O0.1～1.0％，Na2O0.1～4.0％，烧失≤10％。
采用上述组成的原料制备发泡陶瓷保温材料的方法，包括如下步骤：
(1)煅烧铅尾矿粉：将铅尾矿粉过100目筛，平铺于堇青石-莫来石板上，粉料堆积厚度为15mm，使用马弗炉进行高温煅烧，煅烧温度为1200℃，最高温度保温2h；
(2)均化处理：使用铲车通过多次翻动原料堆场的抛光砖废渣，将抛光砖废渣进行均匀处理，得到成分均匀的抛光砖废渣，备用；
(3)浆料制备：将抛光砖废渣、煅烧铅尾矿粉、球粘土和碳化硅，按照上述比例混合，再按照质量比1:0.4比例在混合后的混合料中加入水，用球磨机进行湿法球磨，球磨时间4h，得到浆料；
(4)喷雾干燥：将球磨好的浆料过筛后，进入喷雾干燥塔进行干燥，喷雾干燥塔温度为600℃，制得混合坯料(含水量≤10％)；过筛所用筛网的目数为120目；
(5)坯料装窑：将干燥好的混合坯料倒进隧道窑窑车并刮平，布料厚度5mm；
(6)粉料烧成：在连续运转的隧道窑中烧成，最高烧成温度1170℃，保温2h，得到超轻发泡陶瓷保温板毛坯；将毛坯进行脱模和切割后，即制得超轻发泡陶瓷保温板成品。
经测试，本发明的发泡陶瓷保温材料容重为120kg/m3，抗压强度0.25MPa，热导系数0.04w/(m﹒k)，具有超轻和保温性能好的特点，进一步提高发泡陶瓷材料的保温性能。
实施例2
本实施例中，制备利用煅烧含铁矿石粉为助熔剂制备超轻发泡陶瓷保温材料所用原料及配比为：金尾矿92％；煅烧铁矿石粉3.5％；星子高岭土4％；碳化硅0.5％。
其中，
金矿尾的主要成分含量如下，按质量比计：SiO260～70％，Al2O310～20％，Fe2O30.1～3.0％，CaO0.1～3.0％，MgO0.2～1.5％，K2O1.0～4.0％，Na2O1.0～4.0％，烧失≤3％。
其中，铁矿石粉的主要成分含量如下，按质量比计：SiO265～75％，Al2O35～15％，FeO/Fe2O315～25％，CaO0.1～2.0％，MgO0.1～2.0％，K2O0.1～2.0％，Na2O0.1～2.0％，烧失≤2％。
其中，星子高岭土的主要成分含量如下，按质量比计：SiO245～55％，Al2O322～35％，Fe2O30.1～1.0％，CaO0.1～1.0％，MgO0.2～0.4％，K2O0.1～1.0％，Na2O0.1～1.0％，烧失≤10％。
采用上述组成的原料制备发泡陶瓷保温材料的方法，包括如下步骤：
(1)煅烧铁矿石粉：将铁矿石粉过120目筛，平铺于堇青石-莫来石板上，粉料堆积厚度为10mm，使用马弗炉进行高温煅烧，煅烧温度为1230℃，最高温度保温1.5h。
(2)混合料均化处理：使用铲车通过多次翻动原料堆场的金尾矿，将金尾矿进行均匀处理，得到成分均匀的金尾矿，备用。
(3)浆料制备：将金尾矿、煅烧铁矿石粉、星子高岭土和碳化硅，按照所需比例混合，再按照1:0.5比例在混合后的混合料中加入水，用球磨机进行湿法球磨，球磨时间8h，得到浆料；
(4)喷雾干燥：将球磨好的浆料过筛后，进入喷雾干燥塔进行干，喷雾干燥塔温度为550℃，制得混合坯料燥(含水量≤10％)；过筛所用筛网的目数为100目；
(5)坯料装窑：将干燥好的混合坯料倒进隧道窑窑车并刮平，布料厚度4.5mm；
(6)粉料烧成：在连续运转的隧道窑中烧成，最高烧成温度1180℃，保温2h，得到超轻发泡陶瓷保温板毛坯；将毛坯进行脱模和切割后，即制得超轻发泡陶瓷保温板成品。
经测试，本发明的发泡陶瓷保温材料容重为100kg/m3，抗压强度0.21MPa，热导系数0.035w/(m﹒k)，具有超轻和保温性能好的特点，进一步提高发泡陶瓷材料的保温性能。
实施例3
本实施例中，制备利用煅烧含铁矿石粉为助熔剂制备超轻发泡陶瓷保温材料所用原料及配比为：
页岩85％；煅烧铅尾矿粉4.4％；球粘土10％；碳化硅0.6％。
其中，页岩的主要成分含量如下，按质量比计：SiO250～60％，Al2O315～20％，Fe2O31.0～10.0％，TiO20.1～3.0％，CaO0.5～3.0％，MgO0.1～2.0％，K2O1.0～3.0％，Na2O3～6％，烧失≤10.0％。
其中，铅尾矿粉的主要成分含量如下，按质量比计：SiO260～70％，Al2O310～15％，FeO/Fe2O315～25％，CaO0.1～2.0％，MgO0.1～2.0％，K2O0.1～3.0％，Na2O0.1～3.0％，ZnO0.1～1.0％，PbO0.1～1.0％，烧失≤2％。
