CN116102357A - 一种综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，包括步骤：将黑滑石尾矿粉末、江西高岭土尾矿粉末和玻璃粉末按质量比40~50：30~40：10~20的比例混合，并按粉末总质量的5%~9%加入添加剂后混合研磨并干燥均化处理后对混合粉体进行成型，最后烧结得到泡沫陶瓷，所述添加剂为助磨剂和造粒粘结剂。本发明制得的泡沫陶瓷导热低、力学性能优良，实现对尾矿固废的综合利用，制备工艺过程简单、环保，适合工业化生产推广。

Description

一种综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法
技术领域
本发明涉及一种制备泡沫陶瓷的方法，特别是涉及一种综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法。
背景技术
泡沫陶瓷是一种高孔隙率的闭孔型多孔陶瓷材料，与一般的陶瓷材料相比，其内部存在大量的气孔，且其气孔四周存在固体壁面封闭。泡沫陶瓷一般具有轻质高强、热导较低、防水阻燃、耐腐蚀、抗老化、可加工性好、施工方便等优异特性，在环保、建筑、航空、电子、电力等领域具有广泛应用。常规生产泡沫陶瓷主要是利用矿物原料与发泡剂、稳泡剂等添加剂均匀混合后进行烧制。
我国的矿物原料虽储量大、来源广，但是仍旧属于不可再生资源，材料的制备成本较高。此外，我国矿物资源利用率低，浪费严重，在矿物开采使用中极容易造成环境污染。因此，高效使用其他类型的材料来代替矿物原料的使用是最佳的解决途径，目前最有效的方法是工业固废综合利用来制备泡沫陶瓷材料。这样既能减少自然资源的开发，又能解决固体废弃物的处置问题，缓解环境压力。
目前在综合利用固废制备泡沫陶瓷的方案中较多的是利用粉煤灰、煤矸石、燃煤炉渣、花岗岩废料、废弃陶瓷、铁尾矿等来制备泡沫陶瓷。然而不同的地域和行业所产生的大宗固体废弃物往往大不相同，不同原材料的组成差异较大，且制备得到泡沫陶瓷的性能指标也参差不齐，因此导致上述已有的制备方案难以指导其他大宗固体废弃物的综合利用来制备泡沫陶瓷。江西某地黑滑石和高岭土矿物资源丰富，存在很多与之相关的矿物加工生产企业，这就伴随产生大量的黑滑石尾矿和江西高岭土尾矿，如何合理利用这些尾矿废弃物来制备满足建筑要求的泡沫陶瓷是有必要的，而目前并没有相关的具体方案或方法。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，解决尾矿废弃物的利用问题，以及使制备的泡沫陶瓷达到建筑使用要求。
本发明技术方案如下：一种综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，包括步骤：将黑滑石尾矿粉末、江西高岭土尾矿粉末和玻璃粉末按质量比40～50：30～40：10～20的比例混合，并按粉末总质量的5％～9％加入添加剂混合研磨并干燥均化处理后对混合粉体进行成型，最后烧结得到泡沫陶瓷，所述添加剂为助磨剂和造粒粘结剂。
进一步地，所述助磨剂为醇类助磨剂，所述造粒粘结剂为羧甲基纤维素钠水溶液。使用羧甲基纤维素钠水溶液作为造粒粘结剂，利用其中的Na在制备过程中所形成的氧化物与原料中的其他氧化物发生低共熔反应，促进液相生成，有助于泡沫陶瓷的制备。
进一步地，所述醇类助磨剂为乙二醇或丙三醇。
进一步地，所述添加剂中助磨剂和造粒粘结剂的质量比为1：3～5。
进一步地，所述加入添加剂混合研磨是先喷入助磨剂研磨不少于10分钟后再喷入造粒粘结剂继续混合研磨。
进一步地，所述黑滑石尾矿粉末、江西高岭土尾矿粉末和玻璃粉末先经过200目过筛后再混合。
进一步地，所述加入添加剂混合研磨后先经过40目过筛再干燥均化处理。
进一步地，所述干燥均化处理时是进行自然干燥后再放进三维混料机中进行混合均化。
进一步地，所述混合粉体进行成型是将混合粉体铺在涂有耐火材料的匣钵内振实。
进一步地，所述烧结时在中温炉中升温至1080℃～1240℃，保温10～30分钟烧结。
本发明所提供的技术方案的优点在于：
1、利用黑滑石尾矿和江西高岭土尾矿为原料，解决矿区一部分大宗固废的综合利用问题，玻璃粉可以使用废旧玻璃研磨得到，解决废旧玻璃的回收利用问题。
2、没有额外引入发泡剂，利用尾矿原料中的Fe2O3与残碳构成氧化-还原型复合发泡剂，通过互补效应达到高效稳定发泡。
3、将添加剂以喷雾形式加入，并对研磨后粉体进行均化处理，提高了原料成分、形貌和颗粒组成的均匀性，进而能够提高泡沫陶瓷结构的均匀性，有益于制备满足使用性能要求的泡沫陶瓷。
4、所选用的原料简单，来源广泛易获得，且价格便宜易保存，工艺简单环保，适合工业化生产。
附图说明
