CN112573938A - 一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法 - Google Patents

一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法,其特征在于：按以下配方重量百分比组成：废坯料50～60%、废釉料20～30%、废旧石膏模具10～15%、辅料5～20%，经配料、干式球磨、过筛、造粒、干燥、成型、烧成工序后获得闭孔泡沫陶瓷。本发明制备的闭孔泡沫陶瓷，气孔率高，导热系数小，具有很好的保温隔热效果，应用于建筑，可以大大降低夏季空调和冬天取暖的能耗，同时该材料还具有良好的隔音效果，实现了保温隔热和降噪等多功能于一体，是环境友好型建筑材料，因此具有广阔的市场前景。

Description

一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法
技术领域
本发明涉及环境陶瓷材料技术领域，特别是一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，我国陶瓷产业发展迅猛，尤其是建陶产量连续多年位居世界第一，我国建筑卫生陶瓷产业已跃居为世界建筑卫生陶瓷之首。陶瓷工业为我国综合发展做出了不可磨灭的贡献。同时，陶瓷生产各个工序都可能产生废品。根据废品产生工段的不同，可分为生坯废料、石膏模废品、施釉废品、素烧废品、烧成废品、彩烤废品、抛光废渣等。我国陶瓷工业的废弃物依旧以堆积和填埋的简单处理方式为主，造成了土地、矿产资源的巨大浪费和环境污染，阻碍了我国陶瓷行业的可持续发展。但如果把陶瓷废弃物回收加以设计和再造可以使陶瓷企业减少废弃物的排放量，甚至可以实现零排放，具有较高的环保效益和经济效益。因而，研究如何开发利用这些陶瓷固体废弃物资源是我国践行可持续发展与生态文明建设的当务之急。
在陶瓷产业生产方面，各企业吸取先进的经验，利用先进的设备与经验把陶瓷废渣制成可再利用的废瓷粉，废瓷粉碎加工成陶瓷原料，利用陶瓷废料再制备墙内釉面砖、陶瓷仿古砖、陶粒、装饰用微晶玻璃和免烧透水砖等方面取得了一定的实用价值。但是由于这些废弃物的成分相差较远，导致其使用量不高的问题。由此看来，如何有效最大程度的利用好陶瓷废料，变废为宝是实现陶瓷固体废弃物资源化利用的关键。
建筑节能是一种有效的节能方式，它能缓解能源紧张并解决社会经济发展与能源供应不足之间的矛盾。如何降低建筑能耗，提高节能比例已经成为我国建筑行业迫切解决的问题。墙体材料的保温隔热势必成为建筑节能的首要任务，开发并应用高效的保温隔热墙体材料是保证建筑绿色节能的行之有效的方法。
闭孔泡沫陶瓷是由气孔率大于80%的闭口陶瓷气泡构成的陶瓷材料。采用普通天然矿物原料经粉碎、成型和烧成而得到的具有不燃烧、不透水、无毒、不老化、抗侵蚀、抗冻融特性的超轻质新型生态材料，集高效保温、隔热、防火、隔水、降噪和可漂浮等功能于一体，可广泛应用于建筑、交通、石化、轻工等诸多领域。如建筑的墙体、屋顶与外墙的保温、隔热、隔声和防潮。建筑防火隔离带。各种防火板、娱乐场所防火装饰板、防火门；高架轻轨、高速公路的隔声，地铁隧道墙的防渗；高温设备、热工管道、石化容器的保温、保冷；以及水上工程中的漂浮、地下管道工程的保冷、防渗。由此可知闭孔泡沫陶瓷是当前我国建筑等领域的急需材料，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉、品质优良的一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法。
本发明的技术方案是：一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法, 其特征在于：按以下配方重量百分比组成：废坯料50～60%、废釉料20～30%、废旧石膏模具10～15%、添加剂5～20%，经配料、干式球磨、过筛、造粒、干燥、成型、烧成工序后获得闭孔泡沫陶瓷。
所述干式球磨工序的时间为5h，所述过筛工序的目数为200目，筛余0.8%，所述造粒工序采用喷雾造粒，制得粉体的颗粒尺寸为8～20目，所述干燥工序的温度为80℃，时间为12h。
所述废坯料的化学组成为：SiO2为68.45%、Al2O3为19.50%、Fe2O3为0.75%、TiO2为0.33%、CaO为1.43%、MgO为1.21%、K2O为2.83%、Na2O为2.26%和IL为3.24% ；
