CN112898045A - 一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法，所述高钛高炉渣多孔吸声陶瓷以高钛高炉渣为主要原料，添加适宜的调质改性组分，发泡剂和助熔剂，按比例配料混合后，此高钛高炉渣多孔吸声陶瓷制备中采用高温烧结工艺制备多孔吸声陶瓷，通过优选发泡剂的种类和比例，使材料内部形成细密分布的连通孔隙加连续气泡的独特结构，所制备的多孔吸声陶瓷不仅吸声性能优良，且具有耐高温、耐酸碱腐蚀的优势，从降噪、环保和资源综合利用的角度来看，产品具有广泛的应用前景，针对高钛型高炉渣的矿物组成和结构特点，以轻集料成品骨架矿物组成和优化设计为目标，通过调整原料组成和比例，以及烧成制度，得到性能优良的高强轻集料。

Description

一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，具体为一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法。
背景技术
多孔吸声材料内部具有大量的开孔和相互连通的三维孔道结构，声波能够从多孔吸声材料表面的开孔或者裂纹进入材料内部，在其内部产申折射或漫反射，引起孔道内空气振动，空气分子与孔壁产申摩擦使声能转化为热能而耗散，此外，多孔吸声材料中大小不一的孔还可被看做不同管径的亥姆霍兹共鸣器并联在一起，有助于其吸声频带范围的提供，相较共振吸声材料，多孔吸声材料具备突出的成本低、成型容易、容重低等优点，成为建筑、交通等领域控制噪声的理想材料。
传统的无机纤维吸声材料包括玻璃棉、岩棉、玻璃丝等，虽然此类材料有着较高的吸声能力，但其材质较脆，在运输和安装过程中易折断形成粉末，造成空气污染，且粉末飘落到学体上可刺痒皮肤，严重时造成呼吸困难。硅酸盐多孔玻璃陶瓷材料与纤维吸声材料和有机泡沫吸声材料相比，虽然吸声系数较低，但在环保、资源利用、工业生产、产品适用面上均显示出较大优势，因此成为环境噪声控制的主要产品。
近年来，我国大宗硅铝质固体废弃物的无害化处置，及其高效回收利用已成为提高资源利用效率，缓解资源瓶颈压力的重要措施，多孔玻璃陶瓷是一种以固废为主要原料，在一定的工艺下发泡烧结而成的多孔材料，其以玻璃基质为主，有少量晶体生成、内部具有较多封闭型的泡孔，经过高温熔融、水淬得到的冶炼渣中硅、铝等成分的占有量比较高，而且含有的少量碱金属和碱土金属等为制备多孔玻璃陶瓷提供了可能，冶炼渣中还含有一些微量的贵金属和金属氧化物可以促进多孔玻璃陶瓷制备过程中的晶化和发泡，降低了制备的成本，因此废玻璃、粉煤灰、废阴极射线管、煤矸石、高炉渣、各种尾矿、城市垃圾及其高温焚烧残渣等固废制备多孔玻璃陶瓷的研究逐渐发展和成熟起来，高钛高炉渣主要组分与多孔玻璃陶瓷类似，例如SiO2、Al2O3是玻璃网络结构形成剂，CaO、MgO可以用作结晶的阳离子源，TiO2可以作为析晶的成核剂，因此高钛矿渣适合用来制备无机多孔材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法，针对高钛型高炉渣的矿物组成和结构特点，以轻集料成品骨架矿物组成和优化设计为目标，通过调整原料组成和比例，以及烧成制度，得到性能优良的高强轻集料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法，所述高钛高炉渣多孔吸声陶瓷以高钛高炉渣为主要原料，添加适宜的调质改性组分，发泡剂和助熔剂，按比例配料混合后，采用合理的烧成制度得到的多孔吸声材料，具体步骤为：
步骤一：将高钛高炉渣和废玻璃粉按质量比3:1混合，加入一定质量的调质改性、发泡剂和助溶剂后，进行球磨混匀，混合料加入干料总质量10％～20％的水搅拌均匀，在5MPa～15MPa成型压力下模压成型，烘干，备用；
步骤二：将干坯放到高温炉中，升温至700℃，保温，烧成温度950℃～1200℃，继续保温；烧结后的样品进行打磨、切割即得到直径为99mm和29mm的多孔吸声陶瓷样品。
