CN111018491A - 一种发泡陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发泡陶瓷的制备方法，包括：将尾矿与助烧剂、增强剂、分散剂和发泡剂混合均匀形成混合物，其中，按重量百分含量计，所述混合物包括50％‑90％所述尾矿、5％‑30％所述助烧剂、4％‑15％所述增强剂、0.1％‑1％所述分散剂和0.1％‑5％所述发泡剂，所述尾矿包括钽铌尾矿，所述尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于85％；将所述混合物与水混合研磨制成浆料，经造粒、陈腐、烧制和冷却，得到发泡陶瓷。该制备方法简单，操作方便，充分利用钽铌尾矿，进行绿色环保处理，制得抗压强度高、抗水渗透性好、防火性能优异的发泡陶瓷，有效降低钽铌尾矿对环境的污染，提高钽铌尾矿的利用率。

Description

一种发泡陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机材料领域，特别涉及一种发泡陶瓷及其制备方法。
背景技术
发泡陶瓷是以页岩、陶土、长石等作为主要原料，加入一定量的发泡剂，制得的新型轻质材料。发泡陶瓷具有防火阻燃、变形系数小、抗老化、性能稳定的优势，适用于建筑外墙保温、防火隔离带、建筑自保温冷热桥处理等。因此，高性能发泡陶瓷的需求日益增多。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种发泡陶瓷的制备方法，通过将尾矿与助烧剂、增强剂、分散剂和发泡剂按特定比例混合，其中尾矿包括钽铌尾矿，尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于85％，经过制浆、造粒、陈腐、烧制和冷却，制得抗压强度高、抗水渗透性好、防火性能优异的发泡陶瓷，同时对钽铌尾矿进行绿色环保处理，有效降低钽铌尾矿对环境的污染，提高钽铌尾矿的利用率。
第一方面，本发明提供了一种发泡陶瓷的制备方法，包括：
将尾矿与助烧剂、增强剂、分散剂和发泡剂混合均匀形成混合物，其中，按重量百分含量计，所述混合物包括50％-90％所述尾矿、5％-30％所述助烧剂、4％-15％所述增强剂、0.1％-1％所述分散剂和0.1％-5％所述发泡剂，所述尾矿包括钽铌尾矿，所述尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于85％；
将所述混合物与水混合研磨制成浆料，经造粒、陈腐、烧制和冷却，得到发泡陶瓷。
在本申请中，将含有钽铌尾矿的尾矿与助烧剂、增强剂、分散剂和发泡剂按比例混合，其中，助烧剂有利于降低烧制阶段的温度，节约热量消耗，增强剂有利于提高发泡陶瓷的机械强度和抗压强度，分散剂有利于提高混合物中各成分的均匀分散程度，发泡剂用于使得发泡陶瓷中形成孔洞。
在本申请中，通过利用钽铌尾矿制备发泡陶瓷，提高了钽铌尾矿的利用率，降低了钽铌尾矿对环境的对环境的污染，制得绿色环保的产品，为钽铌尾矿的无公害化处理提供了新方向，为发泡陶瓷提供了新的生产原料，具有重大的经济社会效益。同时，钽铌尾矿的加入增加了发泡陶瓷的抗压强度和防火性能，提高了发泡陶瓷的使用寿命和应用范围。此外，钽铌尾矿富含长石和锂云母，可以有效降低烧成温度，有利于低温烧结的进行。
在本申请中，尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于85％，其在发泡陶瓷中起到骨架作用，使得发泡陶瓷具有较佳的机械性能、热学性能和稳定性能。
可选的，按重量百分含量计，所述混合物包括55％-80％所述尾矿、10％-28％所述助烧剂、5％-13％所述增强剂、0.3％-1％所述分散剂和1％-5％所述发泡剂。进一步的，按重量百分含量计，所述混合物包括66％-80％所述尾矿、10％-20％所述助烧剂、5％-10％所述增强剂、0.5％-1％所述分散剂和1％-3％所述发泡剂。
