CN117069511A - 一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发泡陶瓷技术领域，尤其涉及一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料及制备方法和应用，按重量百分比，所述陶瓷材料的制备原料包括：高铝粉煤灰50‑60％、稳定剂5‑10％、发泡剂0.1‑0.3％、烧结助剂5‑10％，溶剂类物质余量。本发明通过添加内蒙地区所特有的高铝粉煤灰作为主要原料，显著提高了发泡陶瓷的抗压强度和烧成温度，还具有原料来源广、价格低、热稳定性好的独特优势，所制备的发泡陶瓷材料尤其适用于对防火要求和隔音要求比较高的建筑材料中，例如宾馆墙、KTV隔间墙等非承重墙，具有良好的防火性和隔音效果。
Description
技术领域
本发明涉及发泡陶瓷技术领域，尤其涉及一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料及制备方法和应用。
背景技术
发泡陶瓷是利用工业固废、矿山尾矿、江河湖泥等为主要原料，配以发泡剂，经1100-1200℃高温烧成的一类新型绿色建筑材料，既可作为外墙保温材料，又可作为室内隔墙使用，且具有良好的装饰效果，得到很多人的青睐。但发泡陶瓷也普遍存在热稳定性和耐火性能差的问题，制约了其的应用发展。
发泡陶瓷热稳定性和耐火性能差的主要原因是其在高温焙烧时，经坯料自燃熔融发泡而形成的一种高气孔率的均匀闭孔陶瓷材料。由于熔融发泡的机理和烧成温度较低，发泡陶瓷在烧成和冷却过程中结晶和析晶量较少，其物相构成中会存在较多的非晶态的玻璃相。当外部急剧加热升温时，由于发泡陶瓷保温隔热性，发泡陶瓷内外部会产生较大温差，而玻璃相的膨胀系数大、热稳定性，会导致外部受热急剧膨胀而剥落。实验证明，现有发泡陶瓷陶瓷的耐火极限一般为1h左右，其在200℃温度下就会开始逐渐脱落，在1000℃高温条件下很快失去其防火作用。
申请号为201910623095.5的专利提出了通过添加堇青石-莫来石质耐火材料提高发泡陶瓷的热稳定性和耐火性的制备方法，该方法虽可提高发泡陶瓷的热稳定性和耐火性，但堇青石-莫来石质耐火材料属高温烧成材料，其成本高，且堇青石-莫来石质耐火材料强度高、硬度大，原料的研磨加工处理能耗也会较大。
发明内容
本发明的第一个方面提供了一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，按重量百分比，所述陶瓷材料的制备原料包括：高铝粉煤灰50-60％、稳定剂5-10％、发泡剂0.1-0.3％、烧结助剂5-10％、熔剂类物质余量。
在一些实施方式中，所述高铝粉煤灰中氧化铝含量≧35wt％。
进一步地，按重量百分比，所述高铝粉煤的化学成分包括：4.5-5％CaO、0.5-1.0％MgO、0.3-0.5％K2O、0.15-0.5％Na2O、2-3％Fe2O3、40-50％SiO2、35-45％Al2O3、1-2％TiO2，余量为杂质。
进一步地，按重量百分比，所述高铝粉煤的化学成分包括：4.95％CaO、0.67％MgO、0.46％K2O、0.21％Na2O、2.41％Fe2O3、46.43％SiO2、38.92％Al2O3、1.69％TiO2，余量为杂质。
高铝粉煤灰是氧化铝含量在35％以上的粉煤灰，该粉煤灰在我国内蒙等地区较为常见，且每年排放量较大。由于粉煤灰中氧化铝含量大、莫来石相含量高，虽然会提高发泡陶瓷的烧成温度，但发泡陶瓷制品会含有更高的结晶相，以及热膨胀系数较低、热稳定性优异的莫来石晶相，从而使得高铝粉煤灰制备的发泡陶瓷具有优异的热稳定性和耐火性能。由于内蒙地区燃气资源价格优势明显，且粉煤灰属于大宗工业固废，一般做填埋处理，原料来源广、价格低，因此以内蒙当区高铝粉煤灰为原料制备发泡陶瓷具有原料来源广、综合制造成本低、产品结晶相含量高、莫来石相含量高、热稳定性好等优势，产品也属于固废高效资源化综合利用，其发展前景广阔。
高铝粉煤的含量与种类对发泡陶瓷的抗压强度有较大影响，若加入量过高，或是组成成分的不同，均会导致发泡陶瓷烧成温度提高，影响发泡材料品质。
在一些实施方式中，所述烧结助剂包括白云石、滑石、碳酸钠中的至少一种。
在一些实施方式中，所述熔剂类物质包括钾长石、钠长石中的至少一种
进一步地，所述熔剂类物质为钾长石，粒度小于200目。
申请人发现，熔剂类物质的含量与种类的改变会导致发泡陶瓷烧成温度显著升高，发泡效果变差，或者导致发泡陶瓷烧成范围降低、抗压强度降低，只有选择钾长石时烧结效果最好。
