CN113061049A - 一种高强赤泥基发泡陶瓷及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高强赤泥基发泡陶瓷及其制备方法与应用。高强赤泥基发泡陶瓷由以下重量份数的原料组成：拜耳法赤泥40～80份，珍珠岩20～40份，助熔剂5～15份，稳泡剂0～5，发泡剂0.5～4份，放射性屏蔽剂1～5份，本发明所述的高强赤泥基发泡陶瓷经烧结反应而成。本发明在使用赤泥制备发泡陶瓷产品过程中，重点检测了重金属溶出及放射性产出等安全性问题，符合国家安全指标。本发明制备的高强赤泥基发泡陶瓷抗压强度高，导热系数低，制备的轻质隔墙板性能优异，并且显著提高了赤泥这一工业固废的消耗量。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高强赤泥基发泡陶瓷及其制备方法与应用。
背景技术
我国是铝制造大国，氧化铝和电解铝产量均占世界50％以上，赤泥是氧化铝生产排放的强碱性固体废弃物，每生产1t氧化铝就要附带产生赤泥1～1.5t，我国每年产生固废赤泥约一亿t，而赤泥综合利用率仅为4％。赤泥的堆置不但浪费土地资源，由于其含有较高碱性、微量重金属等特点，赤泥中含有的重金属若渗入土壤和地下水中，会给生态环境造成威胁。另外，部分赤泥还含有微量放射性物质，使其在建材产品应用上增加了一定的限制。
目前，制备建筑材料是能够大量消耗赤泥的主要途径。随着国家节能减排政策的推行，发泡陶瓷隔墙板因其轻质、保温、隔音等多种优良性能受到了广泛关注，发泡陶瓷具有固废利用、经济循环的环保概念。目前行业里普遍使用的原料是陶瓷板类抛光废渣泥等，这就导致了发泡陶瓷产品的原料取材局限、产品配方单一。产品推广后，原料的供应也会受限。
发泡陶瓷轻质隔墙板，是一种具有一定的厚度、强度，同时具备轻质特性的板材。根据国家标准《GB/T 23451-2009建筑用轻质隔墙条板》，产品厚度要求在9～12mm之间，抗压强度要求大于等于3.5MPa。
目前发泡陶瓷烧成温度大部分为1150～1180℃，能耗已经成为企业生产发泡陶瓷的最关注的成本问题。若温度可以降低，这就能实现节能减排，进而提高产量并降低成本。
因此，如何提供一种高强赤泥基发泡陶瓷及其制备方法与应用，降低发泡陶瓷的烧成温度，使发泡陶瓷轻质隔墙板摆脱原材料单一的限制，是本领域亟待解决的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种高强赤泥基发泡陶瓷及其制备方法与应用，本发明解决了目前赤泥综合利用率低，发泡陶瓷烧成温度高，能耗大等问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种高强赤泥基发泡陶瓷，由包含如下质量分数的原料制备而成：
赤泥40～80份，珍珠岩20～40份，助熔剂5～15份，稳泡剂0～5份，发泡剂0.5～4份，放射性屏蔽剂1～5份。
优选的，赤泥为拜耳法赤泥。
优选的，助溶剂为废玻璃粉，废玻璃粉的粒度≤200目。
优选的，废玻璃粉为硅酸盐玻璃粉或硅酸盐玻璃粉与硼硅酸盐玻璃粉的混合物。
优选的，硼硅酸盐玻璃粉占硅酸盐玻璃粉与硼硅酸盐玻璃粉的混合物的20～35％。
优选的，稳泡剂为硼酸或硼砂。
优选的，发泡剂为碳化硅，碳化硅的粒度≤1000目。
优选的，放射性屏蔽剂为硫酸钡或重晶石。
本发明的另一目的是提供一种高强赤泥基发泡陶瓷的制备方法，具体制备步骤如下：
称取各原料进行混合，放入模具进行压制，撤去压力后升温，进行烧结反应，反应完成后经自然冷却，脱模即得高强赤泥基发泡陶瓷。
优选的，放入模具后压制步骤为：施加压力为1～3MPa，加压达到设定压力后保压1～2min，卸至常压，再加压至1～3MPa、保压1～1.5min，压制完成。
优选的，烧结反应的温度为1050～1100℃，保温时间为1～2h；其中，室温至300℃温度区间内，升温速率为5℃/min；300℃至800℃温度区间内，升温速率为4℃/min；800℃至最终保温温度区间内，升温速率为2℃/min。
本发明的再一目的是提供一种高强赤泥基发泡陶瓷在发泡陶瓷隔墙板中的应用。