可选的，所述助烧剂包括滑石、氧化钙、长石和粉煤灰中的至少一种。进一步的，所述长石包括钾长石、钠长石和钙长石中的至少一种。
可选的，所述增强剂包括碳纤维、膨润土、锂辉石、硅灰石和玻璃纤维中的至少一种。
可选的，所述分散剂包括萘磺酸盐，三聚磷酸盐，木质素磺酸盐，多环芳香族盐，氨基磺酸盐，聚羧酸盐，葡萄糖酸盐和碳酸盐中的至少一种。
可选的，所述发泡剂包括三氧化二铁、碳化硅、氢化钛、碳粉、碳酸盐、硫酸铝和二氧化锰中的至少一种。进一步的，所述发泡剂包括碳化硅、氢化钛、碳粉和碳酸钙中的至少一种。
可选的，所述混合物与水混合研磨制成浆料包括：按重量百分含量计，将65％-72％所述混合物与28％-35％水混合，加入研磨介质进行研磨，制得所述浆料，其中，所述研磨介质包括氧化锆球、氮化硅球、玛瑙球、氧化铝球和刚玉球中的至少一种，所述浆料的粒径为10μm-20μm，粘度小于60Pa·s。
进一步的，采用球磨机进行研磨，所述研磨时间为2h-10h。
进一步的，所述浆料的粒径为12μm-15μm，粘度为5Pa·s-30Pa·s。
可选的，所述造粒包括通过喷雾干燥制得粒径为200μm-800μm的颗粒，所述颗粒的含水量低于10％。
可选的，所述陈腐的时间为1天-3天，温度为15℃-35℃，有利于改善颗粒的含水量，以使颗粒含水量接近，提高发泡陶瓷的稳定性。
可选的，所述烧制包括在1000℃-1200℃烧制10h-30h。进一步的，所述烧制包括以5-10℃/min的升温速率升温至1140℃-1200℃，进行烧制，有利于烧制过程中均匀传热，同时有利于孔洞的形成。更进一步的，所述烧制最高温度为1140℃-1200℃。
可选的，所述尾矿还包括钨尾矿，所述混合物中所述钽铌尾矿和所述钨尾矿的质量比为(1-5)：1。
可选的，所述助烧剂包括滑石、氧化钙、长石和粉煤灰中的至少一种。进一步的，所述长石包括钾长石、钠长石和钙长石中的至少一种。
可选的，所述增强剂包括碳纤维、膨润土、锂辉石、硅灰石和玻璃纤维中的至少一种。
可选的，所述分散剂包括萘磺酸盐，三聚磷酸盐，木质素磺酸盐，多环芳香族盐，氨基磺酸盐，聚羧酸盐，葡萄糖酸盐和碳酸盐中的至少一种。
可选的，所述发泡剂包括三氧化二铁、碳化硅、氢化钛、碳粉、碳酸盐、硫酸铝和二氧化锰中的至少一种。进一步的，所述发泡剂包括碳化硅、氢化钛、碳粉和碳酸钙中的至少一种。
本申请第一方面提供了一种发泡陶瓷的制备方法，操作简单，能够对钽铌尾矿进行绿色环保处理，制得具有高价值、优异性能的发泡陶瓷。
第二方面，本发明提供了一种发泡陶瓷，通过第一方面所述的制备方法制备得到。
可选的，当所述尾矿包括钨尾矿时，所述发泡陶瓷中，所述钽铌尾矿和所述钨尾矿的质量比为(1-5)：1。
可选的，所述发泡陶瓷的抗压强度大于5MPa，吸水率小于1.5％。进一步的，所述发泡陶瓷的抗压强度大于8MPa，吸水率小于1.3％。
本申请第二方面提供了一种发泡陶瓷，该发泡陶瓷具有优异的抗压强度和抗水渗透能力，有效提高发泡陶瓷的使用寿命和应用范围。
本申请的有益效果：
本申请提供了一种发泡陶瓷的制备方法，通过将将尾矿与助烧剂、增强剂、分散剂和发泡剂按特定比例混合，其中尾矿包括钽铌尾矿，尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于85％，经过制浆、造粒、陈腐、烧制和冷却，制得抗压强度高、抗水渗透性好、防火性能优异的发泡陶瓷，同时对钽铌尾矿进行绿色环保处理，有效降低钽铌尾矿对环境的污染，提高钽铌尾矿的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明一实施例提供的发泡陶瓷的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1，为本发明一实施例提供的发泡陶瓷的制备方法的流程图，包括：
