CN110950631A - 一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板及其制备方法，涉及保温板技术领域，所述利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板由以下重量份的原料制成：石煤提钒尾矿粉28‑35份；铁尾矿粉22‑26份；高岭土30‑35份；硅藻土4‑7份；滑石粉4‑6份；硅酸钠0.8‑1.2份；锆英石0.6‑1份；氧化铝短纤维3.5‑5份；复合发泡剂0.7‑1份。本发明制备得到的发泡陶瓷保温板轻质高强，绿色环保，保温隔热性能好，同时阻燃防火、防潮防冻，使用寿命长，是一种质量优异的陶瓷保温板。

Description

一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板及其制备方法
技术领域
本发明涉及保温板技术领域，具体涉及一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板及其制备方法。
背景技术
尾矿作为目前最主要的固体废弃物，是一种复合矿物原料，除了含少量金属组分外，其主要矿物组分为脉石矿物，如石英、辉石、长石、石榴石、角闪石及其蚀变矿物，其化学成分主要以铁、硅、镁、钙、铝的氧化物为主，并伴有少量的磷、硫等，是一种重要的二次资源。在选矿的过程中会产生大量尾矿，大多堆存在尾矿库，尾矿的大量堆积不可避免引起一系列问题及危害。而经现有研究发现，一些建筑材料与尾矿在化学组成上比较相似，比如陶瓷、玻璃等，因此为尾矿生产建筑材料提供了理论基础。
中国专利CN 102838377公开了一种轻质闭孔陶瓷保温板，该轻质闭孔陶瓷保温板的主要原料组成为：磷尾矿，淤泥，长石，页岩，高岭土，黄砂，发泡剂；发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物。该发明对于提高磷尾矿的利用率、减少工业固体废弃物对环境的污染，从而改善自然环境、利用廉价原料和降低生产成本具有重要的意义；同时生产的轻质闭孔陶瓷保温板具有较高的气孔率和强度、烧结温度较低的优势。
由此可见，磷尾矿在制备轻质发泡陶瓷保温板上具有很好的应用效果。轻质发泡陶瓷保温板经高温烧结直接用于建筑外墙、屋面保温和内部隔断，可替代建筑隔热保温领域现行应用的保温砂浆、有机保温材料。它克服了有机保温材料易老化、寿命短、怕明火的致命弱点，可使墙体保温系统与建筑物同寿命。因此，对于进一步开发其他尾矿制备陶瓷保温板，对于经一步开发尾矿的用途、环保以及开发轻质发泡陶瓷保温产品均具有重要的研究意义。
石煤提钒尾矿是石煤型钒矿经直接酸浸提钒后得到的废渣，富含碳质。目前，提钒尾矿多采用尾矿坝堆存方式处理，占用大量的土地资源，相应带来许多环境问题。其中提钒尾矿的综合利用问题是重要的研究课题之一。研究发现，在该尾矿中，含有SiO2、CaO、Fe2O3等成分，若这些被视为废弃物的矿物经过再加工，可成为建筑材料工业的廉价原材料，用来生产水泥、混凝土等多种产品。铁尾矿是铁选厂在特定经济技术条件下，将铁矿石磨细，选取有用组分后排放的废弃物。这些废弃物的化学成分比较复杂，非金属是其主要组成成分。目前，利用铁尾矿制作建筑材料的方式已被广泛应用，水泥、玻璃、砖等在生产过程中都可以将铁尾矿作为掺和料。这样不仅能大大减少生产材料、原材料的使用量，还能使产品具有新功能，从而提高其价值。目前，对于使用石煤提钒尾矿和铁尾矿制备发泡陶瓷保温板还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板及其制备方法，制备得到的发泡陶瓷保温板轻质高强，绿色环保，保温隔热性能好，同时阻燃防火、防潮防冻，使用寿命长，是一种质量优异的陶瓷保温板。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002296980060000021
Figure BDA0002296980060000031
所述利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002296980060000032
优选地，所述氧化铝短纤维的直径为1-4μm，氧化铝短纤维的长度为0.5-2.5mm；氧化铝的含量为93-96％，
优选地，所述复合发泡剂为碳化硅、石墨、碳酸锂、碳酸钙中的至少两种。
进一步优选地，所述复合发泡剂为碳化硅、石墨按质量比1：0.5-0.8组成或为石墨、碳酸锂、碳酸钙按质量比1：0.5-0.8：0.5组成。
