CN111004047A - 发泡陶瓷工业量产的新工艺、发泡陶瓷及其应用、建筑构件 - Google Patents

发泡陶瓷工业量产的新工艺、发泡陶瓷及其应用、建筑构件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发泡陶瓷生产技术领域，具体而言，提供了一种发泡陶瓷工业量产的新工艺、发泡陶瓷及其应用、建筑构件。所述发泡陶瓷工业量产的新工艺包括以下步骤：原料依次经破碎、粉磨、练泥、挤出成型、干燥和烧成，得到所述发泡陶瓷。该工艺采用练泥、挤出成型取代传统的湿法球磨和喷雾干燥制粉工艺，节省了干燥脱水制粉所需的能耗，且无需粉料布料系统，省去了窑计量配料炉耐火围边、碳化硅支架、耐火棉等窑具，大幅降低窑炉燃气能耗，因而该工艺的烧成周期短、能源成本和设备成本低。另外，采用该工艺得到的坯体的规整度高，可以通过调整挤出口形状按需生产构件，因而在后续的加工过程中的切磨损耗量小，从而有效避免了原料浪费，提升了产量。

Description

发泡陶瓷工业量产的新工艺、发泡陶瓷及其应用、建筑构件
技术领域
本发明涉及发泡陶瓷领域，具体而言，涉及一种发泡陶瓷工业量产的新工艺、发泡陶瓷及其应用、建筑构件。
背景技术
目前我国大力发展钢结构和装配式建筑，提高建筑工程标准和质量。我国正积极推进新型城镇化建设，对于新型建筑节能建材需求巨大。同时，我国已强制实行公共建筑节能，需要使用大量墙体保温材料，有机易燃墙体保温材料不仅已经造成多起严重的火灾事故，而且存在用量大、耗能高、污染较严重等问题，已经不能适应市场需要。
发泡陶瓷通体均为无机材料，经过高温烧制，因具备轻质、高强、防火、防水、防渗、抗冻融等性能优势，作为上述背景下的理想的无机轻质装配式墙体材料，可大幅减少结构和基础造价，施工便捷，经济效益明显。
目前所有生产发泡陶瓷的主体工艺基本都类同于建筑陶瓷生产工艺，即包括破碎-配料-湿法球磨-喷雾干燥-布料-隧道窑烧成-拆板-切磨等工艺流程，对目前工艺所进行的优化和改进也主要是在现有的工艺流程框架内所进行的。采用现有的发泡陶瓷的主体工艺所得到的发泡陶瓷成本高，产量低，因此极大的限制了发泡陶瓷的推广应用。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，该工艺采用练泥、挤出成型取代传统的湿法球磨和喷雾干燥制粉工艺，节省了干燥脱水制粉所需的能耗，且无需粉料布料系统，省去了窑计量配料炉耐火围边、碳化硅支架、耐火棉等窑具，大幅降低窑炉燃气能耗，因而该工艺的烧成周期短、能源成本和设备成本低。另外，采用该工艺得到的坯体的规整度高，因而在后续的加工过程中的切磨损耗量小，从而有效避免了原料浪费，提升了产量。
本发明的第二目的在于提供一种可工业量产发泡陶瓷。
本发明的第三目的在于提供一种发泡陶瓷在建筑施工中的应用。
本发明的第四目的在于提供一种建筑构件。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，包括以下步骤：原料依次经破碎、粉磨、练泥、挤出成型、干燥和烧成，得到所述发泡陶瓷。
作为进一步优选的技术方案，所述原料包括：主体原料、塑性调整剂和任选的外加剂；
优选地，主体原料包括硅酸盐矿物；
优选地，所述硅酸盐矿物包括石英、长石、云母、方解石或滑石中的至少一种；
优选地，所述硅酸盐矿物包括选矿尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣或工业污泥中的至少一种；
优选地，塑性调整剂包括无机增塑剂和/或有机增塑剂；
优选地，无机增塑剂包括水玻璃和/或粘土；
优选地，粘土包括高岭土和/或膨润土；
优选地，无机增塑剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的5％-25％；
优选地，有机增塑剂包括纤维素、淀粉或聚丙烯酰胺中的至少一种；
优选地，有机增塑剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.5％-30％；
优选地，塑性调整剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的5％-15％；
优选地，塑性调整剂加入后泥料的塑性指数不低于8；
优选地，外加剂包括发泡剂、稳泡剂或调整剂中的至少一种；
优选地，外加剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.1％-4％；
优选地，发泡剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.1％-2％；
优选地，稳泡剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的1％-5％；
优选地，调整剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.5％-5％。
