CN110642594A - 一种泡沫陶瓷与陶瓷复合一体砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泡沫陶瓷与陶瓷复合一体砖及其制备方法。利用矿山尾矿矿渣及城市河底淤泥作为主要原料，添加少量的低温熔块与发泡剂通过适当的热处理制度制备泡沫陶瓷与陶瓷复合一体砖。本发明90％的原材料全部来自于工业尾矿矿渣及城市河底淤泥，变废为宝，且在生产和使用过程中不会对环境产生污染，实现了环保和节能的统一，是工业固体废弃物资源化再利用及解决其环境污染的有效方法。生产的泡沫陶瓷‑陶瓷复合一体砖具有良好的吸附、保水、透气性好且防火耐热性能。该产品可直接用于外墙的保温隔热，避免传统外墙保温和防水分开施工的缺点。本发明制备工艺操作过程简单，成本低廉，适于工业化大规模生产，具有明显的经济效益和环保效益。

Description

一种泡沫陶瓷与陶瓷复合一体砖及其制备方法
技术领域
本发明属于固体废弃物回收利用技术领域，涉及一种固定废弃物回收利用方法，具体涉及一种泡沫陶瓷与陶瓷复合一体砖及其制备方法。
背景技术
中国的未来建筑：被动房+装配式+钢结构＝未来建筑，其中建设绿色、环保、零能耗的被动房是国家的基本国策，也就是保温墙体的保温材料要厚，墙体全部采用保温材料，所以保温材料的需求会更大，在大量保温材料原材料的需求下，工业尾矿、城市河底淤泥50多亿吨的储存量，并以每年3亿吨的数量在增加。工业尾矿及城市河底淤泥的储存量，恰好弥补了保温材料原材料的大量需求。既解决了尾矿与淤泥的固废利用问题，又挽回了国家因维护尾矿、淤泥所产生的经济损失，还满足了保温材料市场大量需求问题。并且符合“循环经济再利用”的国家政策，不会再产生建筑固废垃圾(未来建筑废弃后，钢结构可继续使用或炼钢，使用泡沫陶瓷保温隔热材料可破碎后继续生产泡沫陶瓷)。需求按以上目标计算，新建建筑面积仍按100亿平方米计算，其中绿色建筑面积将达50亿平方米，加上既有建筑节能改造，新型绿色节能建材的应用面积将达到60亿平方米以上，如泡沫陶瓷保温隔热材料占有率按10％计，用于建筑自保温墙体和建筑外墙、屋面保温隔热的泡沫陶瓷保温隔热材料需求量将达1亿立方米以上，而目前我国与此材料类似的保温材料如泡沫陶瓷总产能仅有260万立方米左右。
泡沫陶瓷保温隔热材料因其“质轻、节能、节土、利废、环保”的特点，可利用大量固体废弃物(如工业尾矿渣，城市河底淤泥)进行生产，变废为宝、保护环境，因而又具有新型“环境材料”的美誉，是资源综合利用的好项目。同时由于产品具有优异的防火、保温、隔热、隔声、防水性能，既可制成高效能自保温墙体材料，又可制成高品质的屋面和外墙保温隔热材料，因而又成为近年来建筑节能和绿色建筑发展新重点。但使用过程中发现，作为外墙保温的泡沫陶瓷由于表面有孔易吸水，冬天时吸收的水结冰后体积膨胀易导致材料破坏等问题，针对这一问题，目前还没有成熟的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种节能、绿色的轻质多孔，孔隙率高且孔隙细腻均匀的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖制备方法，采用该方法制备的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖同时具有良好的保温、隔热、隔声、防水且防火耐热，该产品可避免传统的泡沫陶瓷作为外墙保温隔热材料时需要在外面做防水饰面层的缺点，可不经任何处理直接用于外墙的保温隔热。
本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：
一种泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备方法，包括下述步骤：
步骤(1)、按质量分数将10-80％的无机尾矿矿渣粉末，10-90％的河底淤泥粉末、2-25％的低温熔块粉末和5-20％的工业碳酸钙粉加入到球磨罐中球磨混合30-120分钟得配合料一；步骤(2)、按质量分数将10-80％的无机尾矿矿渣粉末，10-90％的河底淤泥粉末，2-25％的低温熔块粉末加入到球磨罐中球磨混合30-120分钟得配合料二；
步骤(3)、将配合料二在可拆卸的耐火模具中铺层放置，再将配合料一铺层叠放在配合料二的上层，然后将耐火模具移入马弗炉中按照如下工艺过程烧成：以5-15℃/min的升温速率从室温升至350-420℃并保温10-30min；再以2-20℃/min的升温速率自350-420℃升至 1000-1200℃并保温10-30min；之后以10-15℃/min的降温速率将其冷却至500-600℃并保温 10-30min；最后，以5-25℃/min的降温速率降温至室温。
优选地，所述无机尾矿矿渣粉末的粒度为50-100um，该粉末经矿渣破碎、粉磨、筛分后得到。