S101：将尾矿与助烧剂、增强剂、分散剂和发泡剂混合均匀形成混合物，其中，按重量百分含量计，所述混合物包括50％-90％所述尾矿、5％-30％所述助烧剂、4％-15％所述增强剂、0.1％-1％所述分散剂和0.1％-5％所述发泡剂，所述尾矿包括钽铌尾矿，所述尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于85％。
在S101中，尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于85％，其在发泡陶瓷中起到骨架作用，使得发泡陶瓷具有较佳的机械性能、热学性能和稳定性能。进一步的，尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于88％，提高制得的发泡陶瓷的强度。
在本申请一实施例中，按重量百分含量计，混合物包括55％-80％尾矿、10％-28％助烧剂、5％-13％增强剂、0.3％-1％分散剂和1％-5％发泡剂。进一步的，按重量百分含量计，混合物包括66％-80％尾矿、10％-20％助烧剂、5％-10％增强剂、0.5％-1％分散剂和1％-3％发泡剂。在本申请中，混合物中可以但不限于包括55％、60％、65％、70％、72％或78％的尾矿。在本申请中，混合物中可以但不限于包括12％、16％、19％、20％、23％或25％的助烧剂。在本申请中，混合物中可以但不限于包括6％、7％、8.5％、9％、11％或12.5％的增强剂。在本申请中，混合物中可以但不限于包括0.3％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％或0.95％的分散剂。在本申请中，混合物中可以但不限于包括1％、2％、3.5％、4％、4.8％或5％的发泡剂。在本申请一具体实施例中，按重量百分含量计，混合物包括80％尾矿、10％助烧剂、6％增强剂、0.5％分散剂和3.5％发泡剂。在本申请另一具体实施例中，按重量百分含量计，混合物包括65％尾矿、19％助烧剂、10％增强剂、1％分散剂和5％发泡剂。
在本申请一实施例中，助烧剂包括滑石、氧化钙、长石和粉煤灰中的至少一种。在本申请中，助烧剂有助于降低烧结温度，促进烧结过程的进行，保证烧结后的发泡陶瓷具有优异的性能。进一步的，长石包括钾长石、钠长石和钙长石中的至少一种。进一步的，助烧剂包括滑石、长石和粉煤灰中的至少一种。具体的，助烧剂可以但不限于为长石和粉煤灰。在本申请另一具体实施例中，助烧剂为长石和粉煤灰时，长石和粉煤灰的质量比可以但不限于为1：(0.5-3)，具体的，可以但不限于为1：1、1：2或1:2.5。
在本申请一实施例中，增强剂包括碳纤维、膨润土、锂辉石、硅灰石和玻璃纤维中的至少一种。在本申请中，增强剂用于改变发泡陶瓷的力学性能，进一步提高发泡陶瓷的强度，促进其应用。进一步的，增强剂包括碳纤维、膨润土和玻璃纤维中的至少一种。在本申请另一具体实施例中，增强剂包括碳纤维和膨润土，碳纤维和膨润土的质量比可以但不限于为1：(0.5-2)，具体的，可以但不限于为1：0.6、1：1.2或1:1.9。
在本申请一实施例中，分散剂包括萘磺酸盐，三聚磷酸盐，木质素磺酸盐，多环芳香族盐，氨基磺酸盐，聚羧酸盐，葡萄糖酸盐和碳酸盐中的至少一种。在本申请中，分散剂用于使得混合物中各个成分均匀分散，有利于发泡陶瓷的制备。进一步的，分散剂包括萘磺酸盐，三聚磷酸盐，木质素磺酸盐，多环芳香族盐，氨基磺酸盐和聚羧酸盐中的至少一种。
在本申请一实施例中，发泡剂包括三氧化二铁、碳化硅、氢化钛、碳粉、碳酸盐、硫酸铝和二氧化锰中的至少一种。在本申请中，发泡剂用于使得陶瓷中出现气孔，制得发泡陶瓷。进一步的，发泡剂包括碳化硅、氢化钛、碳粉和碳酸钙中的至少一种。
在本申请一实施例中，尾矿还包括钨尾矿，混合物中钽铌尾矿和钨尾矿的质量比为(1-5)：1。进一步的，混合物中钽铌尾矿和钨尾矿的质量比为(1-4)：1。在本申请一具体实施例中，混合物中钽铌尾矿和钨尾矿的质量比为1.5：1。在本申请另一具体实施例中，混合物中钽铌尾矿和钨尾矿的质量比为3：1。在本申请中，尾矿中含有钨尾矿，提高钨尾矿的利用率，减少环境污染，提高发泡陶瓷的强度。