作为进一步优选的技术方案，所述发泡陶瓷包括以下质量百分含量的各组分：
(a)K2O和Na2O：5％-15％；
(b)Al2O3：10％-35％；
(c)SiO2：45％-80％；
(d)CaO和MgO：2％-15％；
(e)Fe2O3：0.1％-15％；
各组分质量百分含量之和为100％。
作为进一步优选的技术方案，所述工艺包括：在对原料进行粉碎之前还包括对原料进行预干燥的步骤；
优选地，预干燥包括：采用干燥机对原料进行干燥；
优选地，干燥的热源包括天然气、电、生物质燃烧、煤气或窑炉余热中的至少一种；
优选地，预干燥后原料的含水量低于5wt％。
作为进一步优选的技术方案，粉碎包括：采用粉碎设备对原料进行破碎和粉磨，得到所需粒度的原料；
优选地，粉碎设备包括球磨机、雷蒙磨或辊压式碎磨机；
优选地，所需粒度的原料的粒度为250目筛余小于5％。
作为进一步优选的技术方案，所述工艺包括：对原料依次进行破碎、粉磨、水分调节、练泥、挤出成型、干燥和烧成，得到所述发泡陶瓷；
优选地，水分调节后混合料中水的质量百分含量为10％-18％；
优选地，练泥设备包括卧式螺旋练泥机；
优选地，练泥后所得泥料的塑性指数为8-16；
优选地，成型压力为2-15MPa；
优选地，成型时的真空度大于0.075MPa；
优选地，挤出速度为0.8-16m/min。
作为进一步优选的技术方案，干燥和烧成所用设备包括隧道窑或辊道窑；
优选地，干燥温度为100-300℃，干燥时间为2-5h；
优选地，干燥后坯体的含水量为2wt％-7wt％；
优选地，烧成包括：预烧、终烧和冷却；
优选地，烧成时间为9-22h；
优选地，预烧时间为3-8h，终烧时间为4-10h，冷却时间为1-4h。
优选地，预烧温度为600-900℃；
优选地，终烧温度为1000-1250℃；
优选地，烧成后坯体膨胀率为10％-20％；
优选地，在烧成后还包括后加工的步骤，后加工包括：坯体外表面和/或坯体内腔孔的切削加工。
第二方面，本发明提供了一种采用上述发泡陶瓷工业量产的新工艺得到的发泡陶瓷。
第三方面，本发明提供了一种上述发泡陶瓷在建筑施工中的应用。
第四方面，本发明提供了一种建筑构件，包括上述发泡陶瓷。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的发泡陶瓷工业量产的新工艺中，原料经破碎和粉磨后，首先进行练泥和挤出成型，成型后干燥和烧成得到发泡陶瓷产品。该工艺采用练泥、挤出成型取代传统的湿法球磨和喷雾干燥制粉工艺，节省了干燥脱水制粉所需的能耗，且无需粉料布料系统，省去了窑计量配料炉耐火围边、碳化硅支架、耐火棉等窑具，大幅降低窑炉燃气能耗，因而该工艺的烧成周期短、能源成本和设备成本低。另外，由于挤出成型工艺在塑性原料成型时通过调节挤出口的形状即可得到不同规格的坯体，在成型时调整坯体尺寸的难度远远低于烧成后切割坯体的难度，因此采用该工艺得到的坯体的规整度高，可以通过调整挤出口形状按需生产构件，因而在后续的加工过程中的切磨损耗量小，从而有效避免了原料浪费，提升了产量。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的发泡陶瓷生产工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
根据本发明的一个方面，提供了一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，包括以下步骤：原料依次经破碎、粉磨、练泥、挤出成型、干燥和烧成，得到所述发泡陶瓷。
上述工艺中，原料经破碎和粉磨后，首先进行练泥和挤出成型，成型后干燥和烧成得到发泡陶瓷产品。该工艺采用练泥、挤出成型取代传统的湿法球磨和喷雾干燥制粉工艺，节省了干燥脱水制粉所需的能耗，且无需粉料布料系统，省去了窑计量配料炉耐火围边、碳化硅支架、耐火棉等窑具，大幅降低窑炉燃气能耗，因而该工艺的烧成周期短、能源成本和设备成本低。另外，由于挤出成型工艺在塑性原料成型时通过调节挤出口的形状即可得到不同规格的坯体，在成型时调整坯体尺寸的难度远远低于烧成后切割坯体的难度，因此采用该工艺得到的毛坯的规整度高，可以通过调整挤出口形状按需生产构件，因而在后续的加工过程中的切磨损耗量小，从而有效避免了原料浪费，提升了产量。
在一种优选的实施方式中，所述原料包括：主体原料、塑性调整剂和任选的外加剂。主体原料是指形成发泡陶瓷主体结构的原料，包括但不限于碱铝硅质原料以及起助熔作用的长石、白云石等硅酸盐矿物。塑性调整剂是指用于调整混合料塑性的材料。
优选地，主体原料包括硅酸盐矿物。硅酸盐矿物是一类由金属阳离子与硅酸根化合而成的含氧酸盐矿物，其包括钠钾镁钙钡铝等元素。
优选地，所述硅酸盐矿物包括石英、长石、云母、方解石或滑石中的至少一种。
