專利名稱：一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于泡沫陶瓷技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及陶瓷工業(yè)的快速發(fā)展，陶瓷工業(yè)廢料日益增多，不僅對(duì)城市環(huán)境造成巨大壓力，而且還限制了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，所以陶瓷工業(yè)廢料的處理與利用非常重要。目前，我國(guó)陶瓷工業(yè)廢料的處理與利用程度比較低，大量廢渣擠占耕地，使水和空氣受到污染。隨著陶瓷業(yè)產(chǎn)量的增加，廢料的數(shù)量越來(lái)越多，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)陶瓷廢料的年產(chǎn)量估計(jì)在1000萬(wàn)噸左右，如此大量的陶瓷廢料已經(jīng)不是簡(jiǎn)單填埋可以解決的問(wèn)題，隨著經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，陶瓷廢料的堆積擠占土地，微細(xì)粉塵影響當(dāng)?shù)乜諝獾馁|(zhì)量，而陶瓷廢料的填埋耗費(fèi)人力物力，還污染地下水質(zhì)，如何變廢為寶，將陶瓷廢料進(jìn)行資源化合理利用，已經(jīng)成為科技和環(huán)保部門(mén)的當(dāng)務(wù)之急。另外，大理石在加工過(guò)程中，同樣會(huì)產(chǎn)生大量的廢料,主要包括石材邊角料和石 粉。目前，石材邊角料已得到充分的再利用，但對(duì)于石粉還沒(méi)有較好的處理方法，只能將其堆積起來(lái)。若僅對(duì)石粉采取堆積處理，不但造成土地和資源的浪費(fèi)，而且會(huì)污染水源，危害很大。因此，如何正確處理和利用這些石粉廢料，變廢為寶，已經(jīng)成為石材企業(yè)十分關(guān)注的問(wèn)題。陶瓷廢料主要是在陶瓷制品生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生，如成形、干燥、施釉、搬運(yùn)及焙燒等工序。陶瓷廢料的化學(xué)組成主要為Si02、A1203、CaO, MgO, K2O, Na2O及少量Fe2O3等。廢棄大理石石粉的主要成分為碳酸鈣，且其粒度較小。如何充分利用陶瓷廢料和廢棄大理石石粉的化學(xué)組成特點(diǎn)，進(jìn)行合理開(kāi)發(fā)，是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。將陶瓷廢料作為主要原料，制備泡沫陶瓷材料(如泡沫保溫磚、洗衣石、輕質(zhì)陶粒等)是一種資源化利用較充分的技術(shù)方法。但是，采用當(dāng)前的技術(shù)方法，很難制得低容重(小于0.4 g/cm3)、低導(dǎo)熱系數(shù)(小于0. 15 W/(m*k))、高耐壓強(qiáng)度(大于5 MPa)的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。目前國(guó)內(nèi)外主要采用三種方法，以陶瓷廢料作為主要原料來(lái)制備泡沫陶瓷材料。第一種方法是以陶瓷廢料為主，另添加粘土類礦物、粉煤灰、石英類礦物、長(zhǎng)石類礦物等，再加以適量添加劑、發(fā)泡劑(石墨、碳化物、硼化物、碳酸鹽、硫酸鹽等)和助磨劑，經(jīng)破碎、球磨、干燥和成型后，在100(Tl3(KrC條件下熱處理l(T60min制得，但是，采用該法很難制得輕質(zhì)和低導(dǎo)熱系數(shù)的泡沫陶瓷材料；第二種方法是以陶瓷廢料為主，另加入其他天然礦物、廢料、廢渣及工業(yè)添加劑等作為組成調(diào)節(jié)齊U，在高溫爐中(大于1300°C )熔融成熔體，經(jīng)鼓泡形成多孔體、淬冷得到泡沫陶瓷材料，或熔體經(jīng)淬冷和破碎，再與添加劑和發(fā)泡劑等經(jīng)混合、球磨、干燥和成型，然后經(jīng)高溫?zé)崽幚?800 1100°0發(fā)泡制得泡沫陶瓷材料，由于該法需要經(jīng)過(guò)高溫熔制過(guò)程，因此耗費(fèi)能源較大，且工藝復(fù)雜；第三種方法是以陶瓷廢料為主，另加入廢或碎玻璃、工業(yè)添加劑和發(fā)泡劑等，經(jīng)破碎、球磨、干燥和成型，在80(Tll(KrC熱處理發(fā)泡制得泡沫陶瓷材料，但受材料礦物特質(zhì)的影響，仍很難制得輕質(zhì)、導(dǎo)熱系數(shù)低和強(qiáng)度高的泡沫陶瓷材料。總之，目前在陶瓷廢料為主要原料制備輕質(zhì)泡沫陶瓷材料中仍存在一些的不足如工業(yè)能耗大、所制備的材料無(wú)法達(dá)到低容重(小于0.4 g/cm3)、低導(dǎo)熱系數(shù)(小于0.15 W/(m k))、高耐壓強(qiáng)度(大于5 MPa)等性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種工業(yè)能耗較小和生產(chǎn)成本低廉的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料的制備方法；用該方法所所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料具有低容重、低導(dǎo)熱系數(shù)和高耐壓強(qiáng)度的特性，用于建筑外墻、窯爐、管道和其他高溫設(shè)備外層的節(jié)能保溫。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是先將60、5 wt%的陶瓷廢料、2 20wt%的廢棄大理石石粉、2 20 wt%的鎂橄欖石和(TlO wt%的工業(yè)純堿為原料混合；