S102：将所述混合物与水混合研磨制成浆料，经造粒、陈腐、烧制和冷却，得到发泡陶瓷。
在S102中，混合物与水混合研磨制成浆料包括：按重量百分含量计，将65％-72％混合物与28％-35％水混合，加入研磨介质进行研磨，制得浆料，其中，研磨介质包括氧化锆球、氮化硅球、玛瑙球、氧化铝球和刚玉球中的至少一种，浆料的粒径为10μm-20μm，粘度小于60Pa·s。进一步的，采用球磨机进行研磨，研磨时间为2h-10h。进一步的，浆料的粒径为12μm-15μm，粘度为5Pa·s-30Pa·s，提高制得的发泡陶瓷的强度和抗水渗透性。具体的，浆料的粒径可以但不限于为10μm、13μm、14μm、15μm、16μm、18μm或20μm。具体的，浆料的粘度可以但不限于为5Pa·s、10Pa·s、15Pa·s、19Pa·s、22Pa·s、28Pa·s、35Pa·s或42Pa·s。
在本申请一实施例中，造粒包括通过喷雾干燥制得粒径为200μm-800μm的颗粒，颗粒的含水量低于10％。进一步的，造粒包括通过喷雾干燥制得粒径为260μm-750μm的颗粒，颗粒的含水量低于8％。具体的，通过喷雾干燥制得的颗粒的粒径可以但不限于为220μm、250μm、310μm、390μm、450μm或520μm，颗粒的含水量低于7.5％、6％、5％或4％。
在本申请一实施例中，陈腐的时间为1天-3天，温度为15℃-35℃，有利于改善颗粒的含水量，以使颗粒含水量接近，提高发泡陶瓷的稳定性。
在本申请一实施例中，烧制包括在1000℃-1200℃烧制10h-30h。进一步的，烧制包括以5-10℃/min的升温速率升温至1140℃-1200℃，进行烧制，有利于烧制过程中均匀传热，同时有利于孔洞的形成。更进一步的，烧制最高温度为1140℃-1200℃，进一步提高发泡陶瓷的强度。
在本申请中，通过含有钽铌尾矿的混合物制得的发泡陶瓷的抗压强度大，吸水率低，有利于发泡陶瓷的应用。在一实施例中，发泡陶瓷的抗压强度大于5MPa，吸水率小于1.5％。进一步的，发泡陶瓷的抗压强度大于8MPa，吸水率小于1.3％。在本申请一具体实施例中，发泡陶瓷的抗压强度为10MPa，吸水率小于1.2％。在本申请另一具体实施例中，发泡陶瓷的抗压强度为12MPa，吸水率小于1％。
在本申请中，将含有钽铌尾矿的尾矿与助烧剂、增强剂、分散剂和发泡剂按比例混合，其中，助烧剂有利于降低烧制阶段的温度，节约热量消耗，增强剂有利于提高发泡陶瓷的机械强度和抗压强度，分散剂有利于提高混合物中各成分的均匀分散程度，发泡剂用于使得发泡陶瓷中形成孔洞。同时，利用钽铌尾矿制备发泡陶瓷，提高了钽铌尾矿的利用率，降低了钽铌尾矿对环境的对环境的污染，制得绿色环保的产品，为钽铌尾矿的无公害化处理提供了新方向，为发泡陶瓷提供了新的生产原料，具有重大的经济社会效益。同时，钽铌尾矿的加入增加了发泡陶瓷的抗压强度和防火性能，提高了发泡陶瓷的使用寿命和应用范围。此外，钽铌尾矿富含长石和锂云母，可以有效降低烧成温度，有利于低温烧结的进行。
实施例1
一种发泡陶瓷的制备方法，包括：
将钽铌尾矿、滑石、膨润土、三聚磷酸钠和碳化硅混合均匀形成混合物，其中，按重量百分含量计，混合物中含有75％钽铌尾矿、15％滑石、5％膨润土、1％三聚磷酸钠和4％碳化硅，钽铌尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于85％。
按重量百分含量计，将65％上述混合物与35％水混合，进行球磨，制得粒径约为12μm的浆料。对浆料进行喷雾干燥，制得粒径为200μm的颗粒，颗粒含水量低于10％。在室温陈腐3天后进行烧制，烧制的最高温度不低于1140℃温度，冷却后得到发泡陶瓷。对制得的发泡陶瓷进行检测，发现其抗压强度约为7MPa，吸水率小于1.4％。