所述废釉料的化学组成为：SiO2为71.13%、Al2O3为16.48%、Fe2O3为0.81%、TiO2为0.45%、CaO为0.75%、MgO为1.35%、K2O为1.97%、Na2O为2.99%和IL为4.07% ；
所述废旧石膏模具的化学组成为：SiO2为3.55%、Al2O3为0.85%、Fe2O3为0.21%、TiO2为0.16%、CaO为40.75%、MgO为1.29%、K2O为1.26%、Na2O为0.84%、SO3为45.65%和IL为5.44%。
所述辅料由烧结助剂和发泡剂按重量百分比20∶1构成。
所述烧结助剂由长石、滑石、磷酸钙、硼砂中的一种或多种组成的混合物；所述混合物的重量百分比为：长石∶滑石∶磷酸钙∶硼砂=1∶（0～1）∶（0～0.2）∶（0～0.4）。
所述发泡剂由碳酸钙、MnO2、Fe2O3、SiC中的一种或多种组成的混合物；所述混合物的重量百分比为：碳酸钙∶MnO2∶Fe2O3∶SiC=1∶（0～1）∶（0～0.5）∶（0～0.5）。
所述成型工序的步骤为：将莫来石模具条两端开成方孔或者对应大小的凸起，并且凸起的适当位置开一个梢孔，将两两对应的四个莫来石模具条在莫来石承烧板上拼接成四方框，然后在梢孔处插入碳化硅梢，在模具的内边框上铺上一层薄莫来石纤维，在承烧板上均匀撒一层大同砂；将经造粒干燥好的粉料，放入模具内，通过控制刮刀的高度，获得均匀平整的堆积料。
所述烧成工序的制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1100～1160℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。
所述闭孔泡沫陶瓷的截面孔径为 0.8～1mm、气孔率为80.50~83.85%、抗压强度为5.52~6.18MPa、密度为0.38~0.45g/cm3。
本发明以陶瓷生产过程中产生的废坯、石膏模、废釉料等陶瓷固体废弃物为主要原料，实现这些废弃原料的综合利用，不仅大大的节省成本，而且大范围的应用这些废弃物，避免了大量废弃物堆放所带来的环境问题和生态问题，将其变废为宝，符合我国环保政策。
本发明制备的闭孔泡沫陶瓷，气孔率高，导热系数小，具有很好的保温隔热效果，应用于建筑，可以大大降低夏季空调和冬天取暖的能耗，同时该材料还具有良好的隔音效果，实现了保温隔热和降噪等多功能于一体，是环境友好型建筑材料，本发明制备的泡沫陶瓷，所用陶瓷固体废弃物用量达到85%以上，因此具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明泡沫陶瓷的制备模具结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明、为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对本发明进行详细说明：
所述废坯料的化学组成为：SiO2为68.45%、Al2O3为19.50%、Fe2O3为0.75%、TiO2为0.33%、CaO为1.43%、MgO为1.21%、K2O为2.83%、Na2O为2.26%和IL为3.24% ；
所述废釉料的化学组成为：SiO2为71.13%、Al2O3为16.48%、Fe2O3为0.81%、TiO2为0.45%、CaO为0.75%、MgO为1.35%、K2O为1.97%、Na2O为2.99%和IL为4.07% ；
所述废旧石膏模具的化学组成为：SiO2为3.55%、Al2O3为0.85%、Fe2O3为0.21%、TiO2为0.16%、CaO为40.75%、MgO为1.29%、K2O为1.26%、Na2O为0.84%、SO3为45.65%和IL为5.44%。
实施例1
一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法，按以下配方重量百分比组成：废坯料50%、废釉料30%、废旧石膏模具10%、辅料10%，经配料、干式球磨、过筛、造粒、干燥、成型、烧成工序后获得闭孔泡沫陶瓷。
所述干式球磨工序的时间为5h，所述过筛工序的目数为200目，筛余0.8%，所述造粒工序采用喷雾造粒，制得粉体的颗粒尺寸为8目，所述干燥工序的温度为80℃，时间为12h。
所述辅料由烧结助剂和发泡剂按重量百分比20∶1构成。
所述烧结助剂为长石。
所述发泡剂为MnO2。