再外加所述原料5(Tl20 wt%的水和0. 5 2 wt%的三聚磷酸鈉，濕法球磨，干燥，過(guò)30 目篩，采用噴霧造粒，過(guò)60目篩；
然后將過(guò)60目篩后的粒料在壓力為45 55 MPa條件下壓制成坯體，在105(Tl250°C條件下熱處理10 120 min ；
最后將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5 10被％的發(fā)泡劑，混合均勻，置于耐熱鋼模具中，在105(Tl25(rC條件下熱處理1(T120 min，冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。所述陶瓷廢料的粒度為90 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為50 69 wt%, Al2O3為 10 20 wt%, CaO 為 I 5wt%，MgO 為 3 7 wt%, K2O 為 I 3 wt%, Na2O 為 I 4 wt%。所述廢棄大理石石粉的粒度為120 180目；其中的CaCO3含量大于50 wt%。所述鎂橄欖石的粒度為80 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為25 35 wt%,MgO為50 65 wt%, CaO 為 0. 5 2 wt%, Fe2O3 小于 8 wt%。所述工業(yè)純堿的粒度為80 120目；其中的Na2CO3大于99 wt%。所述發(fā)泡劑的粒度為12(Tl80目；發(fā)泡劑為石墨、碳化硅、石灰石、廢棄大理石石粉中的一種，其中石墨中的碳含量為70、9 wt%，碳化硅中的SiC含量大于70 wt%，石灰石中的CaCO3含量大于85 wt%，廢棄大理石石粉同原料中的廢棄大理石石粉。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果
1、不需經(jīng)過(guò)高溫熔制過(guò)程，工業(yè)能耗較?。?br> 2、以陶瓷廢料和廢棄大理石石粉為主要原料，在實(shí)現(xiàn)了廢棄料資源化開(kāi)發(fā)利用的同時(shí)，降低了生產(chǎn)成本，具有很大的產(chǎn)業(yè)化前景；
3、所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料性能優(yōu)良容重小于0.38 g/cm3、導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 14W/(m k)、耐壓強(qiáng)度大于5 MPa。因此，本發(fā)明具有工業(yè)能耗較小和生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)；所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料容重低、導(dǎo)熱系數(shù)低和耐壓強(qiáng)度高，用于建筑外墻、窯爐、管道和其他高溫設(shè)備外層的節(jié)能保溫領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式
的原料統(tǒng)一描述如下，各實(shí)施例中不再贅述陶瓷廢料的粒度為90 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2為50 69 wt%, Al2O3為10 20wt%, CaO 為 I 5wt%，MgO 為 3 7 wt%, K2O 為 I 3 wt%, Na2O 為 I 4 wt%。廢棄大理石石粉的粒度為120 180目；其中CaCO3的含量大于50 wt%。鎂橄欖石的粒度為80 120目；其主要化學(xué)成分是=SiO2S 25 35 wt%，MgO為50 65wt%, CaO 為 0. 5 2 wt%, Fe2O3 小于 8 wt%。工業(yè)純堿的粒度為80 120目；其中的Na2CO3大于99 wt%。石墨的粒度為120 180目；其中的碳含量為70 99 wt%。碳化硅的粒度為120 180目；其中的SiC含量大于70 wt%。 石灰石的粒度為120 180目；其中CaCO3的含量大于85 wt%。實(shí)施例I
