CN115974526A - 一种石墨尾矿基泡沫陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种石墨尾矿基泡沫陶瓷及其制备方法 Download PDF

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赵帅宇
余磊
周旭宇
王哲飞
刘子峥
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Abstract

本发明公开一种石墨尾矿基泡沫陶瓷,由石墨尾矿粉、陶瓷抛光渣粉和玻璃料粉作为原料混合研磨烧结制成。本发明还公开了一种石墨尾矿基泡沫陶瓷的制备方法,包括步骤1、将石墨尾矿粉、陶瓷抛光渣粉和玻璃料粉混合后添加研磨助剂进行混合研磨,步骤2、将混合研磨后的粉体成型,然后烧结得到石墨尾矿基泡沫陶瓷。本发明方法充分利用固体废弃物,不需要额外添加高岭土等优质原料,制备工艺过程简单、环保。本发明制得的发泡陶瓷导热低、力学性能优良,满足建筑使用要求。

Description

一种石墨尾矿基泡沫陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种泡沫陶瓷材料极其制备方法,特别是涉及一种石墨尾矿基泡沫陶瓷及其制备方法。
背景技术
泡沫陶瓷是一种具有优良高温性能的多孔材料,与传统的有机保温材料相比,其较高的耐热温度可以保证使用安全性,因而常用作建筑保温材料。一般制备发泡陶瓷主要是利用矿物原料、氧化物原料和发泡剂来制备,生产成本较高且矿物原料属于不可再生资源。因此,综合利用各种尾矿和固废来制备泡沫陶瓷是一种较为绿色的途径,起到固废资源化使用的作用。
公开号为CN112321319A的中国专利公开了一种以石墨尾矿、石英、铝矾土、长石和发泡剂为原料来制备发泡陶瓷的方法,但是该方案中原料体系较多且复杂,除石墨尾矿外,其他原料均为天然矿物原料。
公开号为CN114538951A的中国专利公开了基于石墨多源固废的发泡陶瓷材料及其制备方法,选用了石墨选矿尾矿、采矿废石以及剥离粘土等固废作为主要原料,可减少高岭土、长石等优质原料的使用,但仍需要采用高岭土、长石等作为粘结剂。同时由于各地的矿物资源组成和分布不一致,其他地区也无法采用该方案进行制备。因此有必要进一步研究其他固废制备泡沫陶瓷并避免使用高岭土、长石等优质原料的方法。
发明内容
针对上述技术现状,本发明目的在于提供一种石墨尾矿基泡沫陶瓷以及其制备方法,获得一种采用其他固废原料的新的制备路径,且避免使用高岭土、长石等作为粘结剂。
本发明技术方案是这样的:一种石墨尾矿基泡沫陶瓷,由石墨尾矿粉、陶瓷抛光渣粉和玻璃料粉作为原料混合研磨烧结制成。
进一步地,所述石墨尾矿粉、所述陶瓷抛光渣粉和所述玻璃料粉的质量比为60~70∶20~30∶10~20。
一种石墨尾矿基泡沫陶瓷的制备方法,包括步骤1、将石墨尾矿粉、陶瓷抛光渣粉和玻璃料粉混合后添加研磨助剂进行混合研磨,步骤2、将混合研磨后的粉体成型,然后烧结得到石墨尾矿基泡沫陶瓷。
进一步地,所述石墨尾矿粉、所述陶瓷抛光渣粉和所述玻璃料粉的质量比为60~70∶20~30∶10~20。
进一步地,所述研磨助剂为硬脂酸钠和丙二醇,所述研磨助剂的添加量为所述石墨尾矿粉、所述陶瓷抛光渣粉和所述玻璃料粉总质量的0.5%~1%。
进一步地,所述研磨助剂中所述硬脂酸钠和丙二醇的质量比为1∶1~2。
进一步地,所述石墨尾矿粉、所述陶瓷抛光渣粉和所述玻璃料粉在混合研磨前先分别研磨后烘干得到粒度小于38微米的原料。
进一步地,所述烧结是在炉中升温至1020℃~1180℃保温30~60分钟后随炉缓慢冷却至室温。
本发明与现有技术相比的优点在于:
采用石墨尾矿和陶瓷抛光渣两种固废作为原料,利用石墨尾矿原料中的残留碳与陶瓷抛光渣中的残留SiC构成高效复合发泡剂,能够稳定高效发泡,促进发泡陶瓷形成均匀的孔结构,同时玻璃粉也可选用废旧玻璃制成,制备原料中不再需要使用高岭土或长石作为粘结剂,原料体系更简单,烧结过程中温度控制简单,成本更低,制成的泡沫陶瓷符合建筑使用要求。
使用硬脂酸钠和丙二醇构成高效复合研磨助剂,提高原料混合研磨效率,促进材料的均匀性;同时硬脂酸钠能够在高温下与原料中氧化物形成低共熔产物,形成高粘液相,促进发泡陶瓷烧成。
附图说明
图1是实施例1制得的石墨尾矿基泡沫陶瓷的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不作为对本发明的限定。
石墨尾矿所含氧化物的质量百分比范围如下:
<![CDATA[SiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> <![CDATA[Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> <![CDATA[TiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[K<sub>2</sub>O]]> <![CDATA[Na<sub>2</sub>O]]> CaO MgO 烧失量