所述原料及其配比为：以高钛高炉渣和废玻璃粉的混合物质量为100份，按质量百分比计，调质改性组分15份～30份、发泡剂2份～8份和助溶剂2份～10份。
所述高钛高炉矿渣，按质量百分比，化学元素及组成为：二氧化钛含量15％～25％、氧化钙含量25％～35％、二氧化硅含量20％～25％、余量为三氧化二铝、氧化锰、三氧化二铁以及少量碱金属氧化物。
所述硅铝质改性组分包括粘土、粉煤灰和氧化铝中一种或几种的混合。
所述发泡剂包括碳粉、煤粉、碳化硅和氢氧化铁中一种或几种的混合；所述助熔剂剂包括长石、水玻璃和硼砂中一种或几种的混合。
所述步骤一中进行球磨混匀中对混料过150目筛。
所述步骤二中干坯的升温速率为15℃/min。
所述步骤二中的保温时间均为30min～60min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一条高钛高炉渣直接材料化的应用新途径，所用原料中固体废弃物综合利用率超过90％以上，采用简单高效的工艺制备出符合环境噪声控制的低成本多孔吸声陶瓷。
2、本发明采用高温烧结工艺制备多孔吸声陶瓷，通过优选发泡剂的种类和比例，使材料内部形成细密分布的连通孔隙加连续气泡的独特结构，所制备的多孔吸声陶瓷不仅吸声性能优良，且具有耐高温、耐酸碱腐蚀的优势，从降噪、环保和资源综合利用的角度来看，产品具有广泛的应用前景。
具体实施方式
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做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。
本发明提供一种技术方案：一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法，所述高钛高炉渣多孔吸声陶瓷以高钛高炉渣为主要原料，添加适宜的调质改性组分，发泡剂和助熔剂，按比例配料混合后，采用合理的烧成制度得到的多孔吸声材料，具体步骤为：
步骤一：将高钛高炉渣和废玻璃粉按质量比3:1混合，加入一定质量的调质改性、发泡剂和助溶剂后，进行球磨混匀，混合料加入干料总质量10％～20％的水搅拌均匀，在5MPa～15MPa成型压力下模压成型，烘干，备用；
步骤二：将干坯放到高温炉中，升温至700℃，保温，烧成温度950℃～1200℃，继续保温；烧结后的样品进行打磨、切割即得到直径为99mm和29mm的多孔吸声陶瓷样品。
所述原料及其配比为：以高钛高炉渣和废玻璃粉的混合物质量为100份，按质量百分比计，调质改性组分15份～30份、发泡剂2份～8份和助溶剂2份～10份。
所述高钛高炉矿渣，按质量百分比，化学元素及组成为：二氧化钛含量15％～25％、氧化钙含量25％～35％、二氧化硅含量20％～25％、余量为三氧化二铝、氧化锰、三氧化二铁以及少量碱金属氧化物。
所述硅铝质改性组分包括粘土、粉煤灰和氧化铝中一种或几种的混合。
所述发泡剂包括碳粉、煤粉、碳化硅和氢氧化铁中一种或几种的混合；所述助熔剂剂包括长石、水玻璃和硼砂中一种或几种的混合。
所述步骤一中进行球磨混匀中对混料过150目筛，便于得到需要颗粒大小的混合均匀的物料。
所述步骤二中干坯的升温速率为15℃/min，对干坯的温度以15℃/min进行升温，实现对干坯的均匀加热，保证了干坯的质量。
所述步骤二中的保温时间均为30min～60min，便于得到耐高温的高质量陶瓷样品。
实施例1：
具体工艺和参数设定如下：
(1)将高钛高炉渣和废玻璃粉按质量比3:1混合(计为100份)，加入粘土8份、粉煤灰7份、氧化铝3份，碳化硅3.5份、碳粉2份，硼砂3份、长石2.7份，球磨混匀(过150目筛)，混合料加入干料总质量15％的水搅拌均匀，在5MPa成型压力下模压成型，烘干，备用；
(2)将干坯放到高温炉中，升温速率15℃/min，700℃保温30min，烧成温度1150℃，保温65min；烧结后的样品进行打磨、切割即得到直径为29mm的多孔吸声陶瓷样品。