图1是实施例3制得的泡沫陶瓷的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。
黑滑石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
62～68 0～0.1 0.1～1.0 0～0.05 0～0.1 0.1～0.5 0.1～0.5 20～26 3～8
江西高岭土尾矿所含氧化物的质量百分比范围如下：
<![CDATA[SiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> CaO MgO <![CDATA[Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> <![CDATA[TiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[K<sub>2</sub>O]]> <![CDATA[Na<sub>2</sub>O]]> 烧失量
43～49 30～36 0～0.1 0～0.1 2～7 0.1～1.0 1～3 0.1～0.5 11～15
在本发明具体实施例中所使用的黑滑石尾矿和江西高岭土尾矿经过测定，主要包含的氧化物质量比组成如下：
黑滑石尾矿：
<![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
65.64 0.05 0.48 0.01 0.04 0.38 0.19 23.39 5.79
江西高岭土尾矿：
<![CDATA[SiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> CaO MgO <![CDATA[Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> <![CDATA[TiO<sub>2</sub>]]> <![CDATA[K<sub>2</sub>O]]> <![CDATA[Na<sub>2</sub>O]]> 烧失量
46.11 32.87 0.06 0.07 5.04 0.42 1.65 0.18 12.65
实施例1
将黑滑石尾矿、江西高岭土尾矿和废玻璃分别研磨过200目筛后烘干得到黑滑石尾矿粉、江西高岭土尾矿粉和废玻璃粉，其他各实施例均使用实施例1的黑滑石尾矿粉、江西高岭土尾矿粉和废玻璃粉。
将黑滑石尾矿粉、江西高岭土尾矿粉和废玻璃粉按照质量比50：40：10的比例混合研磨，混合研磨开始时将占粉末总质量1％的乙二醇均匀喷入，研磨10分钟后分多次喷入羧甲基纤维素钠(CMC-Na)水溶液，喷入的CMC-Na水溶液总量占粉末总质量4％。将混合研磨后过的分体过40目筛后，在干燥处存放一定时间，再放进三维混料机中进行混合均化。均化后的粉体铺在涂有耐火材料的匣钵中振实成型，最后在中温炉中于1240℃保温10分钟烧成得到泡沫陶瓷。
测试得到所制备的泡沫陶瓷密度为0.213kg/cm3，抗压强度为1.12MPa，热导率为0.076W/(m·K)，满足使用性能要求。
实施例2
将黑滑石尾矿粉、江西高岭土尾矿粉和废玻璃粉按照质量比50：45：15的比例混合研磨，混合研磨开始时将占粉末总质量1.5％的乙二醇均匀喷入，研磨10分钟后分多次喷入CMC-Na水溶液，喷入的CMC-Na水溶液总量占粉末总质量5.5％。将混合研磨后过的分体过40目筛后，在干燥处存放一定时间，再放进三维混料机中进行混合均化。均化后的粉体铺在涂有耐火材料的匣钵中振实成型，最后在中温炉中于1160℃保温20分钟烧成得到泡沫陶瓷。
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0.064W/(m·K)，满足使用性能要求。
实施例3
将黑滑石尾矿粉、江西高岭土尾矿粉和废玻璃粉按照质量比50：30：20的比例混合研磨，混合研磨开始时将占粉末总质量1.5％的乙二醇均匀喷入，研磨10分钟后分多次喷入CMC-Na水溶液，喷入的CMC-Na水溶液总量占粉末总质量7.5％。将混合研磨后过的分体过40目筛后，在干燥处存放一定时间，再放进三维混料机中进行混合均化。均化后的粉体铺在涂有耐火材料的匣钵中振实成型，最后在中温炉中于1080℃保温30分钟烧成得到泡沫陶瓷。
本实施例所制备的泡沫陶瓷得SEM图如图1所示，测试得到所制备的泡沫陶瓷密度为0.181kg/cm3，抗压强度为0.68MPa，热导率为0.055W/(m·K)，满足使用性能要求。
实施例4
