CN110092666A - 一种泡沫陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体废弃物利用技术领域，尤其涉及一种泡沫陶瓷及其制备方法。本发明提供的泡沫陶瓷，由包括以下重量份的原料制备得到：半焦50～70份，赤泥20～40份，长石3～15份，分散剂2～10份。本发明以半焦和赤泥为原料，使得半焦和赤泥得到了充分的利用，实现了废弃物的资源化利用。根据实施例的记载，本发明所述的泡沫陶瓷的体密度为300～700kg/m3，气孔率为50～80％，抗压强度为7～10MPa。本发明所述泡沫陶瓷的制备方法成本低，操作容易，能耗低，环保，有利于工业化生产。

Description

一种泡沫陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物利用技术领域，尤其涉及一种泡沫陶瓷及其制备方法。
背景技术
工业废渣长期堆存不仅占用大量土地，而且会对水系和大气产生严重污染和危害。例如，油页岩是一种重要的非常规油气资源，由于其自身含油率低、灰分大等特点，其在提取页岩油的过程中会产生大量的油页岩半焦，带来严重的资源与环境问题；赤泥作为氧化铝生产时的固体废渣，其排放量随氧化铝产量的增加而日益增多，同样引发了越来越严重的环境问题。
目前，半焦和赤泥这两种工业废渣的利用率都很低，主要的处理方法就是堆放搁置，这样处理不仅占用土地，污染环境，也是对资源的一种浪费。因此，如何对半焦和赤泥进行处理和充分利用成为了近年来研究的热点问题。
同时，对于具有保温功能的墙体材料来说，聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫塑料具有优良的隔热保温性能，但其阻燃性能较差，容易引发火灾，且燃烧时会产生有毒气体。泡沫水泥制品质量轻、导热系数低、保温隔热效果好，且阻燃能力好，但其强度较低、力学性能较差，长期使用同样会存在安全隐患。针对上述材料存在的问题，泡沫陶瓷材料作为一种新型绿色节能材料具有气孔率高、导热系数低、耐高温、机械强度高等特点，成为了人们研究的热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种泡沫陶瓷及其制备方法，所述泡沫陶瓷以废弃的半焦和赤泥为主要原料，使得半焦和赤泥得到了充分的利用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种泡沫陶瓷，由包括以下重量份的原料制备得到：
优选的，所述半焦为油页岩半焦；
所述赤泥为拜耳法生产氧化铝产生的工业废渣。
优选的，所述分散剂为三聚磷酸钠、工业磷酸和六偏磷酸钠中的一种或几种。
本发明还提供了上述技术方案所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将半焦、赤泥、长石、分散剂和水混合，得到陶瓷浆料；
将聚氨酯泡沫塑料在所述陶瓷浆料中充分浸浆后，依次进行干燥和烧结，得到泡沫陶瓷。
优选的，所述半焦、赤泥、长石的粒径独立地≥200目。
优选的，所述半焦、赤泥和长石的总质量与水的质量比为100：(10～25)。
优选的，在所述浸浆前还包括：对所述聚氨酯泡沫塑料进行预处理；
所述预处理的步骤包括将所述聚氨酯泡沫塑料在碱液中浸泡和揉搓后，依次进行清洗和干燥。
优选的，所述碱液的质量浓度为10％～20％；
所述浸泡的温度为45～55℃；所述浸泡的时间为1～3h。
优选的，所述干燥的温度为100～120℃；所述干燥的时间为0.5～1.5h。
优选的，所述烧结的过程为：以1.0～2.0℃/min的升温速率由室温升至600℃后，再以2.0～3.0℃/min的升温速率升至1100～1250℃，并保温1～3h。