在一些实施方式中，所述稳定剂为粘土，所述粘土包括章村土、左云土、坊子土、木节土、膨润土中的至少一种。
本发明中粘土主要用于调节发泡陶瓷烧成过程中高温液相粘度，加入量过低，高温液相粘度过低，导致发泡气孔增大，烧成范围降低，反之，加入量过高，液相粘度增大，导致发泡效果不理想。
进一步地，所述稳定剂为左云土。
在一些实施方式中，所述发泡剂包括碳化硅、碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、硅酸钠、碳黑中的至少一种。
在一些实施方式中，所述发泡剂的细度800-1200目。
进一步地，所述发泡剂为碳化硅。
发泡剂加入量过低会导致发泡效果不明显，加入量过高，会造成气孔孔径增大，均匀性降低。而种类的改变也会导致孔径的均匀性和发泡效果的显著性。
在一些实施方式中，所述陶瓷材料的体积密度为0.3-0.5g/cm3，抗压强度为4-10MPa，吸水率＜4％。
在一些实施方式中，所述陶瓷材料的导热系数为0.1-0.2W/(m.K)，耐火温度＞1100℃，耐火极限时间＞1.5h。
本发明的第二个方面提供了一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括：将制备原料混合后球磨至300目以下，喷雾造粒得到粉料，将粉料置于1200-1250℃环境中高温烧结，切割得到发泡陶瓷材料。
本发明的第三个方面提供了一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料在制备建筑材料领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过添加内蒙地区所特有的高铝粉煤灰作为主要原料，显著提高了发泡陶瓷的抗压强度和烧成温度，还具有原料来源广、价格低、热稳定性好的独特优势。
2.本发明以粉煤灰为原料制备发泡陶瓷可以实现作为固废的粉煤灰高效综合利用，减少粉煤灰排放，具有较好的社会效益。
3.本发明通过添加特定含量和种类的稳定剂、发泡剂、烧结助剂和熔剂类物质，进一步提高了发泡材料的内部均匀性，提供了合适的气孔孔径，发泡合格率更高。
4.本发明制备的发泡陶瓷体积密度为0.3-0.5g/cm3、抗压强度4-10MPa、导热系数为0.1-0.2w/(m.k)、耐火度大于1100℃，耐火极限大于1.5h，其耐火度和耐火极限明显大于现有技术中的普通发泡陶瓷的耐火度和耐火极限。
5.本发明的原料易得，制备工艺简单，相较于现有技术成本更低且发泡材料性能更好，市场前景较好。
6.本发明所制备的发泡陶瓷材料尤其适用于对防火要求和隔音要求比较高的建筑材料中，例如宾馆墙、KTV隔间墙等非承重墙，具有良好的防火性和隔音效果。
附图说明
图1为实施例1中高铝粉煤灰的物相分析图，表明粉煤灰中石英含量6wt％、莫来石含量54wt％。
图2为实施例1制备的发泡陶瓷材料的物相分析图，表明制品中钙长石18wt％、莫来石23wt％和石英4wt％。
图3为实施例2制备的发泡陶瓷材料的物相分析图，表明制品中钙长石16wt％、莫来石25wt％和石英4wt％。
具体实施方式
实施例1
一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，按重量百分比，所述陶瓷材料的制备原料包括：高铝粉煤灰50％、稳定剂7％、发泡剂0.1％、烧结助剂6％、熔剂类物质余量％。
按重量百分比，所述高铝粉煤灰的化学成分包括：4.95％CaO、0.67％MgO、0.46％K2O、0.21％Na2O、2.41％Fe2O3、46.43％SiO2、38.92％Al2O3、1.69％TiO2，余量为杂质。
所述稳定剂为左云土。
所述发泡剂为碳化硅。
所述烧结助剂为滑石。
所述熔剂类物质为钾长石。
一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括：将制备原料混合后，加入制备原料50wt％的水混合后球磨至300目以下，喷雾造粒得到粉料，将粉料置于1230℃环境中高温烧结24h，切割得到发泡陶瓷材料。
实施例2
一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按重量百分比，所述陶瓷材料的制备原料包括：高铝粉煤灰55％、稳定剂8％、发泡剂0.2％、烧结助剂8％、熔剂类物质余量％。
所述稳定剂为膨润土。
所述烧结助剂为滑石。
所述熔剂类物质为钾长石。
一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料的制备方法，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，将粉料置于1240℃环境中高温烧结24h。