实施例2
一种发泡陶瓷的制备方法，包括：
将钽铌尾矿、钨尾矿、粉煤灰、膨润土、硅灰石、萘磺酸钠和碳酸钙混合均匀形成混合物，其中，按重量百分含量计，混合物中含有60％钽铌尾矿、15％钨尾矿、10％粉煤灰、6％膨润土、5％硅灰石、0.8％萘磺酸钠和3.2％碳酸钙，钽铌尾矿和钨尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于85％。
按重量百分含量计，将70％上述混合物与30％水混合，进行球磨，制得粒径约为18μm的浆料。对浆料进行喷雾干燥，制得粒径为700μm的颗粒，颗粒含水量低于5％。在室温陈腐1天后进行烧制，烧制的最高温度为1180℃温度，冷却后得到发泡陶瓷。对制得的发泡陶瓷进行检测，发现其抗压强度约为10MPa，吸水率小于1.1％。
以上所述是本发明的优选实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：
将尾矿与助烧剂、增强剂、分散剂和发泡剂混合均匀形成混合物，其中，按重量百分含量计，所述混合物包括50％-90％所述尾矿、5％-30％所述助烧剂、4％-15％所述增强剂、0.1％-1％所述分散剂和0.1％-5％所述发泡剂，所述尾矿包括钽铌尾矿，所述尾矿中二氧化硅和三氧化二铝的质量含量大于85％；
将所述混合物与水混合研磨制成浆料，经造粒、陈腐、烧制和冷却，得到发泡陶瓷。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合物与水混合研磨制成浆料包括：
按重量百分含量计，将65％-72％所述混合物与28％-35％水混合，加入研磨介质进行研磨，制得所述浆料，其中，所述研磨介质包括氧化锆球、氮化硅球、玛瑙球、氧化铝球和刚玉球中的至少一种，所述浆料的粒径为10μm-20μm，粘度小于60Pa·s。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浆料的粒径为12μm-15μm，粘度为5Pa·s-30Pa·s。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述造粒包括通过喷雾干燥制得粒径为200μm-800μm的颗粒，所述颗粒的含水量低于10％。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧制包括在1000℃-1200℃烧制10h-30h。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按重量百分含量计，所述混合物瓷包括55％-80％所述尾矿、10％-28％所述助烧剂、5％-13％所述增强剂、0.3％-1％所述分散剂和1％-5％所述发泡剂。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述尾矿还包括钨尾矿，所述混合物中，所述钽铌尾矿和所述钨尾矿的质量比为(1-5)：1。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述助烧剂包括滑石、氧化钙、长石和粉煤灰中的至少一种，所述增强剂包括碳纤维、膨润土、锂辉石、硅灰石和玻璃纤维中的至少一种，所述分散剂包括萘磺酸盐，三聚磷酸盐，木质素磺酸盐，多环芳香族盐，氨基磺酸盐，聚羧酸盐，葡萄糖酸盐和碳酸盐中的至少一种，所述发泡剂包括三氧化二铁、碳化硅、氢化钛、碳粉、碳酸盐、硫酸铝和二氧化锰中的至少一种。
9.一种发泡陶瓷，其特征在于，通过权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.如权利要求9所述的发泡陶瓷，其特征在于，所述发泡陶瓷的抗压强度大于5MPa，吸水率小于1.5％。
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