优选地，所述石煤提钒尾矿粉含水率小于2wt％；按照重量百分比由如下粒度的石煤提钒尾矿粉组成：粒度为0.2-0.5mm的石煤提钒尾矿粉10-15wt％，粒度为0.05-0.2mm的石煤提钒尾矿粉15-20wt％，余量为粒度小于0.05mm的石煤提钒尾矿粉。
所述铁尾矿粉，含水率小于3wt％；按照重量百分比由如下粒度的铁尾矿粉组成：粒度为0.1-0.5mm的铁尾矿粉10-15wt％，粒度为0.05-0.1mm的铁尾矿粉25-30wt％，余量为粒度小于0.05mm的铁尾矿粉。
本发明利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板的制备工艺，包括以下步骤：
(1)高岭土、硅藻土、滑石粉、硅酸钠、锆英石经球磨机干磨至220目以下，将复合发泡剂经球磨机干磨至300目以下；再将上述粉料混合均匀，得混合粉料；
(2)将混合粉料与石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉、氧化铝短纤维于高速搅拌机中混合均匀；将混合均匀的粉料装至耐火材料模具中，刮平后置于隧道窑中，先升温至1000-1050℃，保温50-70min，再升温至1155-1170℃，保温60-75min；
(3)烧结结束后在隧道窑中冷却至90℃以下，取出，空冷至室温，按要求切割成发泡陶瓷保温板。
优选地，所述步骤(2)中，升温至1000-1050℃，保温后以5-5.5℃/min的速度升温至1150-1170℃。
优选地，所述步骤(2)中，先升温至1020℃，保温50-70min，再升温至1165℃，保温70min。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用石煤提钒尾矿、铁尾矿等尾矿作为制备主原料，有效解决的了尾矿的堆存及占用土地的问题，有利于保护环境和节省生产成本。
2、本发明中，加入的硅藻土来源广泛、价格低廉，其具有大量微孔，其在高温烧结过程中无定形石英转变为方石英，从而使发泡陶瓷保温板的强度得到增大。硅酸钠作为烧结助剂，促使鳞石英含量增加，有利于提高烧结致密程度，并减小气孔孔径并使气孔率保持较高水平，使耐压强度增大。加入适量的锆英石，在烧结过程中，ZrSiO4和Al2O3发生反应生成莫来石和ZrO2，可增强发泡陶瓷保温板的强度。加入适量的氧化铝短纤维，可增强保温板的强度，同时可提高气孔率，并有效解决保温板开裂的问题。本发明复合发泡剂为碳化硅、石墨按质量比1：0.5-0.8组成或为石墨、碳酸锂、碳酸钙按质量比1：0.5-0.8：0.5组成时，具有很好的发泡效果。
3、本发明烧结温度在1200℃以下，烧结温度的降低可减少热耗，可节约能耗。同时工艺简单，可减少操作成本。期间合理设置烧结温度，并严格在控制发泡温度，使发泡完全，同时不至于产生过多玻璃相而使发泡气体容易溢出，又使烧结完全，使保温板的密度低，吸水率、导热系数小，抗压强度高。
4、本发明制备得到的发泡陶瓷保温板轻质高强，绿色环保，保温隔热性能好，同时阻燃防火、防潮防冻，使用寿命长，是一种质量优异的陶瓷保温板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002296980060000051
Figure BDA0002296980060000061
其中，石煤提钒尾矿粉的主要化学成分如表1所示，铁尾矿粉的主要成分如表2所示。
表1石煤提钒尾矿粉主要化学成分组成
Figure BDA0002296980060000062
表2铁尾矿粉主要化学成分组成
Figure BDA0002296980060000063
其中，氧化铝短纤维的直径为1-4μm，氧化铝短纤维的长度为0.5-2.5mm；氧化铝的含量为95％，
复合发泡剂为碳化硅、石墨按质量比1：0.6组成。
石煤提钒尾矿粉含水率小于2wt％；按照重量百分比由如下粒度的石煤提钒尾矿粉组成：粒度为0.2-0.5mm的石煤提钒尾矿粉15wt％，粒度为0.05-0.2mm的石煤提钒尾矿粉18wt％，余量为粒度小于0.05mm的石煤提钒尾矿粉。
铁尾矿粉，含水率小于3wt％；按照重量百分比由如下粒度的铁尾矿粉组成：粒度为0.1-0.5mm的铁尾矿粉12wt％，粒度为0.05-0.1mm的铁尾矿粉28wt％，余量为粒度小于0.05mm的铁尾矿粉。
上述利用尾矿制备轻质发泡陶瓷保温板的工艺，包括以下步骤：
(1)高岭土、硅藻土、滑石粉、硅酸钠、锆英石经球磨机干磨至220目以下，将复合发泡剂经球磨机干磨至300目以下；再将上述粉料混合均匀，得混合粉料；