一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法。先將6(T70 wt%的陶瓷廢料、15 20 wt%的廢棄大理石石粉、2 10 wt%的鎂橄欖石和5 10wt%的工業(yè)純堿為原料混合。再外加所述原料80 120 wt%的水和0. 5 1 wt%的三聚磷酸鈉,濕法球磨,干燥,過(guò)30目篩，采用噴霧造粒，過(guò)60目篩。然后將過(guò)60目篩后的粒料在壓力為45 55 MPa條件下壓制成坯體，在1050 1100條件下熱處理10 30 min。最后將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5 7 wt%的廢棄大理石石粉，混合均勻，置于耐熱鋼模具中，在120(Tl25(rC條件下熱處理40飛0 min,冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。本實(shí)施例所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料，容重小于0. 35 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 13W/ (m k),耐壓強(qiáng)度大于6 MPa。實(shí)施例2
一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法。先將85、5 wt%的陶瓷廢料、2 10wt%的廢棄大理石石粉和2飛wt%的鎂橄欖石為原料混合。再外加所述原料60、0 wt%的水和2 wt%的三聚磷酸鈉,濕法球磨,干燥,過(guò)30目篩，采用噴霧造粒，過(guò)60目篩。然后將過(guò)60目篩后的粒料在壓力為45飛5 MPa條件下壓制成坯體，在120(Tl25(TC條件下熱處理30 60 min。最后將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料6 10wt%的碳化硅，混合均勻，置于耐熱鋼模具中，在110(Tl20(rC條件下熱處理1(T30 min，冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。本實(shí)施例所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料，容重小于0. 3 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)小于0. I W/(m k),耐壓強(qiáng)度大于7MPa。實(shí)施例3
一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法。先將7(T85 wt%的陶瓷廢料、4、wt%的廢棄大理石石粉、10 20 wt%的鎂橄欖石和I飛wt%的工業(yè)純堿為原料混合。再外加所述原料5(T70wt%的水和0. 5^0. 7wt%的三聚磷酸鈉,濕法球磨，干燥,過(guò)30目篩，采用噴霧造粒，過(guò)60目篩。然后將過(guò)60目篩后的粒料在壓力為45飛5 MPa條件下壓制成坯體，在110(ri200°C條件下熱處理60 90 min。最后將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料8 10 wt%的石墨，混合均勻，置于耐熱鋼模具中，在110(Tl20(rC條件下熱處理30飛0 min，冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。本實(shí)施例所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料，容重小于0. 3 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 11W/ (m k),耐壓強(qiáng)度大于5. 5 MPa。實(shí)施例4
一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法。先將65 75 wt%的陶瓷廢料、9 16 wt%的廢棄大理石石粉、7 14 wt%的鎂橄欖石、I飛wt%的工業(yè)純堿為原料混合。再外加所述原料6(T80 wt%的水和0. 8^1. 2 wt%的三聚磷酸鈉，濕法球磨，干燥， 過(guò)30目篩，采用噴霧造粒，過(guò)60目篩。然后將過(guò)60目篩后的粒料在壓力為45飛5 MPa條件下壓制成坯體，在105(Tll50°C條件下熱處理80 120 min。最后將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料8 10 wt%的廢棄大理石石粉，混合均勻，置于耐熱鋼模具中，在105(Tl IOO0C條件下熱處理5(T80 min,冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。本實(shí)施例所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料，容重小于0. 25 g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.08W/ (m k),耐壓強(qiáng)度大于6 MPa。實(shí)施例5
