CN109867513A - 一种发泡陶瓷的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发泡陶瓷领域，具体公开了一种发泡陶瓷的制备方法。所述制备方法以抛光渣、废砖屑、尾矿和钾长石为原料，加入复合发泡剂和高温氧化剂得到混合粉料，进行球磨、造粒、布料和烧成；其中，各组分按重量份计为：抛光渣25‑30份、废砖屑20‑25份、尾矿40‑45份、钾长石5‑10份、复合发泡剂0.3‑0.7份、高温氧化剂0.1‑0.3份。本发明通过以抛光渣、废砖屑、尾矿、钾长石为原料烧制发泡陶瓷，采用大量尾矿代替部分的抛光渣和废砖屑，为发泡陶瓷企业解决未来抛光渣、废砖屑等固体废弃物原料不足的问题。采用碳酸钙和碳化硅两种发泡剂进行复合发泡，使得发泡陶瓷发泡效果更好。高温氧化剂四氧化三铁的加入，可在高温分解释放氧气。

Description

一种发泡陶瓷的制备方法

技术领域

本发明涉及发泡陶瓷领域，具体地说，涉及一种发泡陶瓷的制备方法。

背景技术

随着装配式建筑、轻质保温墙体材料、保温装饰一体板等需求的不断增大，发泡陶瓷市场逐渐打开，预估发泡陶瓷的潜在市场价值超万亿元。目前全国超20家陶瓷企业已投资建设发泡陶瓷生产线。多集中在南方沿海一带，这些企业均以固体废弃物（如抛光渣、废砖屑、压榨泥、尾矿、城市污泥等）为主要原料烧制发泡陶瓷，不仅可以变废为宝，还可以降低成本。

在珠三角地区，陶瓷企业众多，每年产生大量抛光渣、废砖屑、压榨泥等固体废弃物。发泡陶瓷产业的兴起，为这些固体废弃物找到了良好去处。但随着原料价格的增长，技术不断革新，各陶瓷企业产生的固体废弃物正在逐年减少，有些企业甚至做到零排放。在几年以后，珠三角地区的发泡陶瓷企业原料问题将成为制约其发展的关键。目前，发泡陶瓷面临着发泡不均，烧成周期长等难题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种发泡陶瓷的制备方法，以抛光渣、废砖屑、尾矿、钾长石为原料烧制发泡陶瓷，采用大量尾矿代替部分的抛光渣和废砖屑，为珠三角地区的发泡陶瓷企业解决未来抛光渣、废砖屑等固体废弃物原料不足的问题。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种发泡陶瓷的制备方法，以抛光渣、废砖屑、尾矿和钾长石为原料，加入复合发泡剂和高温氧化剂，进行球磨、造粒、布料和烧制；

其中，各组分按重量份计为：抛光渣25-30份、废砖屑20-25份、尾矿40-45份、钾长石5-10份、复合发泡剂0.3-0.7份、高温氧化剂0.1-0.3份。

作为优选，上述抛光渣、废砖屑、尾矿和钾长石的总重量份为100份。

进一步地，所述尾矿为钼尾矿，或铁尾矿，或其化学组成在SiO₂ 65-75 wt%、Al₂O₃5-15wt%、Fe₂O₃ 3-8 wt%、MgO 0.5-2 wt%、CaO 1-3 wt%、TiO₂ 1-2 wt%、 K₂O 2-4 wt%、Na₂O1-3 wt%范围内且成分类似于粘土的尾矿。

进一步地，所述复合发泡剂由碳酸钙和碳化硅组成；其中，碳酸钙和碳化硅的用量比为1:4-3:2。即优选碳酸钙的用量为原料（抛光渣、废砖屑、尾矿和钾长石总量）的0.1-0.3wt%，优选碳化硅的用量为原料（抛光渣、废砖屑、尾矿和钾长石总量）的0.2-0.4 wt%。

本发明采用碳酸钙和碳化硅作为复合发泡剂，相比采用其他发泡剂，具有更好的发泡效果，使制备的发泡陶瓷性能更优异。

本发明技术方案中所使用的碳酸钙为化学纯碳酸钙，碳化硅为纳米级高纯碳化硅，均为市售可得产品。

进一步地，所述高温氧化剂为三氧化二铁。高温氧化剂的加入使发泡陶瓷内部气孔更加均匀，同时缩短发泡时间，提高生产效率。

更进一步地，本发明所述制备方法中，在将各组分混合后，得到混合粉料，将所述混合粉料，按照混合粉料、球、水的质量比为3:3:1的比例装入球磨机中，球磨4-8 h，然后将浆料倒出过200目筛，经喷雾造粒制得粒径为100-300µm的颗粒粉料。