优选地，所述硅酸盐矿物包括选矿尾矿、煤矸石、粉煤灰或工业污泥中的至少一种。典型但非限制性地，硅酸盐矿物来源于选矿尾矿，煤矸石，粉煤灰，工业污泥，选矿尾矿和煤矸石的组合，煤矸石和粉煤灰的组合，粉煤灰和工业污泥的组合，选矿尾矿、煤矸石和粉煤灰的组合，或煤矸石、粉煤灰和工业污泥的组合等。硅酸盐矿物选择以上固废物，能够使固废得以资源化利用，同时进一步降低发泡陶瓷的生产成本。工业污泥是指工业废水处理站产生的污泥，一般无机污泥较多，含有生产废水中的化学成分。
优选地，塑性调整剂包括无机增塑剂和/或有机增塑剂。塑性调整剂包括但不限于无机增塑剂，有机增塑剂，或无机增塑剂和有机增塑剂的组合。
优选地，无机增塑剂包括水玻璃和/或粘土。无机增塑剂包括但不限于水玻璃，粘土，或水玻璃和粘土的组合。
水玻璃是硅酸钠的水溶液，水玻璃在成型时可以改善整体原料的塑性，起到粘结作用，在烧成时由于引入钠离子，可降低烧成温度，且不会在后期烧成发泡过程产生其它不利气体。粘土是含沙粒很少、有黏性的土壤，水分不容易从中通过因而具有较好的可塑性。以上无机增塑剂来源广泛，价格低廉，且具有优良的增塑效果，用于制备发泡陶瓷，能够降低发泡陶瓷的生产成本，且制得的发泡陶瓷的规整度高、成品率高。
优选地，粘土包括高岭土和/或膨润土。粘土包括但不限于高岭土，膨润土，或高岭土和膨润土的组合。
高岭土是一种非金属矿物，它是一种主要由高岭石粘土矿物组成的粘土和粘土岩，因为它白色细腻，又叫白云土，高岭土具有良好的可塑性和耐火性等理化性质。膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，是一种黏土岩、亦称蒙脱石黏土岩。膨润土和膨润土均可调节混合料的塑性。
优选地，无机增塑剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的5％-25％。无机增塑剂的质量百分含量典型但非限制性的为5％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％或25％。
优选地，有机增塑剂包括纤维素、淀粉或聚丙烯酰胺中的至少一种。有机增塑剂包括但不限于纤维素，淀粉，聚丙烯酰胺，纤维素和淀粉的组合，纤维素、淀粉和聚丙烯酰胺的组合等。纤维素、淀粉或聚丙烯酰胺均可有效增加烧成坯料的塑性，有利于挤出成型；且后期烧成发泡过程中分解温度较低，在发泡陶瓷熔融发泡之前已经分解，不会对发泡过程产生不利影响。
优选地，有机增塑剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.5％-30％。有机增塑剂的质量百分含量典型但非限制性的为0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％或30％。
无机增塑剂和有机增塑剂的含量均不宜过多或过少，当在以上范围内时，增塑效果最好，且不会对发泡陶瓷的性能带来不利影响。如果含量过多，则混合料塑性过高，成型后的形状不稳定，不利于形成形状规整的坯料；如果含量过少，则混合料塑性过低，则练泥和基础成型较为困难，加大了工艺难度，且坯体品质一致性较差。
优选地，塑性调整剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的5％-15％。塑性调整剂的质量百分含量典型但非限制性的为5％、10％或15％。塑性调整剂的含量不宜过多或过少，过少则无法使混合料的塑性达到要求，会降低后续的练泥和挤出成型的成功率，进而会降低坯体的质量，过多则会对发泡陶瓷的质量和强度带来不利影响。
优选地，塑性调整剂加入后泥料的塑性指数不低于8。塑性调整剂的塑性指数不宜过低，过低则对混合料塑性的调整作用不明显，而且还会加大其用量，不利于发泡陶瓷性能的发挥。
优选地，外加剂包括发泡剂、稳泡剂或调整剂中的至少一种。发泡剂是指能够使对象物质成孔的物质。调整剂泛指内生成矿作用中对成矿物质的运移和集中起重要媒介作用的物质，加入少量的调整剂能促进烧结和改善制品某些性能，例如抑制晶粒的过度长大，提高制品强度。
优选地，外加剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.1％-4％。外加剂的含量典型但非限制性的为0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％或4％。
优选地，发泡剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.1％-2％。发泡剂的质量百分含量典型但非限制性的为0.1％、0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％或2％。发泡剂的含量在上述范围内时，发泡陶瓷内部气孔的数量和大小均较为合适，且陶瓷密度较低、强度较高。发泡剂的含量过高，则气孔数量过多，发泡陶瓷的强度过低；发泡剂的含量过低，则气孔数量不足，发泡陶瓷的密度过高，不利于发泡陶瓷的应用。