本发明在制备过程中，赤泥中大部分的碱性物质和重金属元素被液相包裹固化，生成稳定的复合硅酸盐玻璃态物质，保证了产品在使用过程中的环境安全性；另一方面，针对部分放射性较高的赤泥，本发明利用在原料中加入放射性屏蔽剂，利用屏蔽剂中重金属元素对放射性射线的吸收与能量消耗，最高可以实现35％的放射性屏蔽率，这使得产品满足国家标准《GB6566-2010建筑材料放射性核素限量》中的要求，可以不受限制的应用于室内隔墙板。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在使用赤泥制备发泡陶瓷产品过程中，重点检测了重金属溶出及放射性产出等环境安全问题，符合国家安全指标，同时具有较低的烧结温度，可有效降低生产成本，将低能耗。本发明可用作建筑内承重墙用隔墙板，并且可以显著提高赤泥这一大宗工业固废的消耗量。
具体实施方式
本发明公开了一种高强赤泥基发泡陶瓷，由包含如下原料制备而成：赤泥，珍珠岩，助熔剂，稳泡剂，发泡剂，放射性屏蔽剂。
在本发明中，赤泥优选为拜耳法赤泥；
赤泥的添加量为40～80份，优选为60～80份，进一步优选为70份。
在本发明中，珍珠岩的添加量为20～40份，优选为20～30份，进一步优选为25份。
在本发明中，助溶剂优选为废玻璃粉；废玻璃粉的粒度≤200目，进一步优选为≤300目；
助溶剂的添加量为5～15份，优选为8～12份，进一步优选为10份。
在本发明中，稳泡剂为硼酸或硼砂，优选为硼酸；
当废玻璃粉选用硅酸盐玻璃粉时，稳泡剂的添加量为0～5份(不包括0份)，优选为2～4份，进一步优选为3份；当废玻璃粉选用硅酸盐玻璃粉与硼硅酸盐玻璃粉的混合物时，稳泡剂的添加量为0份。
在本发明中，发泡剂优选为碳化硅；碳化硅的粒度≤1000目，优选为≤1200目；
发泡剂的添加量0.5～4份，优选为2～4份，进一步优选为3份。
在本发明中，放射性屏蔽剂为硫酸钡或重晶石，优选为硫酸钡；
放射性屏蔽剂的添加量为1～5份，优选为2～4份，进一步优选为3份。
本发明还提供了一种高强赤泥基发泡陶瓷的制备方法，具体制备步骤如下：
称取各原料进行混合，放入模具进行压制，撤去压力后升温，进行烧结反应，反应完成后经自然冷却，脱模即得高强赤泥基发泡陶瓷。
在本发明中，优选的，放入模具后压制步骤为：施加压力为1～3MPa，加压达到设定压力后保压1～2min，卸至常压，再加压至1～3MPa、保压1～1.5min，压制完成；进一步优选的，施加压力为2MPa，加压达到设定压力后保压2min，卸至常压，再加压至1MPa、保压1min，压制完成。
在本发明中，优选的，烧结反应的温度为1050～1100℃，保温时间为1～2h；其中，室温至300℃温度区间内，升温速率为5℃/min；300℃至800℃温度区间内，升温速率为4℃/min；800℃至最终保温温度区间内，升温速率为2℃/min；进一步优选的，烧结反应的温度为1060℃，保温时间为1.5h。
在本发明中，以方形氧化铝陶瓷匣钵作为承装容器与定型模具，使用时需将陶瓷纤维毡裁剪至合适尺寸铺到氧化铝陶瓷匣钵中，以防止粉料在烧结过程中与匣钵发生粘连；将混合均匀的粉料倒入匣钵，摊平粉料；对粉料施压，施压完成后进行烧结。
下面将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。
实施例1
称取拜耳法赤泥40份，珍珠岩40份，200目硅酸盐玻璃粉15份，硼砂2份，1000目碳化硅2份，硫酸钡1份均匀混合，放入模具进行压制，施加压力为1MPa，加压达到设定压力后保压2min，卸至常压，再加压至1MPa、保压1.5min，卸至常压，然后按本发明限定的升温速率升温至1050℃，保温1h，自然冷却，脱模即得到本发明所述的高强赤泥基发泡陶瓷。
实施例2
称取拜耳法赤泥50份，珍珠岩35份，300目硅酸盐玻璃粉12份，硼酸5份，1200目碳化硅2.5份，重晶石1.5份均匀混合，放入模具进行压制，施加压力为2MPa，加压达到设定压力后保压1min，卸至常压，再加压至1MPa、保压1min，卸至常压，然后按本发明限定的升温速率升温至1050℃，保温2h，自然冷却，脱模即得到本发明所述的高强赤泥基发泡陶瓷。
实施例3
称取拜耳法赤泥60份，珍珠岩30份，200目硅酸盐玻璃粉8份，硼砂1份，1200目碳化硅0.5份，硫酸钡5份均匀混合，放入模具进行压制，施加压力为3MPa，加压达到设定压力后保压1min，卸至常压，再加压至2MPa、保压1min，卸至常压，然后按本发明限定的升温速率升温至1060℃，保温1h，自然冷却，脱模即得到本发明所述的高强赤泥基发泡陶瓷。
实施例4