进一步地，所述制备方法中发泡陶瓷的烧成曲线为：

从室温到600℃，采用10-15℃/min的升温速率；

从600℃到850℃，采用6-8℃/min的升温速率；

从850℃到1000℃，采用4-6℃/min的升温速率；

从1000℃到烧成温度，采用1-3℃/min的升温速率；

然后在烧成温度保温20-30分钟；

所述烧成温度为1150℃-1220℃，典型性地包括但不限于1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1220℃。

进一步优选，烧成过程中采用的模具材质为SiC。

作为优选，在烧成温度保温结束后进行冷却操作，具体为：采用10℃/min的降温速率从烧成温度降至850℃，保温1h，然后采用3℃/min的降温速率降至室温。

应当理解的是，本发明的贡献在于提出了一种新的用于制备发泡陶瓷的原料配方及制备方法。因此，采用本发明所述制备方法获得的发泡陶瓷，以及利用该发泡陶瓷制备的包括但不限于发泡陶瓷板材的产品也属于本发明的保护范围。

进一步地，利用本发明所述制备方法制备得到的发泡陶瓷，气孔分布均匀，平均孔径为0.7-1.3mm，密度为340-420kg/m³，导热系数小于0.15W/mk。

针对本发明技术方案中出现的术语，说明如下：

术语“抛光渣”为本领域常使用的抛光砖废渣、抛光废渣，是由抛光车间产生的废料，主要为碳化硅、氧化镁、氯化镁和砖屑等杂质。

术语“废砖屑”为废陶瓷砖破碎产生的废砖屑。

本发明涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。

本发明的有益效果至少在于：

本发明通过以抛光渣、废砖屑、尾矿、钾长石为原料烧制发泡陶瓷，采用大量尾矿代替部分的抛光渣和废砖屑，为珠三角地区的发泡陶瓷企业解决未来抛光渣、废砖屑等固体废弃物原料不足的问题。该配方不使用粘土，可降低原料成本。采用碳酸钙和碳化硅两种发泡剂进行复合发泡，使得发泡陶瓷发泡效果更好。高温氧化剂三氧化二铁的加入，可在高温分解释放氧气，碳化硅反应，促使发泡均匀，可缩短高温保温时间，提高生产效率。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

1、按比例称量抛光渣30 wt%、废砖屑20 wt%、钼尾矿45 wt%、钾长石5 wt%为原料，加入碳酸钙0.1 wt%、碳化硅为0.4 wt%，加入高温氧化剂（三氧化二铁）0.3 wt%。

2、将上述粉料混合，按照料：球：水=3:3:1的比例装入球磨机中，球磨8 h，然后将浆料倒出过200目筛，经喷雾造粒制得粒径为200 µm的颗粒粉料。

3、将上述颗粒粉料通过机器进行自动布料于SiC模具中，布料厚度优选为优选为8cm。然后进入辊道窑进行烧成，采用10℃/min的升温速率从室温升至600℃，再以采用8℃/min的升温速率从600℃升至850℃，以6℃/min的升温速率从850℃升至1000℃，最后采用1℃/min的升温速率从1000升至1190℃保温30分钟。冷却阶段采用10℃/min的降温速率从烧成温度降至850℃，保温1h，然后采用3℃/min的降温速率降至室温，最后进行切割，得到发泡陶瓷板材。

实施例2

1、按比例称量抛光渣25 wt%、废砖屑25 wt%、钼尾矿40 wt%、钾长石10 wt%为原料，加入碳酸钙0.3 wt%、碳化硅为0.2 wt%。加入高温氧化剂（三氧化二铁）0.1 wt%。

2、将上述粉料混合，按照料：球：水=3:3:1的比例装入球磨机中，球磨4 h，然后将浆料倒出过200目筛，经喷雾造粒制得粒径为300 µm的颗粒粉料。

3、将上述颗粒粉料通过机器进行自动布料于SiC模具中，布料厚度优选为10 cm。然后进入辊道窑进行烧成，采用12℃/min的升温速率从室温升至600℃，再以采用6℃/min的升温速率从600℃升至850℃，以4℃/min的升温速率从850℃升至1000℃，最后采用3℃/min的升温速率从1000升至1150℃保温20分钟。冷却阶段采用10℃/min的降温速率从烧成温度降至850℃，保温1h，然后采用3℃/min的降温速率降至室温，最后进行切割，得到发泡陶瓷板材。

实施例3

1、按比例称量抛光渣27 wt%、废砖屑23 wt%、钼尾矿43 wt%、钾长石7 wt%为原料，加入碳酸钙0.2 wt%、碳化硅为0.3 wt%。加入高温氧化剂（三氧化二铁）0.2 wt%。