优选地，稳泡剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的1％-5％。稳泡剂的质量百分含量典型但非限制性的为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％。
优选地，调整剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.5％-5％。调整剂的质量百分含量典型但非限制性的为0.5％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％。
以上所涉及到的“发泡陶瓷各原料总质量”是指制备发泡陶瓷所需的各种原料的总质量，例如，当发泡陶瓷由主体原料和塑性调整剂制成，则发泡陶瓷各原料总质量为主体原料的质量和塑性调整剂的质量的总和；当发泡陶瓷由主体原料、塑性调整剂和外加剂制成，则发泡陶瓷各原料总质量为主体原料的质量、塑性调整剂的质量和外加剂的质量的总和。
优选地，所述发泡陶瓷包括以下质量百分含量的各组分：
(a)K2O和Na2O：5％-15％；
(b)Al2O3：10％-35％；
(c)SiO2：45％-80％；
(d)CaO和MgO：2％-15％；
(e)Fe2O3：0.1％-15％；
各组分质量百分含量之和为100％。
其中，K2O、Na2O、CaO和MgO作为溶剂组分，Al2O3和SiO2作为骨架构建组分，经不断试验发现，发泡陶瓷烧制成功的关键在于在高温烧成过程中，发泡陶瓷的坯体产生液相时，发泡剂开始发生反应产生气体，在此温度下，发泡剂的反应产气速率与液相的粘度和表面张力能否契合决定着烧制出发泡陶瓷的气孔结构及最终性能，SiO2和Al2O3具有提高液相粘度，降低孔隙率的作用；CaO、Na2O均具有强烈的助熔作用，可以降低烧成温度，增加液相量和液相粘度，增大孔隙率和气孔孔径；MgO是一种特殊的助熔组分，在降低烧成温度及液相粘度的情况下，可以增大液相的表面张力，具有稳泡的作用。当发泡陶瓷为以上化学组成时，发泡陶瓷的性能更加稳定，不易变形，安全稳固性好，抗老化性能好。
K2O和Na2O的总含量典型但非限制性的为5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％或15％；Al2O3的含量典型但非限制性的为10％、15％、20％、25％、30％或35％；SiO2的含量典型但非限制性的为45％、50％、52％、54％、56％、58％、60％、62％、64％、66％、68％、70％、75％或80％；CaO和MgO的总含量典型但非限制性的为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％或15％；Fe2O3的总含量典型但非限制性的为0.1％、1％、2％、3％、5％、8％、10％、12％或15％。
在一种优选的实施方式中，在对原料进行破碎之前还包括对原料进行预干燥的步骤。当原料中含水量较多时，需要对原料进行干燥以去除原料中多余的水分，然后再进行粉碎、练泥和挤出成型等步骤。
优选地，预干燥包括：采用干燥机对原料进行干燥。
可选地，所述干燥机包括烘干机。
优选地，干燥的热源包括天然气、电、生物质燃烧、煤气或窑炉余热中的至少一种。
优选地，预干燥后原料的含水量低于5wt％。上述含水量例如可以为：0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％或4.5wt％等。
应当理解的是，如果原料本身的含水量即低于5wt％，则无需再进行以上干燥的步骤，直接进行配料即可。
传统发泡陶瓷工艺为原料配料后，加水球磨，磨细后，原料的含水率为30-50％，然后直接干燥至水分为5％以下。本发明的该工艺为将原料预干燥后直接破碎球磨，之后的挤出成型工艺原料的含水率为10-15％，远远低于球磨后原料的含水率，因此再进行干燥时难度远远降低，显著降低干燥脱水的成本。
在一种优选的实施方式中，粉碎包括：采用粉碎设备对原料进行破碎和粉磨，得到所需粒度的原料。原料经破碎和粉磨后粒度变小，得到所需粒度的原料。
优选地，粉碎设备包括球磨机、雷蒙磨或辊压式碎磨机。
可选地，在粉磨后还包括分离的步骤，可选地，分离设备包括风力分级机。
优选地，所需粒度的原料的粒度为250目筛余小于5％。当粉碎后原料的粒度符合以上要求时，能够使所得发泡陶瓷的粒径大小适中，发泡陶瓷的力学性能更好。
在一种优选的实施方式中，所述工艺包括：对原料依次进行破碎、粉磨、水分调节、练泥、挤出成型、干燥和烧成，得到所述发泡陶瓷。原料经破碎和粉磨后首先经过水分调节，使含水量达到较佳范围，有利于后续练泥和挤出成型工艺的进行。
可选地，原料采用皮带输送到练泥设备处进行练泥。
优选地，水分调节后混合料中水的质量百分含量为10％-18％。该质量百分含量是指水的质量占混合料的质量的百分比。水的质量百分含量典型但非限制性的为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％或18％。经大量实验验证得知，当水的含量在以上范围内时，练泥和挤出成型所需的压力相对较小，节约能源。应当理解的是，上述“混合料”是指经过破碎、粉磨、水分调节和任选的预干燥之后的发泡陶瓷所有原料的混合物。