(2)将混合粉料与石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉、氧化铝短纤维于高速搅拌机中混合均匀；将混合均匀的粉料装至耐火材料模具中，刮平后置于隧道窑中，先升温至1020℃，保温60min，再以5.5℃/min的速度升温至1165℃，保温70min；
(3)烧结结束后在隧道窑中冷却至90℃以下，取出，空冷至室温，按要求切割成发泡陶瓷保温板。
实施例2：
一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002296980060000071
其中，石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉均同实施例1。
氧化铝短纤维的直径为1-4μm，氧化铝短纤维的长度为0.5-2.5mm；氧化铝的含量为93-96％，
复合发泡剂为石墨、碳酸锂、碳酸钙按质量比1：0.8：0.5组成。
石煤提钒尾矿粉含水率小于2wt％；按照重量百分比由如下粒度的石煤提钒尾矿粉组成：粒度为0.2-0.5mm的石煤提钒尾矿粉15wt％，粒度为0.05-0.2mm的石煤提钒尾矿粉15wt％，余量为粒度小于0.05mm的石煤提钒尾矿粉。
铁尾矿粉，含水率小于3wt％；按照重量百分比由如下粒度的铁尾矿粉组成：粒度为0.1-0.5mm的铁尾矿粉10wt％，粒度为0.05-0.1mm的铁尾矿粉28wt％，余量为粒度小于0.05mm的铁尾矿粉。
上述利用尾矿制备轻质发泡陶瓷保温板的工艺，包括以下步骤：
(1)高岭土、硅藻土、滑石粉、硅酸钠、锆英石经球磨机干磨至220目以下，将复合发泡剂经球磨机干磨至300目以下；再将上述粉料混合均匀，得混合粉料；
(2)将混合粉料与石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉、氧化铝短纤维于高速搅拌机中混合均匀；将混合均匀的粉料装至耐火材料模具中，刮平后置于隧道窑中，先升温至1040℃，保温60min，再以5.5℃/min的速度升温至1160℃，保温70min；
(3)烧结结束后在隧道窑中冷却至90℃以下，取出，空冷至室温，按要求切割成发泡陶瓷保温板。
实施例3：
一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002296980060000081
石煤提钒尾矿粉的成分如表3所示，铁尾矿粉的成分如表4所示。
表3石煤提钒尾矿粉主要化学成分组成
Figure BDA0002296980060000091
表4铁尾矿粉主要化学成分组成
Figure BDA0002296980060000092
其中，氧化铝短纤维的直径为1-4μm，氧化铝短纤维的长度为0.5-2.5mm；氧化铝的含量为96％。
复合发泡剂为碳化硅、石墨按质量比1：0.5组成。
石煤提钒尾矿粉含水率小于2wt％；按照重量百分比由如下粒度的石煤提钒尾矿粉组成：粒度为0.2-0.5mm的石煤提钒尾矿粉13wt％，粒度为0.05-0.2mm的石煤提钒尾矿粉20wt％，余量为粒度小于0.05mm的石煤提钒尾矿粉。
铁尾矿粉，含水率小于3wt％；按照重量百分比由如下粒度的铁尾矿粉组成：粒度为0.1-0.5mm的铁尾矿粉15wt％，粒度为0.05-0.1mm的铁尾矿粉28wt％，余量为粒度小于0.05mm的铁尾矿粉。
上述利用尾矿制备轻质发泡陶瓷保温板的工艺，包括以下步骤：
(1)高岭土、硅藻土、滑石粉、硅酸钠、锆英石经球磨机干磨至220目以下，将复合发泡剂经球磨机干磨至300目以下；再将上述粉料混合均匀，得混合粉料；
(2)将混合粉料与石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉、氧化铝短纤维于高速搅拌机中混合均匀；将混合均匀的粉料装至耐火材料模具中，刮平后置于隧道窑中，先升温至1050℃，保温50min，再以5.5℃/min的速度升温至1160℃，保温70min；
(3)烧结结束后在隧道窑中冷却至90℃以下，取出，空冷至室温，按要求切割成发泡陶瓷保温板。
实施例4：
一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002296980060000101
其中，石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉同实施例3。