称取拜耳法赤泥65份，珍珠岩25份，300目助溶剂10份(70％硅酸盐玻璃粉与30％硼硅酸盐玻璃粉的混合物)，1200目碳化硅3份，硫酸钡2.5份均匀混合，放入模具进行压制，施加压力为2MPa，加压达到设定压力后保压2min，卸至常压，再加压至1MPa、保压1min，卸至常压，然后按本发明限定的升温速率升温至1060℃，保温1.5h，自然冷却，脱模即得到本发明所述的高强赤泥基发泡陶瓷。
实施例5
称取拜耳法赤泥70份，珍珠岩25份，300目硅酸盐玻璃粉10份，硼酸3份，1200目碳化硅3份，硫酸钡3份均匀混合，放入模具进行压制，施加压力为2MPa，加压达到设定压力后保压2min，卸至常压，再加压至1MPa、保压1min，卸至常压，然后按本发明限定的升温速率升温至1080℃，保温1.5h，自然冷却，脱模即得到本发明所述的高强赤泥基发泡陶瓷。
实施例6
称取拜耳法赤泥80份，珍珠岩20份，200目硅酸盐玻璃粉5份(80％硅酸盐玻璃粉与20％硼硅酸盐玻璃粉的混合物)，1200目碳化硅4份，硫酸钡3.5份均匀混合，放入模具进行压制，施加压力为2MPa，加压达到设定压力后保压1min，卸至常压，再加压至2MPa、保压1min，卸至常压，然后按本发明限定的升温速率升温至1100℃，保温1h，自然冷却，脱模即得到本发明所述的高强赤泥基发泡陶瓷。
取实施例1～6所述材料制备的发泡陶瓷隔墙板，测定其抗压强度、导热系数、放射性比活度。检测方法如下：
抗压强度：按《GB/T23451-2009》中抗压强度的检测方法检测；
导热系数：按《GBT10294-2008》绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》
放射性比活度：按《GB6566-2010》进行检测。
表1
从上述表1的内容可以看出，本发明所述的高强赤泥基发泡陶瓷抗压强度高，导热系数低，放射性低，对人体没有危害，可以用于制备发泡陶瓷隔墙板。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
Claims (10)
1.一种高强赤泥基发泡陶瓷，其特征在于，由包含如下质量分数的原料制备而成：赤泥40～80份，珍珠岩20～40份，助熔剂5～15份，稳泡剂0～5份，发泡剂0.5～4份，放射性屏蔽剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的一种高强赤泥基发泡陶瓷，其特征在于，所述赤泥为拜耳法赤泥。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强赤泥基发泡陶瓷，其特征在于，所述助溶剂为废玻璃粉，废玻璃粉的粒度≤200目，所述废玻璃粉为硅酸盐玻璃粉或硅酸盐玻璃粉与硼硅酸盐玻璃粉的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种高强赤泥基发泡陶瓷，其特征在于，所述硅酸盐玻璃粉与硼硅酸盐玻璃粉的混合物中硼硅酸盐玻璃粉占总量的20～35％。
5.根据权利要求1所述的一种高强赤泥基发泡陶瓷，其特征在于，所述发泡剂为碳化硅，碳化硅的粒度≤1000目。
6.根据权利要求1或2所述的一种高强赤泥基发泡陶瓷，其特征在于，所述稳泡剂为硼酸或硼砂；所述放射性屏蔽剂为硫酸钡或重晶石。
7.如权利要求1～6任一项所述的一种高强赤泥基发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：
称取各原料进行混合，放入模具进行压制，撤去压力后升温，进行烧结反应，反应完成后经自然冷却，脱模即得高强赤泥基发泡陶瓷。
8.根据权利要求7所述的一种高强赤泥基发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，所述放入模具后压制步骤为：施加压力为1～3MPa，加压达到设定压力后保压1～2min，卸至常压，再加压至1～3MPa、保压1～1.5min，压制完成。
9.根据权利要求7或8所述的一种高强赤泥基发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，所述烧结反应的温度为1050～1100℃，保温时间为1～2h；其中，室温至300℃温度区间内，升温速率为5℃/min；300℃至800℃温度区间内，升温速率为4℃/min；800℃至最终保温温度区间内，升温速率为2℃/min。
10.如权利要求1～6任一项所述的一种高强赤泥基发泡陶瓷在发泡陶瓷隔墙板中的应用。
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