优选地，练泥设备包括卧式螺旋练泥机。
优选地，练泥后所得泥料的塑性指数为8-16。上述塑性指数典型但非限制性的为8、9、10、11、12、13、14、15或16。泥料的塑性指数在以上范围内时，所得泥料在挤出成型时可塑性更强、较容易变形。
优选地，成型压力为2-15MPa。上述成型压力典型但非限制性的为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15MPa。成型压力不宜过大或过小，当成型压力在以上范围内时，泥料的混合均匀性和稳定性较好，且陶瓷产品致密度较高，如果成型压力过大，则会导致陶瓷产品致密度过高，不利于得到轻质的发泡陶瓷，如果成型压力过小，则发泡陶瓷内部的均匀性较差、稳定性较差。
优选地，成型时的真空度大于0.075MPa。该真空度是指挤出成型时挤出成型设备内部的真空度。
优选地，挤出速度为0.8-16m/min。上述挤出速度典型但非限制性的为0.8、1、2、4、6、8、10、12、14、16或18m/min。挤出速度的大小表征着挤出生产能力的高低。挤出速度过快，则发泡陶瓷产品的几何尺寸的精度较差，挤出速度过慢，则生产速率过慢，时间成本过高。当挤出速度在上述范围内时，能够兼顾产品尺寸精度和生产速率，使二者均达到较佳水平。
可选地，挤出尺寸和形状根据挤出机挤出口尺寸和挤出模具进行调整。
在一种优选的实施方式中，干燥和烧成所用设备包括隧道窑或辊道窑。干燥利用窑炉的余热进行，大大减少干燥能源成本。上述干燥和烧成所用的设备为同种设备，即同时为隧道窑或同时为辊道窑。
优选地，干燥温度为100-300℃，干燥时间为2-5h。干燥温度典型但非限制性的为100、120、150、180、200、220、250、280或300℃；干燥时间典型但非限制性的为2、2.5、3、3.5、4、4.5或5h。当干燥时间和干燥温度在上述范围内时，能够使生坯内的自由水尽可能完全的干燥，提高生坯强度，便于后续的烧成工艺，有利于缩短烧成周期，降低能耗，干燥温度过高，则干燥速度过快，坯体内易产生缺陷，干燥温度过低，则干燥速率过慢，会使干燥时间延长，生产速率降低。干燥时间过短，则无法将生坯内的水分有效排除，而时间过长则仅能增加时间成本，不利于生产效率的提高，而无法进一步去除水分。
优选地，干燥后坯体的含水量为2wt％-7wt％。干燥后坯体的含水量需控制在2wt％-7wt％，含水量过高，则在烧成时坯体中的水分剧烈排出，容易使坯体开裂，甚至使坯体炸裂，含水量过低，不但会使干燥阶段所需时间过长，且结合水等也不易排出。
优选地，烧成包括：预烧、终烧和冷却。
优选地，烧成时间为9-22h。烧成时间典型但非限制性的为9、10、12、14、16、18、20或22h。
优选地，预烧时间为3-8h，终烧时间为4-10h，冷却时间为1-4h。上述预烧时间典型但非限制性的为2、4、5、6、7或8h；终烧时间典型但非限制性的为4、5、6、7、8、9或10h；冷却时间典型但非限制性的为1、2、3或4h。上述冷却时间短、冷却速度快。
优选地，预烧温度为600-900℃。预烧温度典型但非限制性的为600、650、700、750、800℃或900℃。
优选地，终烧温度为1000-1250℃。终烧温度典型但非限制性的为1000、1050、1100、1200或1250℃。当终烧温度在以上范围内时，能够使各原料之间完全反应，使坯体强度升高，膨胀率适宜，陶瓷气孔率合理。终烧温度过高则浪费能源，坯体膨胀率过大，且还会使陶瓷过于致密，气孔率过低，不利于制备轻质陶瓷；终烧温度过低，则各原料之间的反应不够彻底，坯体膨胀率过小，陶瓷致密化程度不够，强度过低。
优选地，烧成后坯体膨胀率为10％-20％。上述坯体膨胀率典型但非限制性的为10％、12％、14％、16％、18％或20％。坯体的膨胀率通过发泡剂、配方组分、烧成温度等方面去调整。上述“膨胀率”是指坯体烧成后的体积相对于烧成前体积增加的百分比。当坯体膨胀率在以上范围内时，发泡陶瓷产品内的气孔率合理，陶瓷的质量更高，膨胀率过高会使气孔率过高，从而导致陶瓷强度下降，膨胀率过低则气孔率过低，从而导致陶瓷密度过大。
在一种优选的实施方式中，在烧成后还包括后加工的步骤，后加工包括：坯体外表面和/或坯体内腔孔的切削加工。采用该后加工工艺能够得到形状更加多样的发泡陶瓷产品，产品结构更加丰富。
上述发泡陶瓷的孔洞结构包括两种孔构造，第一种孔全部是由发泡剂产生的独立封闭的均匀闭孔，使得发泡陶瓷具有轻质、隔热、保温等性能；第二种孔是由挤出成型模具设计构建的内腔贯通孔(也可以是无孔)，形状规格可根据需求任意调整，使得发泡陶瓷的密度更小，更有利于施工和使用。
图1所示为本发明一种实施方式的发泡陶瓷生产工艺流程图，依次包括计量配料、破碎粉磨、水分调节练泥、挤出成型、干燥烧成和切磨加工(也称为切削加工)。