所述成型工序的步骤为：将莫来石模具条两端开成方孔或者对应大小的凸起，并且凸起的适当位置开一个梢孔，将两两对应的四个莫来石模具条在莫来石承烧板上拼接成四方框，然后在梢孔处插入碳化硅梢，在模具的内边框上铺上一层薄莫来石纤维，在承烧板上均匀撒一层大同砂；将经造粒干燥好的粉料，放入模具内，通过控制刮刀的高度为4cm，获得均匀平整的堆积料。
所述烧成工序的制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1100℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。
所述闭孔泡沫陶瓷的截面孔径为 0.8mm、气孔率为81.57%、抗压强度为6.15MPa、密度为0.44g/cm3。
实施例2
一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法，按以下配方重量百分比组成：废坯料60%、废釉料20%、废旧石膏模具15%、添加剂15%，经配料、干式球磨、过筛、造粒、干燥、成型、烧成工序后获得闭孔泡沫陶瓷。
所述干式球磨工序的时间为5h，所述过筛工序的目数为200目，筛余0.8%，所述造粒工序采用喷雾造粒，制得粉体的颗粒尺寸为10目，所述干燥工序的温度为80℃，时间为12h。
所述添加剂由烧结助剂和发泡剂按重量百分比20∶1构成。
所述烧结助剂为滑石。
所述发泡剂为Fe2O3。
所述成型工序的步骤为：将莫来石模具条两端开成方孔或者对应大小的凸起，并且凸起的适当位置开一个梢孔，将两两对应的四个莫来石模具条在莫来石承烧板上拼接成四方框，然后在梢孔处插入碳化硅梢，在模具的内边框上铺上一层薄莫来石纤维，在承烧板上均匀撒一层大同砂；将经造粒干燥好的粉料，放入模具内，通过控制刮刀的高度4cm，获得均匀平整的堆积料 。
所述烧成工序的制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1120℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。
所述闭孔泡沫陶瓷的截面孔径为 0.9mm、气孔率为82.87%、抗压强度为5.65MPa、密度为0.41g/cm3。
实施例3
一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法，按以下配方重量百分比组成：废坯料55%、废釉料25%、废旧石膏模具10%、添加剂10%，经配料、干式球磨、过筛、造粒、干燥、成型、烧成工序后获得闭孔泡沫陶瓷。
所述干式球磨工序的时间为5h，所述过筛工序的目数为200目，筛余0.8%，所述造粒工序采用喷雾造粒，制得粉体的颗粒尺寸为15目，所述干燥工序的温度为80℃，时间为12h。
所述添加剂由烧结助剂和发泡剂按重量百分比20∶1构成。
所述烧结助剂为磷酸钙。
所述发泡剂为SiC。
所述成型工序的步骤为：将莫来石模具条两端开成方孔或者对应大小的凸起，并且凸起的适当位置开一个梢孔，将两两对应的四个莫来石模具条在莫来石承烧板上拼接成四方框，然后在梢孔处插入碳化硅梢，在模具的内边框上铺上一层薄莫来石纤维，在承烧板上均匀撒一层大同砂；将经造粒干燥好的粉料，放入模具内，通过控制刮刀的高度4cm，获得均匀平整的堆积料 。
所述烧成工序的制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1150℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。
所述闭孔泡沫陶瓷的截面孔径为 1.0mm、气孔率为82.47%、抗压强度为5.81MPa、密度为0.42g/cm3。
实施例4
一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法，按以下配方重量百分比组成：废坯料52%、废釉料26%、废旧石膏模具12%、添加剂10%，经配料、干式球磨、过筛、造粒、干燥、成型、烧成工序后获得闭孔泡沫陶瓷。
所述干式球磨工序的时间为5h，所述过筛工序的目数为200目，筛余0.8%，所述造粒工序采用喷雾造粒，制得粉体的颗粒尺寸为20目，所述干燥工序的温度为80℃，时间为12h。
所述添加剂由烧结助剂和发泡剂按重量百分比20∶1构成。
所述烧结助剂由长石、滑石、磷酸钙、硼砂构成混合物；所述混合物的重量百分比为：长石∶滑石∶磷酸钙∶硼砂=1∶0.5∶0.1∶0.2。
所述发泡剂由碳酸钙、MnO2、Fe2O3、SiC构成混合物；所述混合物的重量百分比为：碳酸钙∶MnO2∶Fe2O3∶SiC=1∶0.6∶0.2∶0.3。