其中，球粘土的主要成分含量如下，按质量比计：SiO255～65％，Al2O310～20％，Fe2O30.1～5.0％，TiO20.1～3.0％，CaO0.1～2.0％，MgO0.1～2.0％，K2O0.1～1.0％，Na2O0.1～4.0％，烧失≤10％。
采用上述组成的原料制备发泡陶瓷保温材料的方法，包括如下步骤：
(1)煅烧铅尾矿粉：将铅尾矿粉过200目筛，平铺于堇青石-莫来石板上，粉料堆积厚度为15mm，使用马弗炉进行高温煅烧，煅烧温度为1280℃，最高温度保温2h。
(2)混合料均化处理：使用铲车通过多次翻动原料堆场的页岩，将页岩进行均匀处理，得到成分均匀的页岩，备用。
(3)浆料制备：将页岩；煅烧铅尾矿粉；球土；碳化硅，按照所需比例混合，再按照1:0.55比例在混合后的混合料中加入水，用球磨机进行湿法球磨，球磨时间6h，得到浆料；
(4)喷雾干燥：将球磨好的浆料过筛后，进入喷雾干燥塔进行干燥，喷雾干燥塔温度为600℃，制得混合坯料(含水量≤10％)；过筛所用筛网的目数为200目；
(5)坯料装窑：将干燥好的混合坯料倒进隧道窑窑车并刮平，布料厚度4mm；
(6)粉料烧成：在连续运转的隧道窑中烧成，最高烧成温度1185℃，保温2h，得到超轻发泡陶瓷保温板毛坯；将毛坯进行脱模和切割后，即制得超轻发泡陶瓷保温板成品。
经测试，本发明的发泡陶瓷保温材料容重为110kg/m3，抗压强度0.20MPa，热导系数0.038w/(m﹒k)，具有超轻和保温性能好的特点，进一步提高发泡陶瓷材料的保温性能。
Claims (10)
1.一种超轻发泡陶瓷保温材料，其特征是，它是由高温煅烧后的煅烧含铁矿石粉与固体废弃物、稳泡剂和发泡剂混合后的混合料制备而成；按重量百分含量计，所述混合料组成如下：
2.根据权利要求1所述的一种超轻发泡陶瓷保温材料，其特征在于，所述煅烧含铁矿石粉为含铁矿石粉经1200～1300℃的高温煅烧而制得，要求含铁矿石粉Fe2O3和FeO总量为15～25％。
3.根据权利要求2所述的一种超轻发泡陶瓷保温材料，其特征在于，所述含铁矿石粉为铅尾矿粉、铁矿石粉和锌尾矿粉中的一种或两种以上。
4.根据权利要求3所述的一种超轻发泡陶瓷保温材料，其特征在于，所述煅烧含铁矿石粉是由下述方法制备而成：将含铁矿石粉过100～200目筛，平铺于堇青石-莫来石板上，粉料堆积厚度为10～20mm，使用马弗炉进行高温煅烧，煅烧温度为1200～1300℃，最高温度保温1～2h。
5.根据权利要求1所述的超轻发泡陶瓷保温材料，其特征在于，所述固体废弃物为抛光砖废渣、煤矸石、页岩和金尾矿中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的超轻发泡陶瓷保温材料，其特征在于，所述稳泡剂为球粘土和星子高岭土中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的超轻发泡陶瓷保温材料，其特征在于，所述发泡剂为碳化硅和碳酸钙中的一种或两种。
8.权利要求2-7中任一项所述的超轻发泡陶瓷保温材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)均化处理：将固体废弃物进行均匀处理，得到固体废弃物粉料，备用；
(2)浆料制备：将固体废弃物、煅烧含铁矿石粉、稳泡剂和发泡剂按照比例混合，再加入水，用球磨机进行湿法球磨，球磨时间3～15h，得到浆料；
(4)喷雾干燥：将球磨好的浆料过筛后，进入喷雾干燥塔进行干燥，制得混合坯料；过筛所用筛网的目数为100～200目；
(5)坯料装窑：将干燥好的混合坯料倒进隧道窑窑车并刮平，布料厚度4～8mm；
(6)粉料烧成：在连续运转的隧道窑中烧成，最高烧成温度1170～1210℃，保温1～3h，得到发泡陶瓷保温板毛坯；将毛坯进行脱模和切割后，即制得发泡陶瓷保温板成品。
9.根据权利要求8所述的超轻发泡陶瓷保温材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)按照质量比1:(0.4-0.6)比例在混合后的混合料中加入水。
10.根据权利要求8所述的超轻发泡陶瓷保温材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)喷雾干燥塔温度为500～600℃。
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