上述工艺具有以下优势：
一、显著降低了干燥脱水能耗。湿法球磨工艺需要将原料调控水分在浓度约35-50％进行长时间的湿法球磨，针对很多干基物料，则还需加水再烘干制粉；本方案可利用干法粉磨系统将物料和发泡剂进行混合粉磨，后只需调控成型水分在10-18％即可，这些水分在进窑炉之前需降低至约2-7％以下，可显著降低干燥脱水所需能耗。
二、缩短烧成周期和冷却周期，提高产量降低燃气能耗；目前的发泡陶瓷大板材的烧成周期长，3米宽的隔墙板烧成周期一般在24-48h，所需隧道窑或辊道窑需要200-360米。天然气能耗都大于在100立方/立方米产品。造成发泡陶瓷长烧成周期的原因主要在于2方面，一是烧成带厚板材实心堆积布料必须在较长高温带完成烧成发泡；另一方面大规格发泡陶瓷板因本身闭孔结构难以散热，所需的窑炉冷却带较长，否则容易引起板材激冷炸裂成品率不足。而本技术方案可直接利用挤出成型为空心板材，实现快速烧成发泡和散热，显著缩短烧成和冷却周期，克服现有厚尺寸大规格发泡陶瓷板在烧成后容易炸裂的问题。
三、降低切割废料量，增加成材率和拓展结构。和产品的异型加工全部依赖切割和刨磨加工，发泡陶瓷切割加工损耗大，切割废料难以回用。本技术方案可灵活更改挤出成型系统的模具，灵活实现异型加工，烧成厚发泡陶瓷板材尺寸规整，切割废料少。而且产品的可设计为中空多孔板材，提供产品功能性的连通结构和材料本身的封闭孔相结合，有利于更进一步降低产品密度和降低导热系数，拓宽产品的功能性和应用领域。
四、全面取代大量窑具和围边。目前发泡陶瓷生产过中将干燥粉料布料在大型烧成匣钵中，烧成需要大量的耐火围边和梁柱结构，这些窑具一方面大量消耗大量燃气热能；另一方面窑车必须由工人进行手工拆卸和组装围边难以实现拆板过程中的自动化，甚至容易增加窑炉倒窑的风险，利用粉料成型为挤出坯体，不再需要围边和大量耐火梁柱结构，可很好地解决上述问题。
根据本发明的另一方面，提供了一种采用上述发泡陶瓷工业量产的新工艺得到的发泡陶瓷。该发泡陶瓷采用上述生产工艺得到，因而具有成本低廉和产量高的优点。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述发泡陶瓷在建筑施工中的应用。上述发泡陶瓷可作为防火、防水、隔热、保温和抗冻融等材料应用于建筑施工中，减少建筑施工的基础造价，经济效益更高。
根据本发明的另一方面，提供了一种建筑构件，包括上述发泡陶瓷。该建筑构件包括上述发泡陶瓷，因而具有成本低和产量高的优点。
上述“建筑构件”是指构成建筑物的各个要素，包括但不限于梁、板、墙、门或窗等。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，包括以下步骤：粉碎(破碎和粉磨)后的原料依次经练泥、挤出成型、干燥和烧成，得到所述发泡陶瓷；
原料包括：主体原料59％、塑性调整剂35％和外加剂6％；主体原料为选矿尾矿，塑性调整剂为高岭土25％和纤维素10％，外加剂包括发泡剂3％和调整剂3％；
注：以上百分含量均是指该原料占原料总质量的百分含量；
发泡陶瓷包括以下质量百分含量的各组分：K2O和Na2O共18％、Al2O335％、SiO245％、CaO和MgO共8％和Fe2O3 4％；
练泥后所得泥料的塑性指数为6，成型压力为17MPa，成型时的真空度为0.05MPa，挤出速度为0.5m/min；
干燥温度为320℃，干燥时间为1h；
烧成包括：预烧、终烧和冷却，预烧温度为550℃，终烧温度为980℃，终烧时间为12h，烧成时间为25h，烧成后坯体膨胀率为8％。
实施例2-3
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例1不同的是，实施例2-3中的主体原料分别为煤矸石和粉煤灰。
实施例4-5
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例1不同的是，实施例4-5中的塑性调整剂分别为膨润土和聚丙烯酰胺。
实施例6
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例1不同的是，本实施例中，原料包括：主体原料65％、塑性调整剂30％和外加剂4％(其中发泡剂2％、调整剂2％)，塑性调整剂包括高岭土22％和纤维素8％。
实施例7
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例1不同的是，本实施例中，原料包括：主体原料99.6％、塑性调整剂0.5％和外加剂0.1％(发泡剂0.1％)，塑性调整剂包括高岭土0.3％和纤维素0.2％。
实施例8
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例1不同的是，本实施例中，原料包括：主体原料83％、塑性调整剂15％和外加剂2％(其中发泡剂1％、调整剂1％)，塑性调整剂包括高岭土12％和纤维素3％。