55~65 3~8 8~15 0~1 1~3 0~1 5~12 1~5 2~8
陶瓷抛光渣所含氧化物的质量百分比范围如下:
<![CDATA[SiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> <![CDATA[Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> <![CDATA[TiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[K<sub>2</sub>O]]> <![CDATA[Na<sub>2</sub>O]]> CaO MgO 烧失量
60~70 0~1 10~20 0~1 2~4 2~4 1~3 1~5 1~3
在本发明具体实施例中所使用的石墨尾矿和陶瓷抛光渣经过测定,主要包含的氧化物质量比百分比组成如下:
石墨尾矿:
<![CDATA[SiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> <![CDATA[Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> <![CDATA[TiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[K<sub>2</sub>O]]> <![CDATA[Na<sub>2</sub>O]]> CaO MgO 烧失量
60.52 5.29 12.54 0.61 1.86 0.41 8.59 2.79 5.26
陶瓷抛光渣:
<![CDATA[SiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> <![CDATA[Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> <![CDATA[TiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[K<sub>2</sub>O]]> <![CDATA[Na<sub>2</sub>O]]> CaO MgO 烧失量
68.16 0.85 18.53 0.42 2.35 3.62 1.73 2.52 1.26
实施例1
将石墨尾矿、陶瓷抛光渣和玻璃料研磨干燥后得到粒度小于38微米的粉末,按照质量比60∶30∶10配比混合原料粉末,再加入1%的研磨助剂后一起混合辊磨24小时,其中研磨助剂由硬脂酸钠和丙二醇按质量比1:1配比而成。将混合研磨后的粉体低载荷成型后置于承烧板,然后在中温炉中直接升温至1060℃保温50分钟烧成得到石墨尾矿基泡沫陶瓷,该材料的SEM图如图1所示,可以看出发泡陶瓷的孔结构和尺寸较均匀。测试得到所制备的泡沫陶瓷密度为0.189kg/cm3,抗压强度为0.82MPa,热导率为0.063W/(m·K),满足使用性能要求。
实施例2
将石墨尾矿、陶瓷抛光渣和玻璃料研磨干燥后得到粒度小于38微米的粉末,按照质量比60∶20∶20混合原料粉末,再加入0.8%的研磨助剂(同实施例1)后一起混合辊磨18小时,将混合研磨后的粉体低载荷成型后置于承烧板,然后在中温炉中于1020℃保温60分钟烧成得到石墨尾矿基泡沫陶瓷。测试得到所制备的泡沫陶瓷密度为0.204kg/cm3,抗压强度为0.91MPa,热导率为0.071W/(m·K),满足使用性能要求。
实施例3
将石墨尾矿、陶瓷抛光渣和玻璃料研磨干燥后得到粒度小于38微米的粉末,按照质量比65∶20∶15混合原料粉末,再加入0.5%的研磨助剂(同实施例1)后一起混合辊磨18小时,将混合研磨后的粉体低载荷成型后置于承烧板,然后在中温炉中于1100℃保温40分钟烧成得到石墨尾矿基泡沫陶瓷。测试得到所制备的泡沫陶瓷密度为0.208kg/cm3,抗压强度为0.93MPa,热导率为0.072W/(m·K),满足使用性能要求。
实施例4
将石墨尾矿、陶瓷抛光渣和玻璃料研磨干燥后得到粒度小于38微米的粉末,按照质量比65∶25∶10混合原料粉末,再加入0.8%的研磨助剂后一起混合辊磨24小时,其中研磨助剂由硬脂酸钠和丙二醇按质量比1∶1.5配比而成。将混合研磨后的粉体低载荷成型后置于承烧板,然后在中温炉中于1120℃保温60分钟烧成得到石墨尾矿基泡沫陶瓷。测试得到所制备的泡沫陶瓷密度为0.194kg/cm3,抗压强度为0.87MPa,热导率为0.068W/(m·K),满足使用性能要求。
实施例5
将石墨尾矿、陶瓷抛光渣和玻璃料研磨干燥后得到粒度小于38微米的粉末,按照质量比70∶20∶10混合原料粉末,再加入0.5%的研磨助剂后一起混合辊磨12小时,其中研磨助剂由硬脂酸钠和丙二醇按质量比1∶2配比而成。将混合研磨后的粉体低载荷成型后置于承烧板,然后在中温炉中于1180℃保温30分钟烧成得到石墨尾矿基泡沫陶瓷。测试得到所制备的泡沫陶瓷密度为0.217kg/cm3,抗压强度为1.02MPa,热导率为0.076W/(m·K),满足使用性能要求。