2、将上述粉料混合，按照料：球：水=3:3:1的比例装入球磨机中，球磨6 h，然后将浆料倒出过200目筛，经喷雾造粒制得粒径为100 µm的颗粒粉料。

3、将上述颗粒粉料通过机器进行自动布料于SiC模具中，布料厚度优选为6 cm。然后进入辊道窑进行烧成，采用15℃/min的升温速率从室温升至600℃，再以采用7℃/min的升温速率从600℃升至850℃，以5℃/min的升温速率从850℃升至1000℃，最后采用2℃/min的升温速率从1000升至1180℃保温30分钟。冷却阶段采用10℃/min的降温速率从烧成温度降至850℃，保温1h，然后采用3℃/min的降温速率降至室温，最后进行切割，得到发泡陶瓷板材。

实验例1

本实验例用于对实施例1-3进行产品性能测试，具体如下：

1、抗压强度测试

利用WDW-50型万能试验机对泡沫陶瓷进行抗压强度测试，试样尺寸5 cm×5 cm×5cm，加载速度为0.5 mm/min，每组实验数据重复5次，取平均值。

实施例1-3的样品经过抗压测试后，抗压强度分别为4.8MPa、5.0MPa和4.9MPa。

2、体积密度测试

将发泡陶瓷样品切割成8 cm *10 cm *10 cm，然后烘干12 h，再进行称重，除以体积得到该发泡陶瓷的体积密度，每组实验数据重复5次，取平均值。

实施例1-3的样品经过密度测试后，体积密度分别为350 kg/m³、360 kg/m³ 和355kg/m³。

3、导热系数测试

导热系数采用DRH-III全自动双平板导热系数测定仪测量，试件标准尺寸：300 mm×300 mm ×H（5-50 mm）。由于试样尺寸较大，每组实验数据重复3次，取平均值。

实施例1-3的样品经过导热系数测试后，导热系数分别为0.15 W/(m·K)、0.14 W/(m·K) 和0.15 W/(m·K)。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于：加入0.5 wt%碳化硅作为发泡剂，而不加入碳酸钙组分。

采用与实验例1相同的测试方法对本对比例制备的发泡陶瓷进行测试，测试结果如下：

抗压强度分别为5.5 MPa、体积密度分别为470 kg/m³、导热系数分别为0.19W/(m·K)。

测试结果说明：

采用单一碳化硅作为发泡剂，在相同实验条件下，导致密度增大，导热系数增大。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于：烧成曲线为采用12℃/min的升温速率从室温升至600℃，再以采用6℃/min的升温速率从600℃升至850℃，以5℃/min的升温速率从850℃升至1000℃，最后采用1℃/min的升温速率从1000升至1150℃保温20分钟。

采用与实验例1相同的测试方法对本对比例制备的发泡陶瓷进行测试，测试结果如下：

抗压强度分别为3.7 MPa、体积密度分别为310 kg/m³、导热系数分别为0.15W/(m·K)。

测试结果说明：

不同的烧成曲线对发泡陶瓷的体积密度具有较大影响，或可因为升温速率降低导致发泡不均，从而使发泡陶瓷体积密度降低。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法以抛光渣、废砖屑、尾矿和钾长石为原料，加入复合发泡剂和高温氧化剂得到混合粉料，进行球磨、造粒、布料和烧成；

其中，各组分按重量份计为：抛光渣25-30份、废砖屑20-25份、尾矿40-45份、钾长石5-10份、复合发泡剂0.3-0.7份、高温氧化剂0.1-0.3份；

所述复合发泡剂由碳酸钙和碳化硅组成；其中，碳酸钙和碳化硅的质量比为1:4-3:2；

烧成曲线为：

从室温到600℃，采用10-15℃/min的升温速率；

从600℃到850℃，采用6-8℃/min的升温速率；

从850℃到1000℃，采用4-6℃/min的升温速率；

从1000℃到烧成温度，采用1-3℃/min的升温速率；

然后在烧成温度保温20-30分钟；

所述烧成温度为1150℃-1220℃。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，抛光渣、废砖屑、尾矿和钾长石的总重量份为100份。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述尾矿为钼尾矿，或铁尾矿，或其化学组成在SiO₂ 65-75 wt%、Al₂O₃ 5-15wt%、Fe₂O₃ 3-8 wt%、MgO 0.5-2 wt%、CaO 1-3wt%、TiO₂ 1-2 wt%、 K₂O 2-4 wt%、Na₂O 1-3 wt%范围内且成分类似于粘土的尾矿。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述高温氧化剂为三氧化二铁。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述混合粉料经球磨过200目筛，经喷雾造粒制得粒径为100-300µm的颗粒粉料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将所述混合粉料，按照混合粉料、球、水的质量比为3:3:1的比例装入球磨机中，球磨4-8 h，然后将浆料倒出过200目筛。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，烧成温度保温结束后，采用10℃/min的降温速率从烧成温度降至850℃，保温1h，然后采用3℃/min的降温速率降至室温。

8.权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到的发泡陶瓷。