优选地，所述河底淤泥粉末的粒度为20-50um，由巡司河河底淤泥经清洗、除杂、烘干、破碎、粉磨、筛分后得到。
优选地，所述低温熔块由购买得到，如高要市禅龙釉料厂出售的CL-B18白色玻璃釉粉。
优选地，所述低温熔块粉末的粒度是20-50um，工业碳酸钙粉的粒度是10-30um。
优选地，所述可拆卸的耐火模具为耐火度大于1250℃的耐火材料制成。
优选地，所述可拆卸的耐火模具内壁涂覆脱模剂，所述脱模剂的成分为ZrO2、聚乙烯醇和水。
优选地，所述脱模剂的重量配比为：ZrO2：水：聚乙烯醇＝35:62:3。
优选地，所述ZrO2的粒径为50-250um。
优选地，所述工业碳酸钙粉可以采用碳酸钠、碳酸锂、碳酸镁、碳酸钾、碳酸铍、碳酸锶、碳酸铷、碳酸铯、碳酸钡、硫酸钠、硫酸锂、硫酸镁、硫酸钾、硫酸铍、硫酸锶、硫酸铷、硫酸铯、硫酸钡、硝酸钠、硝酸锂、硝酸镁、硝酸钾、硝酸铍、硝酸锶、硝酸铷、硝酸铯、硝酸钡、硫酸钙和硝酸钙中的任一种或几种替换。
本发明还提供一种泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖，采用上述的方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)同时回收处理破坏生态环境、污染地下水质且占用大量土地资源的中条山尾矿矿渣与巡司河河底淤泥，90％的原材料全部来自于工业废渣，变废为宝，且在生产和使用过程中不会对环境产生污染，是工业固体废弃物、城市河底淤泥资源化再利用及解决其环境污染的有效方法。
(2)该泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖可一次烧结而成，相对其它类似功能的传统保温隔热材料来说，不必后期处理(如外面再做防水层)可直接用于外墙保温。
(3)所得泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖根据内部气泡连通情况，分为保温隔热泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖和吸声泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖。该产品既可用于建筑外墙及屋面的保温隔热，又可用于结构自保温墙体、也可用于内墙装饰及吸音。在力学、热学、声学指标方面均超过粘土实心砖、空心砖，与传统和其它新型材料相比，均有其独到优越之处。它既具有高效保温隔热效果，防水防潮、防火、耐酸碱、密度小、机械强度高等一系列优越性能，又具有陶瓷、玻璃材料本身固有的永久性(使用寿命)、安全性、可靠性、防化学腐蚀性等优点，可应用在中温保温隔热、建筑内外墙的保温隔热、防水防潮工程、装饰工程、石油化工，冷藏、地铁和地下工程等领域。吸声泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖在地铁、隧道、音乐厅、剧场、会堂等噪音较大的场合下，既具有吸声的效果，又具有彩色装饰作用。
(4)本发明通过工艺简单，成本低廉，经济效益好，通过较低成本即可制备出高效能的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖，将防水和保温一体化施工，可有效降低建筑施工成本。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备流程图；
图2是本发明泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖热处理制度曲线图；
图3是本发明实施例1制备的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的陶瓷面照片图；
图4是本发明实施例1制备的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的泡沫陶瓷面照片图；
图5是本发明实施例1制备的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的横截面照片图。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例。
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此，本发明以中条山尾矿矿渣粉末和巡司河河底淤泥粉末为了进行说明，需要指出的是并不限于该具体原料产地，前者组分为无机尾矿矿渣粉末即可，后者组分为河底淤泥粉末即可。