实施例6-8中，塑性调整剂和外加剂的含量均在本发明优选范围内。
实施例9
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例8不同的是，本实施例中，发泡陶瓷包括以下质量百分含量的各组分：K2O和Na2O共5％、Al2O3 35％、SiO2 50％、CaO和MgO共5％和Fe2O3 5％。
实施例10
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例8不同的是，本实施例中，发泡陶瓷包括以下质量百分含量的各组分：K2O和Na2O共10％、Al2O3 10％、SiO2 70％、CaO和MgO共10％。
实施例11
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例8不同的是，本实施例中，发泡陶瓷包括以下质量百分含量的各组分：K2O和Na2O共8％、Al2O3 10％、SiO2 60％、CaO和MgO共7％和Fe2O3 5％。
实施例9-11中发泡陶瓷的化学组成在本发明优选范围内。
实施例12-14
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例11不同的是，实施例12-14中，练泥后所得泥料的塑性指数分别为8、10和15。
实施例12-14中练泥后所得泥料的塑性指数均在本发明优选范围内。
实施例15-17
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例14不同的是，实施例15-17中，成型压力分别为2、10和15MPa，成型时的真空度分别为0.075、0.01和0.02MPa，挤出速度分别为0.8、8和16m/min。
实施例15-17中，成型压力、成型时的真空度和挤出速度均在本发明优选范围内。
实施例18-20
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例17不同的是，实施例18-20中，干燥温度分别为100、200和300℃，干燥时间分别为5、3.5和2h。
实施例18-20中，干燥温度和干燥时间均在本发明优选范围内。
实施例21-23
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例20不同的是，实施例21-23中，预烧温度分别为600、700和900℃，终烧温度分别为1000、1100和1250℃，终烧时间分别为10、8和4h。
实施例21-23中，预烧温度、终烧温度和终烧时间均在本发明优选范围内。
实施例24-26
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例23不同的是，实施例24-26中，烧成时间分别为5、15和24h，烧成后坯体膨胀率分别为10％、15％和20％。
实施例24-26中，烧成时间和烧成后坯体膨胀率均在本发明优选范围内。
实施例27
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例26不同的是，本实施例中，所述工艺包括：对原料依次进行干燥、粉碎、练泥、挤出成型、干燥和烧成，得到所述发泡陶瓷；
干燥包括：首先依次采用回转窑和烘干机对原料进行一次干燥，然后依次采用旋风除尘器和袋式除尘器进行二次干燥；
一次干燥的热源为天然气，干燥后原料的含水量低于5％；
粉碎包括：采用球磨机对原料进行粉碎，然后采用风力分级机分离得到所需粒度的原料，所需粒度的原料的粒度为250目筛余小于5％。
实施例28-30
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例27不同的是，实施例28-30中，所述工艺还包括对粉碎后的原料进行水分调节，然后依次进行练泥和挤出成型的步骤，水分调节后混合料中水的质量百分含量分别为10％、13％和18％。
实施例31
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例30不同的是，实施例31中，在烧成后还包括后加工的步骤，后加工包括：坯体外表面和坯体内腔孔的切削加工。
对比例1
一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，与实施例1不用的是，主体工艺基本都类同于建筑陶瓷生产工艺，本对比例的发泡陶瓷生成工艺包括破碎-配料-湿法球磨-喷雾干燥-布料-隧道窑烧成-拆板-切磨等工艺流程，对目前工艺所进行的优化和改进也主要是在现有的工艺流程框架内所进行的。目前生产的发泡陶瓷制品主要为长方体形状的保温隔墙板，如需加工成特殊形状的发泡陶瓷预制构件，需要进行复杂的切割加工手段。即采用现有的发泡陶瓷的主体工艺所得到的发泡陶瓷成本高，产量低，因此极大的限制了发泡陶瓷的推广应用。