对比例1
一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按重量百分比，高铝粉煤灰45％，最高烧成温度为1220℃。
一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料的制备方法，具体实施方式同实施例1。
对比例2
一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按重量百分比，高铝粉煤灰70％，最高烧成温度为1260℃。
一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料的制备方法，具体实施方式同实施例1。
对比例3
一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，采用市售常规粉煤灰(购买自河北友胜耐火材料有限公司，SiO255.63％、Al2O320.49％)替换高铝粉煤灰，最高烧成温度为1180℃。
一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料的制备方法，具体实施方式同实施例1。
性能测试
将实施例和对比例所制备的发泡陶瓷材料进行下列测试，结果见表1。
组成成分分析：将实施例1中高铝粉煤灰、实施例1-2制备的发泡陶瓷材料进行物相分析测试，结果见图1-3。
体积密度：参考QB/T1642-2012《陶瓷胚体显气孔率、体积密度测试方法》进行测试。
抗压强度：参考GB/T4744-1999《陶瓷材料抗压强度试验方法》进行测试。
吸水率：参考GB/T 3299-2011进行测试。
导热系数：参考GB/T 39862-2021进行测试。
耐火极限：参考GB/T9978.1-2008进行测试。
表1
Claims (11)
1.一种高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比，所述陶瓷材料的制备原料包括：高铝粉煤灰50-60％、稳定剂5-10％、发泡剂0.1-0.3％、烧结助剂5-10％，溶剂类物质余量。
2.根据权利要求1所述的高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，其特征在于，所述高铝粉煤灰中氧化铝含量≧35wt％。
3.根据权利要求2所述的高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，其特征在于，所述烧结助剂包括白云石、滑石、碳酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，其特征在于，所述熔剂类物质包括钾长石、钠长石中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，其特征在于，所述稳定剂为粘土，所述粘土包括章村土、左云土、坊子土、木节土、膨润土中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，其特征在于，所述发泡剂包括碳化硅、石墨、碳黑中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，其特征在于，所述发泡剂的细度为800-1200目。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的体积密度为0.3-0.5g/cm3，抗压强度为4-10MPa，吸水率＜4％。
9.根据权利要求1-7任一项所述的高铝粉煤灰发泡陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的导热系数为0.1-0.2W/(m.K)，耐火温度＞1100℃，耐火极限时间＞1.5h。
10.一种根据权利要求1-7任一项所述的高铝粉煤灰发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将制备原料混合后球磨至300目以下，喷雾造粒得到粉料，将粉料置于1200-1250℃环境中高温烧结，切割得到发泡陶瓷材料。
11.一种根据权利要求1-7任一项所述的高铝粉煤灰发泡陶瓷材料在制备建筑材料领域中的应用。
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