本发明提供一种泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖及其制备方法。将破坏生态环境、污染地下水质且占用大量土地资源的中条山尾矿矿渣与巡司河河底淤泥分别经过除杂、清洗、烘干、破碎、粉磨、筛分后得到相应的两种粉末，然后按不同的质量分数将上述两种粉末进行配比后加入少量的碳酸钙粉末(或硫酸钙、硝酸钙等物质)和低温熔块粉末。低温熔块粉末在烧结过程中起助熔即降低烧结温度的作用；碳酸钙粉末(或硫酸钙、硝酸钙等物质)在高温锻烧下易发泡可起到发泡剂的作用。上述经配料后的粉末加入到球磨罐中球磨混合30-120分钟得配合料一。按与配合料一相同的质量分数将中条山尾矿矿渣与巡司河河底淤泥相应处理得到的两种粉末以及少量低温熔块粉末进行配比(不加碳酸钙粉末等发泡剂)，所得的配料粉末加入到球磨罐中球磨混合30-120分钟得配合料二。将配合料二在可拆卸的、内壁涂覆脱模剂的耐火模具中铺层放置，再将配合料一铺层叠放在配合料二的上层，然后将耐火模具移入马弗炉中按照图2所示的热处理制度烧成。最后利用尼康7100单反相机拍低熔点多孔泡沫石的照片。
按照上述方法进行如下实施例，实施例所用试剂如表1。
表1试剂清单
Figure RE-GDA0002271022120000041
实施例1
(1)备料：将中条山尾矿矿渣经颚式破碎机破碎后送入雷蒙磨粉磨得到50-100um的矿渣粉末后送至专门的储灰池备用；将巡司河河底淤泥经清洗、除杂、烘干、破碎、粉磨、筛分后得到20-50um的粉末，同样送至专门的储灰池备用。
(2)配合料一制备：各种原材料配比所占重量百分比如下：中条山尾矿矿渣粉末65％、巡司河河底淤泥粉末10％；低温熔块粉末22％、工业硝酸钙粉末3％，然后将上述配好的物料送至球磨机里混合120分钟得配合料一。
(3)配合料二制备：各种原材料配比所占重量百分比如下：中条山尾矿矿渣粉末67％、巡司河河底淤泥粉末10.3％；低温熔块粉末22.7％，然后将上述配好的物料送至球磨机里混合120分钟得配合料二。
(4)烧结：将配合料二在可拆卸的、内壁涂覆脱模剂的耐火模具中铺层放置，再将配合料一铺层叠放在配合料二的上层，然后将耐火模具移入马弗炉中按照如下工艺过程烧成：以 5℃/min的升温速率从室温升至420℃并保温30min；再以3℃/min的升温速率自420℃升至 1150℃并保温30min；之后以15℃/min的降温速率将其冷却至600℃并保温20min；最后，以20℃/min的降温速率降温至室温。
(5)包装：所得的多孔泡沫石按要求切割成所需的尺寸和大小，打包后送至成品库。
实施例2
(1)备料：将中条山尾矿矿渣经颚式破碎机破碎后送入雷蒙磨粉磨得到50-100um的矿渣粉末后送至专门的储灰池备用；将巡司河河底淤泥经清洗、除杂、烘干、破碎、粉磨、筛分后得到20-50um的粉末，同样送至专门的储灰池备用。
(2)配合料一制备：各种原材料配比所占重量百分比如下：中条山尾矿矿渣粉末45％、巡司河河底淤泥粉末30％；低温熔块粉末15％、工业硫酸钙粉末10％，然后将上述配好的物料送至球磨机里混合60分钟得配合料一。
(3)配合料二制备：各种原材料配比所占重量百分比如下：中条山尾矿矿渣粉末50％、巡司河河底淤泥粉末33％；低温熔块粉末16.7％，然后将上述配好的物料送至球磨机里混合60分钟得配合料二。
(4)烧结：将配合料二在可拆卸的、内壁涂覆脱模剂的耐火模具中铺层放置，再将配合料一铺层叠放在配合料二的上层，然后将耐火模具移入马弗炉中按照如下工艺过程烧成：以 5℃/min的升温速率从室温升至380℃并保温30min；再以3℃/min的升温速率自380℃升至 1050℃并保温30min；之后以15℃/min的降温速率将其冷却至550℃并保温20min；最后，以20℃/min的降温速率降温至室温。
(5)包装：所得的多孔泡沫石按要求切割成所需的尺寸和大小，打包后送至成品库。
实施例3
(1)备料：将中条山尾矿矿渣经颚式破碎机破碎后送入雷蒙磨粉磨得到50-100um的矿渣粉末后送至专门的储灰池备用；将巡司河河底淤泥经清洗、除杂、烘干、破碎、粉磨、筛分后得到20-50um的粉末，同样送至专门的储灰池备用。
(2)配合料一制备：各种原材料配比所占重量百分比如下：中条山尾矿矿渣粉末55％、巡司河河底淤泥粉末20％；低温熔块粉末20％、工业碳酸钙粉末5％，然后将上述配好的物料送至球磨机里混合30分钟得配合料一。
(3)配合料二制备：各种原材料配比所占重量百分比如下：中条山尾矿矿渣粉末58％、巡司河河底淤泥粉末21％；低温熔块粉末21％，然后将上述配好的物料送至球磨机里混合30 分钟得配合料二。
(4)烧结：将配合料二在可拆卸的、内壁涂覆脱模剂的耐火模具中铺层放置，再将配合料一铺层叠放在配合料二的上层，然后将耐火模具移入马弗炉中按照如下工艺过程烧成：以 5℃/min的升温速率从室温升至400℃并保温30min；再以3℃/min的升温速率自400℃升至 1100℃并保温30min；之后以15℃/min的降温速率将其冷却至580℃并保温20min；最后，以20℃/min的降温速率降温至室温。