本发明提供了一种泡沫陶瓷，由包括以下重量份的原料制备得到：半焦50～70份，赤泥20～40份，长石3～15份，分散剂2～10份。本发明以半焦和赤泥为原料，使得半焦和赤泥得到了充分的利用，实现了废弃物的资源化利用。由于半焦和赤泥的硬度小，将其与其他原料进行复配能够降低能耗，有利于获得较好的经济效益和社会效益，对发展循环经济和缓解矿产资源短缺具有重要意义。同时，以半焦和赤泥为主要原料制备得到的泡沫陶瓷具有质轻、隔热保温、强度高、耐高温耐腐蚀的特点。根据实施例的记载，本发明所述的泡沫陶瓷的体密度为300～700kg/m3，气孔率为50～80％，抗压强度为7～10MPa。
本发明还提供了所述泡沫陶瓷的制备方法，所述制备方法成本低、操作简便、能耗低、环保，有利于工业化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种泡沫陶瓷，由包括以下重量份的原料制备得到：
在本发明中，所述泡沫陶瓷的制备原料包括50～70份半焦，优选为55～65份，更优选为58～62份；在本发明中，所述半焦优选为油页岩半焦；在本发明中，所述油页岩半焦优选包括SiO2、CaO、Al2O3、固定碳和不可避免的杂质；所述SiO2在油页岩半焦中的质量百分比优选为45％～60％，更优选为50％～55％；所述CaO在油页岩半焦中的质量百分比优选为10％～20％，更优选为12％～16％；所述Al2O3在油页岩半焦中的质量百分比优选为5％～15％，更优选为8％～12％；余量为固定碳和不可避免的杂质。
在本发明中，所述油页岩半焦中的CaO在制备过程中可以增加泡沫陶瓷的机械强度，所述Al2O3可以使泡沫陶瓷具有较好的常温强度、高温强度、耐磨性能、耐腐蚀性能和耐冲刷性能，与SiO2更易生成莫来石相，提高泡沫陶瓷的高温强度和抗热震性能，所述固定碳可以为制备过程提供能量。
以半焦的重量份计，本发明所述泡沫陶瓷的制备原料还包括20～40份赤泥，优选为25～35份，更优选为28～32份；在本发明中，所述赤泥优选为拜耳法生产氧化铝产生的工业废渣；在本发明中，所述赤泥优选包括SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、Na2O和不可避免的杂质；所述SiO2在赤泥中的质量百分比优选为8％～20％，更优选为10％～15％；所述CaO在赤泥中的质量百分比优选为5％～12％，更优选为8％～10％；所述Al2O3在赤泥中的质量百分比优选为15％～27％，更优选为20％～25％；所述Fe2O3在赤泥中的质量百分比优选为6％～15％，更优选为8％～12％；所述Na2O在赤泥中的质量百分比优选为5％～14％，更优选为8％～12％；余量为不可避免的杂质；所述不可避免的杂质中优选包括K2O，所述K2O与Na2O为助熔剂，能够降低烧成温度和能耗。
在本发明中，所述赤泥中的CaO在制备过程中可以增加泡沫陶瓷的机械强度，所述Al2O3可以使泡沫陶瓷具有较好的常温强度、高温强度、耐磨性能、耐腐蚀性能和耐冲刷性能，与SiO2更易生成莫来石相，提高泡沫陶瓷的高温强度和抗热震性能，所述Fe2O3与Al2O3形成固溶体，固溶时使Al2O3产生缺陷，活化晶格，促进烧结。
以半焦的重量份计，本发明所述泡沫陶瓷的制备原料还包括3～15份长石，优选为5～10份。在本发明中，所述长石为熔剂，其主要作用是降低烧结温度和调节坯体的可塑性，提高泡沫陶瓷的机械强度和化学稳定性。
以半焦的重量份计，本发明所述泡沫陶瓷的制备原料还包括2～10份分散剂，优选为4～6份。在本发明中，所述分散剂优选为三聚磷酸钠、工业磷酸和六偏磷酸钠中的一种或几种；当所述分散剂为上述具体选择中两种以上时，本发明对所述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述分散剂优选为市售产品。在本发明中，所述分散剂能够很好的调控后续制备方法中浆料的流变性能、提高浆料的固相含量及稳定性。
本发明还提供了上述技术方案所述的泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
将半焦、赤泥、长石、分散剂和水混合，得到陶瓷浆料；