湿法球磨工艺水量大、喷雾干燥制粉工艺造成脱水能耗高；生产过程需布料段粉尘大；窑车布料和拆装耐火围边等窑具用量大且窑车围边无法实现自动化装卸；窑炉烧成和冷却周期长；无法实现产品异型件生产且因烧成毛坯规整度差导致严重切割浪费。
效果检验
Figure BDA0002285441130000211
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种发泡陶瓷工业量产的新工艺，其特征在于，包括以下步骤：原料依次经破碎、粉磨、练泥、挤出成型、干燥和烧成，得到所述发泡陶瓷。
2.根据权利要求1所述的发泡陶瓷工业量产的新工艺，其特征在于，所述原料包括：主体原料、塑性调整剂和任选的外加剂；
优选地，主体原料包括硅酸盐矿物；
优选地，所述硅酸盐矿物包括石英、长石、云母、方解石或滑石中的至少一种；
优选地，所述硅酸盐矿物包括选矿尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣或工业污泥中的至少一种；
优选地，塑性调整剂包括无机增塑剂和/或有机增塑剂；
优选地，无机增塑剂包括水玻璃和/或粘土；
优选地，粘土包括高岭土和/或膨润土；
优选地，无机增塑剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的5％-25％；
优选地，有机增塑剂包括纤维素、淀粉或聚丙烯酰胺中的至少一种；
优选地，有机增塑剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.5％-30％；
优选地，塑性调整剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的5％-15％；
优选地，塑性调整剂加入后泥料的塑性指数不低于8；
优选地，外加剂包括发泡剂、稳泡剂或调整剂中的至少一种；
优选地，外加剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.1％-4％；
优选地，发泡剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.1％-2％；
优选地，稳泡剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的1％-5％；
优选地，调整剂的质量占发泡陶瓷各原料总质量的0.5％-5％。
3.根据权利要求1所述的发泡陶瓷工业量产的新工艺，其特征在于，所述发泡陶瓷包括以下质量百分含量的各组分：
(a)K2O和Na2O：5％-15％；
(b)Al2O3：10％-35％；
(c)SiO2：45％-80％；
(d)CaO和MgO：2％-15％；
(e)Fe2O3：0.1％-15％；
各组分质量百分含量之和为100％。
4.根据权利要求1所述的发泡陶瓷工业量产的新工艺，其特征在于，在对原料进行破碎之前还包括对原料进行预干燥的步骤；
优选地，预干燥包括：采用干燥机对原料进行干燥；
优选地，干燥的热源包括天然气、电、生物质燃烧、煤气或窑炉余热中的至少一种；
优选地，预干燥后原料的含水量低于5wt％。
5.根据权利要求4所述的发泡陶瓷工业量产的新工艺，其特征在于，粉碎包括：采用粉碎设备对原料进行破碎和粉磨，得到所需粒度的原料；
优选地，粉碎设备包括球磨机、雷蒙磨或辊压式碎磨机；
优选地，所需粒度的原料的粒度为250目筛余小于5％。
6.根据权利要求1所述的发泡陶瓷工业量产的新工艺，其特征在于，所述工艺包括：对原料依次进行破碎、粉磨、水分调节、练泥、挤出成型、干燥和烧成，得到所述发泡陶瓷；
优选地，水分调节后混合料中水的质量百分含量为10％-18％；
优选地，练泥设备包括卧式螺旋练泥机；
优选地，练泥后所得泥料的塑性指数为8-16；
优选地，成型压力为2-15MPa；
优选地，成型时的真空度大于0.075MPa；
优选地，挤出速度为0.8-16m/min。
7.根据权利要求1-6任一项所述的发泡陶瓷工业量产的新工艺，其特征在于，干燥和烧成所用设备包括隧道窑或辊道窑；
优选地，干燥温度为100-300℃，干燥时间为2-5h；
优选地，干燥后坯体的含水量为2wt％-7wt％；
优选地，烧成包括：预烧、终烧和冷却；
优选地，烧成时间为9-22h；
优选地，预烧时间为3-8h，终烧时间为4-10h，冷却时间为1-4h；
优选地，预烧温度为600-900℃；
优选地，终烧温度为1000-1250℃；
优选地，烧成后坯体膨胀率为10％-20％；
优选地，在烧成后还包括后加工的步骤，后加工包括：坯体外表面和/或坯体内腔孔的切削加工。
8.采用权利要求1-7任一项所述的发泡陶瓷工业量产的新工艺得到的发泡陶瓷。
9.权利要求8所述的发泡陶瓷在建筑施工中的应用。
10.一种建筑构件，包括权利要求8所述的发泡陶瓷。
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