(5)包装：所得的多孔泡沫石按要求切割成所需的尺寸和大小，打包后送至成品库。
本发明所有实施例的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖制备过程如图1所示。中条山尾矿矿渣与巡司河河底淤泥分别经过除杂、清洗、烘干、破碎、粉磨、筛分后得到相应的两种粉末，再加入助溶剂和发泡剂(配合料一，不加发泡剂的为配合料二)后于马弗炉中于一定的温度下热处理得到最终的产物。整个制备工艺操作过程简单，成本低廉，适于工业化大规模连续生产，具有明显的经济效益和环保效益。
本发明实施例1制备的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖热处理制度如图2所示。其它发明实施例的热处理制度与之类似，仅参数值有相应的改变。
本发明实施例1制备的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖照片结构图如图3至图5所示，图3是陶瓷面，图4是泡沫陶瓷面，图5是横截面。其它发明实施例的照片与之类似，仅孔径大小与颜色有相应的改变。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备方法，其特征在于，包括下述步骤
步骤(1)、按质量分数将10-80％的无机尾矿矿渣粉末、10-90％的河底淤泥粉末、2-25％的低温熔块粉末和5-20％的工业碳酸钙粉加入到球磨罐中球磨混合30-120分钟得配合料一；
步骤(2)、按质量分数将10-80％的无机尾矿矿渣粉末，10-90％的河底淤泥粉末，2-25％的低温熔块粉末加入到球磨罐中球磨混合30-120分钟得配合料二；
步骤(3)、将配合料二在可拆卸的耐火模具中铺层放置，再将配合料一铺层叠放在配合料二的上层，然后将耐火模具移入马弗炉中按照如下工艺过程烧成：以5-15℃/min的升温速率从室温升至350-420℃并保温10-30min；再以2-20℃/min的升温速率自350-420℃升至1000-1200℃并保温10-30min；之后以10-15℃/min的降温速率将其冷却至500-600℃并保温10-30min；最后，以5-25℃/min的降温速率降温至室温。
2.根据权利要求1所述的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备方法，其特征在于：所述无机尾矿矿渣粉末的粒度为50-100um，该粉末经矿渣破碎、粉磨、筛分后得到。
3.根据权利要求1所述的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备方法，其特征在于，所述河底淤泥粉末的粒度为20-50um，由巡司河河底淤泥经清洗、除杂、烘干、破碎、粉磨、筛分后得到。
4.根据权利要求1所述的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备方法，其特征在于，所述低温熔块粉末的粒度是20-50um，工业碳酸钙粉的粒度是10-30um。
5.根据权利要求1所述的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备方法，其特征在于：所述可拆卸的耐火模具为耐火度大于1250℃的耐火材料制成。
6.根据权利要求1所述的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备方法，其特征在于：所述可拆卸的耐火模具内壁涂覆脱模剂，所述脱模剂的成分为ZrO2、聚乙烯醇和水。
7.根据权利要求6所述的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备方法，其特征在于：所述脱模剂的重量配比为：ZrO2：水：聚乙烯醇＝35:62:3。
8.根据权利要求6所述的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备方法，其特征在于：所述ZrO2的粒径为50-250um。
9.根据权利要求1所述的泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖的制备方法，其特征在于：所述工业碳酸钙粉可以采用碳酸钠、碳酸锂、碳酸镁、碳酸钾、碳酸铍、碳酸锶、碳酸铷、碳酸铯、碳酸钡、硫酸钠、硫酸锂、硫酸镁、硫酸钾、硫酸铍、硫酸锶、硫酸铷、硫酸铯、硫酸钡、硝酸钠、硝酸锂、硝酸镁、硝酸钾、硝酸铍、硝酸锶、硝酸铷、硝酸铯、硝酸钡、硫酸钙和硝酸钙中的任一种或几种替换。
10.一种泡沫陶瓷-陶瓷复合一体砖，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的方法制备得到。
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