将聚氨酯泡沫塑料在所述陶瓷浆料中充分浸浆后，依次进行干燥和烧结，得到泡沫陶瓷。
本发明将半焦、赤泥、长石、分散剂和水混合，得到陶瓷浆料；在本发明中，所述半焦、赤泥和长石的粒径独立地优选为≥200目。
在本发明中，所述半焦、赤泥和长石的总质量与水的质量比优选为100：(10～25)，更优选为100：(15～20)。
在本发明中，所述混合优选为先将半焦、赤泥和长石混合后，再将得到的混合物、分散剂和水混合，得到陶瓷浆料。在本发明中，所述半焦、赤泥和长石的混合优选以球磨的方式进行，本发明对所述球磨的转速没有任何特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的转速即可；所述球磨的时间优选为1～3h。在本发明中，所述球磨的目的是为了使半焦、赤泥和长石混合均匀的同时，使半焦、赤泥和长石的粒径均能够独立地≥200目；当球磨后的物料中含有<200目的情况，优选对球磨后的物料进行过200目筛处理。所述混合物、分散剂和水的混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的时间优选为30s；本发明对所述搅拌的速率没有任何特殊的限定，能保证在所述搅拌时间下达到混合均匀的目的即可。
得到陶瓷浆料后，本发明将聚氨酯泡沫塑料在所述陶瓷浆料中充分浸浆后，依次进行干燥和烧结，得到泡沫陶瓷。在本发明中，所述聚氨酯泡沫塑料优选为20PPI软质聚氨酯泡沫塑料；在进行所述浸浆前，本发明优选对所述聚氨酯泡沫塑料进行预处理；所述预处理优选为将所述聚氨酯泡沫塑料在碱液中浸泡、揉搓后，进行清洗和干燥；所述碱液优选为氢氧化钠水溶液；所述碱液的质量浓度优选为10％～20％，更优选为12％～18％，最优选为14％～16％；所述浸泡的温度优选为45～55℃，更优选为48～52℃；所述浸泡的时间优选为1～3h；本发明对所述揉搓没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行揉搓进行即可；所述清洗优选为利用清水将所述聚氨酯泡沫塑料中的杂质物质洗净即可；所述干燥优选为晒干。
本发明对所述浸浆没有任何特殊的限定，能够使所述陶瓷浆料充分浸入聚氨酯泡沫塑料中即可。浸浆完成后，本发明优选将浸浆后的聚氨酯泡沫塑料中多余的浆料挤出得到陶瓷素坯。
在本发明中，所述干燥的温度优选为100～120℃，更优选为105～115℃，最优选为108～112℃；所述干燥的时间优选为0.5～1.5h，更优选为0.8～1.2h。
在本发明中，所述烧结的过程优选为：以1.0～2.0℃/min的升温速率由室温升至600℃后，再以2.0～3.0℃/min的升温速率升至1100～1250℃，并保温1～3h，更优选为以1.2～1.8℃/min的升温速率由室温升至600℃后，再以2.2～2.8℃/min的升温速率升至1130～1210℃，并保温1.5～2.5h；最优选为以1.5℃/min的升温速率由室温升至600℃后，再以2.5℃/min的升温速率升至1180℃，并保温2h。
烧结完成后，本发明优选对烧结后得到的产物进行冷却，得到泡沫陶瓷；所述冷却优选为自然冷却。
下面结合实施例对本发明提供的泡沫陶瓷及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将70g半焦、20g赤泥和7g长石混合并球磨2h后，过200目筛，得到陶瓷粉料；
将上述陶瓷粉料、3g分散剂和19.4g水混合，搅拌30s，得到陶瓷浆料；
在50℃下，将20PPI软质聚氨酯泡沫塑料浸入质量浓度为15％的氢氧化钠水溶液中浸泡3h，反复揉搓并用清水洗净、晒干；
将预处理后的20PPI软质聚氨酯泡沫塑料进入上述陶瓷浆料中，充分浸浆后挤出多余的浆料，在110℃下干燥2h后，进行烧结(以1.5℃/min的升温速率由室温升至600℃后，再以2.5℃/min的升温速率升至1120℃，并保温1.5h)，自然冷却，得到泡沫陶瓷(体密度为580kg/m3，气孔率为62％，抗压强度为8.5MPa)。
实施例2