依据《多孔陶瓷抗压强度实验方法》(GB/T 1964—1996)和《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第1部分:驻波比法》(GB/T18696.1-2004)的要求制备样品，测试相关性能，结果如表所示。
实施例2：
具体实施过程同实施例1，区别在于：所用原料组成和比例不同，具体地，加入粘土10份、粉煤灰12份，碳化硅3.5份、氢氧化铁2份。
实施例3：
具体实施过程同实施例1，区别在于：所原材料用量与配比不同，具体地，碳化硅1.5份、碳粉2份、煤粉2.5份，水玻璃3份、长石2.7份。
实施例4：
具体实施过程同实施例1，区别在于：所述原料组成和比例，制备工艺不同，粉煤灰12份、氧化铝3份，碳粉2.3份、煤粉3.5份，硼砂3份、水玻璃3份、长石2.7份；模压成型压力8MPa，烘至绝干后，在600℃保温40min，后升温至烧成温度1050℃，保温35min。
各实施例性能测试结果如下所示：
Figure BDA0003000652190000051
Figure BDA0003000652190000061
上述实施例中：各步骤中的参数和各组分用量数值等为范围的，任一点均可适用。
本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法，其特征在于：所述高钛高炉渣多孔吸声陶瓷以高钛高炉渣为主要原料，添加适宜的调质改性组分，发泡剂和助熔剂，按比例配料混合后，采用合理的烧成制度得到的多孔吸声材料，具体步骤为：
步骤一：将高钛高炉渣和废玻璃粉按质量比3:1混合，加入一定质量的调质改性、发泡剂和助溶剂后，进行球磨混匀，混合料加入干料总质量10％～20％的水搅拌均匀，在5MPa～15MPa成型压力下模压成型，烘干，备用；
步骤二：将干坯放到高温炉中，升温至700℃，保温，烧成温度950℃～1200℃，继续保温；烧结后的样品进行打磨、切割即得到直径为99mm和29mm的多孔吸声陶瓷样品。
2.根据权利要求1所述的一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法,其特征在于:所述原料及其配比为：以高钛高炉渣和废玻璃粉的混合物质量为100份，按质量百分比计，调质改性组分15份～30份、发泡剂2份～8份和助溶剂2份～10份。
3.根据权利要求1所述的一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法,其特征在于:所述高钛高炉矿渣，按质量百分比，化学元素及组成为：二氧化钛含量15％～25％、氧化钙含量25％～35％、二氧化硅含量20％～25％、余量为三氧化二铝、氧化锰、三氧化二铁以及少量碱金属氧化物。
4.根据权利要求1所述的一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法,其特征在于:所述硅铝质改性组分包括粘土、粉煤灰和氧化铝中一种或几种的混合。
5.根据权利要求1所述的一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法,其特征在于:所述发泡剂包括碳粉、煤粉、碳化硅和氢氧化铁中一种或几种的混合；所述助熔剂剂包括长石、水玻璃和硼砂中一种或几种的混合。
6.根据权利要求1所述的一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法,其特征在于:所述步骤一中进行球磨混匀中对混料过150目筛。
7.根据权利要求1所述的一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法,其特征在于:所述步骤二中干坯的升温速率为15℃/min。
8.根据权利要求1所述的一种高钛高炉渣多孔吸声陶瓷及其制备方法,其特征在于:所述步骤二中的保温时间均为30min～60min。
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