所述成型工序的步骤为：将莫来石模具条两端开成方孔或者对应大小的凸起，并且凸起的适当位置开一个梢孔，将两两对应的四个莫来石模具条在莫来石承烧板上拼接成四方框，然后在梢孔处插入碳化硅梢，在模具的内边框上铺上一层薄莫来石纤维，在承烧板上均匀撒一层大同砂；将经造粒干燥好的粉料，放入模具内，通过控制刮刀的高度4cm，获得均匀平整的堆积料。
所述烧成工序的制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1160℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。
所述闭孔泡沫陶瓷的截面孔径为 0.8mm、气孔率为83.85%、抗压强度为5.72MPa、密度为0.39g/cm3。

Claims (9)

1.一种利用陶瓷生产中的固体废弃物制备闭孔泡沫陶瓷的方法, 其特征在于：按以下配方重量百分比组成：废坯料50～60%、废釉料20～30%、废旧石膏模具10～15%、辅料5～20%，经配料、干式球磨、过筛、造粒、干燥、成型、烧成工序后获得闭孔泡沫陶瓷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述干式球磨工序的时间为5h，所述过筛工序的目数为200目，筛余0.8%，所述造粒工序采用喷雾造粒，制得粉体的颗粒尺寸为8～20目，所述干燥工序的温度为80℃，时间为12h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述废坯料的化学组成为：SiO2为68.45%、Al2O3为19.50%、Fe2O3为0.75%、TiO2为0.33%、CaO为1.43%、MgO为1.21%、K2O为2.83%、Na2O为2.26%和IL为3.24% ；
所述废釉料的化学组成为：SiO2为71.13%、Al2O3为16.48%、Fe2O3为0.81%、TiO2为0.45%、CaO为0.75%、MgO为1.35%、K2O为1.97%、Na2O为2.99%和IL为4.07% ；
所述废旧石膏模具的化学组成为：SiO2为3.55%、Al2O3为0.85%、Fe2O3为0.21%、TiO2为0.16%、CaO为40.75%、MgO为1.29%、K2O为1.26%、Na2O为0.84%、SO3为45.65%和IL为5.44%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述辅料由烧结助剂和发泡剂按重量百分比20∶1构成。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述烧结助剂由长石、滑石、磷酸钙、硼砂中的一种或多种组成的混合物；所述混合物的重量百分比为：长石∶滑石∶磷酸钙∶硼砂=1∶（0～1）∶（0～0.2）∶（0～0.4）。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述发泡剂由碳酸钙、MnO2、Fe2O3、SiC中的一种或多种组成的混合物；所述混合物的重量百分比为：碳酸钙∶MnO2∶Fe2O3∶SiC=1∶（0～1）∶（0～0.5）∶（0～0.5）。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述成型工序的步骤为：将莫来石模具条两端开成方孔或者对应大小的凸起，并且凸起的适当位置开一个梢孔，将两两对应的四个莫来石模具条在莫来石承烧板上拼接成四方框，然后在梢孔处插入碳化硅梢，在模具的内边框上铺上一层薄莫来石纤维，在承烧板上均匀撒一层大同砂；将经造粒干燥好的粉料，放入模具内，通过控制刮刀的高度，获得均匀平整的堆积料。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述烧成工序的制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1100～1160℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述闭孔泡沫陶瓷的截面孔径为 0.8～1mm、气孔率为80.50～83.85%、抗压强度为5.52～6.18MPa、密度为0.38～0.45g/cm3。
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