一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法。先將7(T75 wt%的陶瓷廢料、8 12 wt%的廢棄大理石石粉、12 18 wt%的鎂橄欖石、4 8 wt%的工業(yè)純堿為原料混合。再外加所述原料100 120 wt%的水和I. 1 1. 5 wt%的三聚磷酸鈉,濕法球磨，干燥，過(guò)30目篩,采用噴霧造粒,過(guò)60目篩。然后將過(guò)60目篩后的粒料在壓力為45飛5 MPa條件下壓制成坯體，在120(Tl250°C條件下熱處理10 30 min。最后將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5、wt%的石墨，混合均勻，置于耐熱鋼模具中，在120(n250°C條件下熱處理8(T100 min，冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。本實(shí)施例所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料，容重小于0. 35 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 12W/ (m k),耐壓強(qiáng)度大于7 MPa。實(shí)施例6
一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法。先將60飛5 wt%的陶瓷廢料、14 18 wt%的廢棄大理石石粉、7 12 wt%的鎂橄欖石、7 10 wt%的工業(yè)純堿為原料混合。再外加所述原料90 110 丨％的水和1.5 2 wt%的三聚磷酸鈉,濕法球磨,干燥,過(guò)30目篩，采用噴霧造粒，過(guò)60目篩。然后將過(guò)60目篩后的粒料在壓力為45飛5 MPa條件下壓制成坯體，在110(Tll50°C條件下熱處理90 120 min。最后將熱處理后的物料破碎,粉磨至120目，外加粉磨后物料5 8 wt%的碳化娃，混合均勻，置于耐熱鋼模具中，在120(Tl25(rC條件下熱處理1(T40 min，冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。本實(shí)施例所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料，容重小于0. 38 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 14W/ (m k),耐壓強(qiáng)度大于8 MPa。實(shí)施例7
一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法。先將90、5 wt%的陶瓷廢料、2 7 丨％的廢棄大理石石粉、2 7 wt%的鎂橄欖石、I飛wt%的工業(yè)純堿為原料混合。再外加所述原料100 120 wt%的水和I. 2 1. 6 wt%的三聚磷酸鈉,濕法球磨，干燥，過(guò)30目篩,采用噴霧造粒,過(guò)60目篩。然后將過(guò)60目篩后的粒料在壓力為45飛5 MPa條件下壓制成坯體，在 108(Tll50°C條件下熱處理10 30 min。最后將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5 7 wt%的石灰石，混合均勻，置于耐熱鋼模具中，在118(T122(TC條件下熱處理7(T100 min，冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。本實(shí)施例所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料，容重小于0. 25 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)小于0. IW/ (m k),耐壓強(qiáng)度大于6 MPa。實(shí)施例8
一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法。先將67 74 wt%的陶瓷廢料、1(T15 wt%的廢棄大理石石粉、10 15 wt%的鎂橄欖石、3飛wt%的工業(yè)純堿為原料混合；
再外加所述原料5(T70 wt%的水和I. 5^1. 8 wt%的三聚磷酸鈉，濕法球磨，干燥，過(guò)30目篩，采用噴霧造粒，過(guò)60目篩；
然后將過(guò)60目篩后的粒料在壓力為45 55 MPa條件下壓制成坯體，在105(Tl080°C條件下熱處理20 40 min ；
最后將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料6 10 wt%的石灰石，混合均勻，置于耐熱鋼模具中，在110(ni60°C條件下熱處理9(T120 min，冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。本實(shí)施例所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料，容重小于0. 22 g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.06W/ (m k),耐壓強(qiáng)度大于5 MPa。本具體實(shí)施方式
與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果
1、不需經(jīng)過(guò)高溫熔制過(guò)程，工業(yè)能耗較小；