Claims (8)

1.一种石墨尾矿基泡沫陶瓷,其特征在于,由石墨尾矿粉、陶瓷抛光渣粉和玻璃料粉作为原料混合研磨烧结制成。
2.根据权利要求1所述的石墨尾矿基泡沫陶瓷,其特征在于,所述石墨尾矿粉、所述陶瓷抛光渣粉和所述玻璃料粉的质量比为60~70∶20~30∶10~20。
3.一种石墨尾矿基泡沫陶瓷的制备方法,其特征在于,包括步骤1、将石墨尾矿粉、陶瓷抛光渣粉和玻璃料粉混合后添加研磨助剂进行混合研磨,步骤2、将混合研磨后的粉体成型,然后烧结得到石墨尾矿基泡沫陶瓷。
4.根据权利要求3所述的石墨尾矿基泡沫陶瓷的制备方法,其特征在于,所述石墨尾矿粉、所述陶瓷抛光渣粉和所述玻璃料粉的质量比为60~70∶20~30∶10~20。
5.根据权利要求3所述的石墨尾矿基泡沫陶瓷的制备方法,其特征在于,所述研磨助剂为硬脂酸钠和丙二醇,所述研磨助剂的添加量为所述石墨尾矿粉、所述陶瓷抛光渣粉和所述玻璃料粉总质量的0.5%~1%。
6.根据权利要求5所述的石墨尾矿基泡沫陶瓷的制备方法,其特征在于,所述研磨助剂中所述硬脂酸钠和丙二醇的质量比为1∶1~2。
7.根据权利要求3所述的石墨尾矿基泡沫陶瓷的制备方法,其特征在于,所述石墨尾矿粉、所述陶瓷抛光渣粉和所述玻璃料粉在混合研磨前先分别研磨后烘干得到粒度小于38微米的原料。
8.根据权利要求3所述的石墨尾矿基泡沫陶瓷的制备方法,其特征在于,所述烧结是在炉中升温至1020℃~1180℃保温30~60分钟后随炉缓慢冷却至室温。
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