氧化铝短纤维的直径为1-4μm，氧化铝短纤维的长度为0.5-2.5mm；氧化铝的含量为93％。
复合发泡剂为石墨、碳酸锂、碳酸钙按质量比1：0.5：0.5组成。
石煤提钒尾矿粉含水率小于2wt％；按照重量百分比由如下粒度的石煤提钒尾矿粉组成：粒度为0.2-0.5mm的石煤提钒尾矿粉10wt％，粒度为0.05-0.2mm的石煤提钒尾矿粉15wt％，余量为粒度小于0.05mm的石煤提钒尾矿粉。
铁尾矿粉，含水率小于3wt％；按照重量百分比由如下粒度的铁尾矿粉组成：粒度为0.1-0.5mm的铁尾矿粉10wt％，粒度为0.05-0.1mm的铁尾矿粉30wt％，余量为粒度小于0.05mm的铁尾矿粉。
上述利用尾矿制备轻质发泡陶瓷保温板的工艺，包括以下步骤：
(1)高岭土、硅藻土、滑石粉、硅酸钠、锆英石经球磨机干磨至220目以下，将复合发泡剂经球磨机干磨至300目以下；再将上述粉料混合均匀，得混合粉料；
(2)将混合粉料与石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉、氧化铝短纤维于高速搅拌机中混合均匀；将混合均匀的粉料装至耐火材料模具中，刮平后置于隧道窑中，先升温至1000℃，保温60min，再以5.5℃/min的速度升温至1155℃，保温60-min；
(3)烧结结束后在隧道窑中冷却至90℃以下，取出，空冷至室温，按要求切割成发泡陶瓷保温板。
实施例5：
一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002296980060000111
石煤提钒尾矿粉的成分如表5所示，铁尾矿粉的成分如表6所示。
表5石煤提钒尾矿粉主要化学成分组成
Figure BDA0002296980060000112
表6铁尾矿粉主要化学成分组成
Figure BDA0002296980060000121
其中，氧化铝短纤维的直径为1-4μm，氧化铝短纤维的长度为0.5-2.5mm；氧化铝的含量为95％。
复合发泡剂为石墨、碳酸锂、碳酸钙按质量比1：0.8：0.5组成。
石煤提钒尾矿粉含水率小于2wt％；按照重量百分比由如下粒度的石煤提钒尾矿粉组成：粒度为0.2-0.5mm的石煤提钒尾矿粉15wt％，粒度为0.05-0.2mm的石煤提钒尾矿粉20wt％，余量为粒度小于0.05mm的石煤提钒尾矿粉。
铁尾矿粉，含水率小于3wt％；按照重量百分比由如下粒度的铁尾矿粉组成：粒度为0.1-0.5mm的铁尾矿粉15wt％，粒度为0.05-0.1mm的铁尾矿粉25wt％，余量为粒度小于0.05mm的铁尾矿粉。
上述利用尾矿制备轻质发泡陶瓷保温板的工艺，包括以下步骤：
(1)高岭土、硅藻土、滑石粉、硅酸钠、锆英石经球磨机干磨至220目以下，将复合发泡剂经球磨机干磨至300目以下；再将上述粉料混合均匀，得混合粉料；
(2)将混合粉料与石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉、氧化铝短纤维于高速搅拌机中混合均匀；将混合均匀的粉料装至耐火材料模具中，刮平后置于隧道窑中，先升温至1020℃，保温70min，再以5℃/min的速度升温至1170℃，保温75min；
(3)烧结结束后在隧道窑中冷却至90℃以下，取出，空冷至室温，按要求切割成发泡陶瓷保温板。
实施例6：
一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002296980060000122
Figure BDA0002296980060000131
其中，石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉的成同实施例5。
氧化铝短纤维的直径为1-4μm，氧化铝短纤维的长度为0.5-2.5mm；氧化铝的含量为95％。复合发泡剂为碳化硅、碳酸钙按质量比1：1组成。
石煤提钒尾矿粉含水率小于2wt％；按照重量百分比由如下粒度的石煤提钒尾矿粉组成：粒度为0.2-0.5mm的石煤提钒尾矿粉12wt％，粒度为0.05-0.2mm的石煤提钒尾矿粉18wt％，余量为粒度小于0.05mm的石煤提钒尾矿粉。
铁尾矿粉，含水率小于3wt％；按照重量百分比由如下粒度的铁尾矿粉组成：粒度为0.1-0.5mm的铁尾矿粉13wt％，粒度为0.05-0.1mm的铁尾矿粉30wt％，余量为粒度小于0.05mm的铁尾矿粉。
上述利用尾矿制备轻质发泡陶瓷保温板的工艺，包括以下步骤：