将65g半焦、25g赤泥和7g长石混合并球磨2h后，过200目筛，得到陶瓷粉料；
将上述陶瓷粉料、3g分散剂和19.4g水混合，搅拌30s，得到陶瓷浆料；
在50℃下，将20PPI软质聚氨酯泡沫塑料浸入质量浓度为15％的氢氧化钠水溶液中浸泡3h，反复揉搓并用清水洗净、晒干；
将预处理后的20PPI软质聚氨酯泡沫塑料进入上述陶瓷浆料中，充分浸浆后挤出多余的浆料，在110℃下干燥2h后，进行烧结(以1.5℃/min的升温速率由室温升至600℃后，再以2.5℃/min的升温速率升至1180℃，并保温2h)，自然冷却，得到泡沫陶瓷(体密度为548kg/m3，气孔率为65％，抗压强度为7.6MPa)。
实施例3
将60g半焦、27g赤泥和10g长石混合并球磨2h后，过200目筛，得到陶瓷粉料；
将上述陶瓷粉料、3g分散剂和19.4g水混合，搅拌30s，得到陶瓷浆料；
在50℃下，将20PPI软质聚氨酯泡沫塑料浸入质量浓度为15％的氢氧化钠水溶液中浸泡3h，反复揉搓并用清水洗净、晒干；
将预处理后的20PPI软质聚氨酯泡沫塑料进入上述陶瓷浆料中，充分浸浆后挤出多余的浆料，在110℃下干燥2h后，进行烧结(以1.5℃/min的升温速率升至600℃后，再以2.5℃/min的升温速率由室温升至1180℃，并保温3h)，自然冷却，得到泡沫陶瓷(体密度为525kg/m3，气孔率为68％，抗压强度为8.2MPa)。
由以上实施例可知，本发明以半焦和赤泥为原料，使得半焦和赤泥得到了充分的利用，实现了废弃物的资源化利用。本发明所述的泡沫陶瓷的体密度为300～700kg/m3，气孔率为50～80％，抗压强度为7～10MPa；且制备方法成本低，操作容易，能耗低，环保，有利于工业化生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种泡沫陶瓷，其特征在于，由包括以下重量份的原料制备得到：
2.如权利要求1所述的泡沫陶瓷，其特征在于，所述半焦为油页岩半焦；
所述赤泥为拜耳法生产氧化铝产生的工业废渣。
3.如权利要求1所述的泡沫陶瓷，其特征在于，所述分散剂为三聚磷酸钠、工业磷酸和六偏磷酸钠中的一种或几种。
4.权利要求1～3任一项所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将半焦、赤泥、长石、分散剂和水混合，得到陶瓷浆料；
将聚氨酯泡沫塑料在所述陶瓷浆料中浸浆后，依次进行干燥和烧结，得到泡沫陶瓷。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述半焦、赤泥、长石的粒径独立地≥200目。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述半焦、赤泥和长石的总质量与水的质量比为100：(10～25)。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述浸浆前还包括：对所述聚氨酯泡沫塑料进行预处理；
所述预处理的步骤包括将所述聚氨酯泡沫塑料在碱液中浸泡和揉搓后，依次进行清洗和干燥。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述碱液的质量浓度为10％～20％；
所述浸泡的温度为45～55℃；所述浸泡的时间为1～3h。
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为100～120℃；所述干燥的时间为0.5～1.5h。
10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的过程为：
以1.0～2.0℃/min的升温速率由室温升至600℃后，再以2.0～3.0℃/min的升温速率升至1100～1250℃，并保温1～3h。
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