2、以陶瓷廢料和廢棄大理石石粉為主要原料，在實(shí)現(xiàn)了廢棄料資源化開(kāi)發(fā)利用的同時(shí)，降低了生產(chǎn)成本，具有很大的產(chǎn)業(yè)化前景；
3、所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料性能優(yōu)良容重小于0.38g/cm3、導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 14 W/(m k)、耐壓強(qiáng)度大于5 MPa。因此，本發(fā)明具有工業(yè)能耗較小和生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)；所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料容重低、導(dǎo)熱系數(shù)低和耐壓強(qiáng)度高，用于建筑外墻、窯爐、管道和其他高溫設(shè)備外層的節(jié)能保溫領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料的制備方法，其特征在于先將60、5 wt%的陶瓷廢料、2 20wt%的廢棄大理石石粉、2 20 wt%的鎂橄欖石和(TlO wt%的工業(yè)純堿為原料混合； 再外加所述原料5(Tl20 wt%的水和0. 5 2 wt%的三聚磷酸鈉，濕法球磨，干燥，過(guò)30目篩，采用噴霧造粒，過(guò)60目篩； 然后將過(guò)60目篩后的粒料在壓力為45 55 MPa條件下壓制成坯體，在105(Tl250°C條件下熱處理10 120 min ； 最后將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5 10被％的發(fā)泡劑，混合均勻，置于耐熱鋼模具中，在105(T125(TC條件下熱處理1(T120 min，冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述陶瓷廢料的粒度為90 120目；其主要化學(xué)成分是Si02為50 69 wt%，Al2O3為10 20 wt%，CaO為l 5wt%，MgO 為 3 7 wt%, K2O 為 I 3 wt%, Na2O 為 I 4 wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述廢棄大理石石粉的粒度為120 180目；其中的CaCO3含量大于50 wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述鎂橄欖石的粒度為80 120目；其主要化學(xué)成分是Si02為25 35 wt%, MgO為50 65 wt%, CaO為0. 5 2wt%, Fe2O3 小于 8 wt%0
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述工業(yè)純堿的粒度為80 120目；其中的Na2CO3大于99 wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述發(fā)泡劑的粒度為12(Tl80目；發(fā)泡劑為石墨、碳化硅、石灰石、廢棄大理石石粉中的一種，其中 石墨中的碳含量為70、9 wt%，碳化硅中的SiC含量大于70 wt%，石灰石中的CaCO3含量大于85 wt%，廢棄大理石石粉同原料中的廢棄大理石石粉。
7.根據(jù)權(quán)利要求f6項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料的制備方法所制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輕質(zhì)泡沫陶瓷材料及其制備方法。其技術(shù)方案是先將60~95wt%的陶瓷廢料、2~20wt%的廢棄大理石石粉、2~20wt%的鎂橄欖石和0~10wt%的工業(yè)純堿為原料混合；再外加所述原料50~120wt%的水和0.5~2wt%的三聚磷酸鈉，濕法球磨，干燥，過(guò)30目篩，噴霧造粒，過(guò)60目篩；然后在壓力為45~55MPa條件下壓制成坯體，在1050~1250℃條件下熱處理10~120min；最后將熱處理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5~10wt%的發(fā)泡劑，混勻，置于耐熱鋼模具中，在1050~1250℃條件下熱處理10~120min，冷卻、脫模，即得輕質(zhì)泡沫陶瓷材料。本發(fā)明具有工業(yè)能耗較小和生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)；其制品的容重低、導(dǎo)熱系數(shù)低和耐壓強(qiáng)度高。
文檔編號(hào)C04B38/06GK102701784SQ201210208710
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者劉浩, 張保國(guó), 王周福, 王璽堂 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)