(1)高岭土、硅藻土、滑石粉、硅酸钠、锆英石经球磨机干磨至220目以下，将复合发泡剂经球磨机干磨至300目以下；再将上述粉料混合均匀，得混合粉料；
(2)将混合粉料与石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉、氧化铝短纤维于高速搅拌机中混合均匀；将混合均匀的粉料装至耐火材料模具中，刮平后置于隧道窑中，先升温至1030℃，保温55min，再以5℃/min的速度升温至1155℃，保温70min；
(3)烧结结束后在隧道窑中冷却至90℃以下，取出，空冷至室温，按要求切割成发泡陶瓷保温板。
对比例1：
与实施例1相比，制备对比例1发泡陶瓷保温板中的原料不含有锆英石，其他均与实施例1一致。
对比例2：
与实施例1相比，制备对比例1发泡陶瓷保温板中的原料不含有氧化铝短纤维，其他均与实施例1一致。
对本发明实施例1-6与对比例1-2中的发泡陶瓷保温板进行性能测试，具体测试值如表7所示。
表7：
Figure BDA0002296980060000141
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
Figure FDA0002296980050000011
2.根据权利要求1所述的利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
Figure FDA0002296980050000012
3.根据权利要求1所述的利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，其特征在于，所述氧化铝短纤维的直径为1-4μm，氧化铝短纤维的长度为0.5-2.5mm；氧化铝的含量为93-96％。
4.根据权利要求1所述的利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，其特征在于，所述复合发泡剂为碳化硅、石墨、碳酸锂、碳酸钙中的至少两种。
5.根据权利要求4所述利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，其特征在于，所述复合发泡剂为碳化硅、石墨按质量比1：0.5-0.8组成。
6.根据权利要求4所述利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，其特征在于，所述复合发泡剂为石墨、碳酸锂、碳酸钙按质量比1：0.5-0.8：0.5组成。
7.根据权利要求1所述利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板，其特征在于，所述石煤提钒尾矿粉含水率小于2wt％；按照重量百分比由如下粒度的石煤提钒尾矿粉组成：粒度为0.2-0.5mm的石煤提钒尾矿粉10-15wt％，粒度为0.05-0.2mm的石煤提钒尾矿粉15-20wt％，余量为粒度小于0.05mm的石煤提钒尾矿粉。
所述铁尾矿粉，含水率小于3wt％；按照重量百分比由如下粒度的铁尾矿粉组成：粒度为0.1-0.5mm的铁尾矿粉10-15wt％，粒度为0.05-0.1mm的铁尾矿粉25-30wt％，余量为粒度小于0.05mm的铁尾矿粉。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)高岭土、硅藻土、滑石粉、硅酸钠、锆英石经球磨机干磨至220目以下，将复合发泡剂经球磨机干磨至300目以下；再将上述粉料混合均匀，得混合粉料；
(2)将混合粉料与石煤提钒尾矿粉、铁尾矿粉、氧化铝短纤维于高速搅拌机中混合均匀；将混合均匀的粉料装至耐火材料模具中，刮平后置于隧道窑中，先升温至1000-1050℃，保温50-70min，再升温至1155-1170℃，保温60-75min；
(3)烧结结束后在隧道窑中冷却至90℃以下，取出，空冷至室温，按要求切割成发泡陶瓷保温板。
9.根据权利要求8所述的利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，升温至1000-1050℃，保温后以5-5.5℃/min的速度升温至1150-1170℃。
10.根据权利要求8所述的利用尾矿制备的轻质发泡陶瓷保温板的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，先升温至1020℃，保温50-70min，再升温至1165℃，保温70min。
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