将黑滑石尾矿粉、江西高岭土尾矿粉和废玻璃粉按照质量比45：40：15的比例混合研磨，混合研磨开始时将占粉末总质量1％的乙二醇均匀喷入，研磨10分钟后分多次喷入CMC-Na水溶液，喷入的CMC-Na水溶液总量占粉末总质量5％。将混合研磨后过的分体过40目筛后，在干燥处存放一定时间，再放进三维混料机中进行混合均化。均化后的粉体铺在涂有耐火材料的匣钵中振实成型，最后在中温炉中于1200℃保温10分钟烧成得到泡沫陶瓷。
测试得到所制备的泡沫陶瓷密度为0.203kg/cm3，抗压强度为1.01MPa，热导率为0.072W/(m·K)，满足使用性能要求。
实施例5
将黑滑石尾矿粉、江西高岭土尾矿粉和废玻璃粉按照质量比45：35：20的比例混合研磨，混合研磨开始时将占粉末总质量2％的乙二醇均匀喷入，研磨10分钟后分多次喷入CMC-Na水溶液，喷入的CMC-Na水溶液总量占粉末总质量6％。将混合研磨后过的分体过40目筛后，在干燥处存放一定时间，再放进三维混料机中进行混合均化。均化后的粉体铺在涂有耐火材料的匣钵中振实成型，最后在中温炉中于1120℃保温20分钟烧成得到泡沫陶瓷。
测试得到所制备的泡沫陶瓷密度为0.187kg/cm3，抗压强度为0.72MPa，热导率为0.062W/(m·K)，满足使用性能要求。
实施例6
将黑滑石尾矿粉、江西高岭土尾矿粉和废玻璃粉按照质量比40：40：20的比例混合研磨，混合研磨开始时将占粉末总质量2％的乙二醇均匀喷入，研磨10分钟后分多次喷入CMC-Na水溶液，喷入的CMC-Na水溶液总量占粉末总质量7％。将混合研磨后过的分体过40目筛后，在干燥处存放一定时间，再放进三维混料机中进行混合均化。均化后的粉体铺在涂有耐火材料的匣钵中振实成型，最后在中温炉中于1140℃保温30分钟烧成得到泡沫陶瓷。
测试得到所制备的泡沫陶瓷密度为0.191kg/cm3，抗压强度为0.96MPa，热导率为0.068W/(m·K)，满足使用性能要求。
从上述各实施例可以看出，本发明方法得到的泡沫陶瓷在密度、抗压强度和导热率三方面能同时满足作为建筑材料使用的要求，另外经试验，当黑滑石尾矿粉、江西高岭土尾矿粉和废玻璃粉三者质量比例偏离本发明范围时可能引起导热率过高或者密度和抗压强度过低而难以使三方面均满足性能要求。

Claims (10)

1.一种综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于，包括步骤：将黑滑石尾矿粉末、江西高岭土尾矿粉末和玻璃粉末按质量比40~50：30~40：10~20的比例混合，并按粉末总质量的5%~9%加入添加剂后混合研磨并干燥均化处理后对混合粉体进行成型，最后烧结得到泡沫陶瓷，所述添加剂为助磨剂和造粒粘结剂。
2.根据权利要求1所述的综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述助磨剂为醇类助磨剂，所述造粒粘结剂为羧甲基纤维素钠水溶液。
3.根据权利要求2所述的综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述醇类助磨剂为乙二醇或丙三醇。
4.根据权利要求1所述的综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述添加剂中助磨剂和造粒粘结剂的质量比为1：3~5。
5.根据权利要求1所述的综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述加入添加剂混合研磨是先喷入助磨剂研磨不少于10分钟后再喷入造粒粘结剂继续混合研磨。
6.根据权利要求1所述的综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述黑滑石尾矿粉末、江西高岭土尾矿粉末和玻璃粉末先经过200目过筛后再混合。
7.根据权利要求1所述的综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述加入添加剂混合研磨后先经过40目过筛再干燥均化处理。
8.根据权利要求1或7所述的综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述干燥均化处理时是进行自然干燥后再放进三维混料机中进行混合均化。
9.根据权利要求1所述的综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述混合粉体进行成型是将混合粉体铺在涂有耐火材料的匣钵内振实。
10.根据权利要求1所述的综合利用固废制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述烧结时在中温炉中升温至1080℃~1240℃，保温10~30分钟烧结。
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