專(zhuān)利名稱：發(fā)泡陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料領(lǐng)域，具體地講，涉及一種用于建筑保溫的發(fā)泡陶瓷材料以及制造發(fā)泡陶瓷材料的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由建筑保溫材料導(dǎo)致的火災(zāi)頻發(fā)，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》中規(guī)定民用建筑外保溫材料的燃燒性能宜為A級(jí)，且不應(yīng)低于B2級(jí)。目前，市場(chǎng)上的A級(jí)防火保溫材料主要有巖棉、玻璃棉、泡沫玻璃、發(fā)泡水泥、閉孔珍珠巖等。巖棉、玻璃棉含有大量無(wú)機(jī)纖維，嚴(yán)重影響環(huán)境及人體健康，且易吸水、易收縮；雖然泡沫玻璃密度小、隔熱性能好，但是強(qiáng)度低、抗沖擊性差、抗水滲透性差；發(fā)泡水泥、閉孔珍珠巖吸水率大、強(qiáng)度低、易開(kāi)裂，且導(dǎo)熱系數(shù)受生產(chǎn)工藝影響較大，不易控制。此外，在我國(guó)尾礦因得不到規(guī)?；挠行Ю枚L(zhǎng)期大量堆積，導(dǎo)致大面積占用農(nóng)田、破壞植被、污染地下水、破壞環(huán)境等，嚴(yán)重影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及資源的有效利用。因此，如何實(shí)現(xiàn)這些尾礦的規(guī)?；案吒郊又道靡咽艿饺鐣?huì)的廣泛關(guān)注。在部分尾礦中，如鐵礦尾礦、石英尾礦、藍(lán)晶石尾礦、鋁礬土尾礦等，二氧化硅含量較高(SiO2>60%)，目前處理這些尾礦的主要方式為填埋、鋪路及尾礦制磚等的低附加值利用。雖然已對(duì)上述尾礦進(jìn)行了有價(jià)元素回收、陶瓷材料、玻璃、微晶玻璃等高附加值利用的研究，但尚不能規(guī)模化。以拋光瓷渣、廢陶瓷碎片、廢淤泥、工業(yè)廢渣、石英、粘土等為主要原料生產(chǎn)發(fā)泡陶瓷的技術(shù)已有較多報(bào)道，但尚未公開(kāi)采用尾礦，尤其采用高二氧化硅含量的尾礦為主要原料制備發(fā)泡陶瓷材料的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種使用尾礦制備發(fā)泡陶瓷材料的方法以及由該方法制備的發(fā)泡陶瓷材料。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制備發(fā)泡陶瓷材料的方法。該方法將由尾礦、長(zhǎng)石、發(fā)泡劑、發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、助熔劑組成的配料進(jìn)行破碎、成型和燒制膨化，尾礦是二氧化硅含量在60wt %以上的鐵礦尾礦、石英尾礦、藍(lán)晶石尾礦、鋁礬土尾礦中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，配料可以包括65_85wt %的尾礦、10_30wt %的長(zhǎng)石、l-4wt%的發(fā)泡劑、O. 05-2被％的發(fā)泡調(diào)節(jié)劑和3-10wt%的助熔劑。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在破碎步驟中，可以將配料的粒度破碎至250目以上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在燒制膨化步驟中，膨化溫度可以為1080-1300°C。其中，在 燒制膨化步驟中，在750°C之前的升溫速率可以為7-10°C /min，在750°C至1000°C之間的升溫速率可以為5-7°C /min，在1000°C至膨化溫度之間的升溫速率可以為3_4°C /min，在膨化溫度可以保溫30-60min。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，長(zhǎng)石可以是鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和I丐長(zhǎng)石中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，發(fā)泡劑可以是煤粉、焦粉、碳化硅和碳酸鈣中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，發(fā)泡調(diào)節(jié)劑可以是硼酸、硼酐、氧化鐵、氧化鋁和氧化硅中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，助熔劑可以是碳酸鈉、氟化鈣、磷酸鈉中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種發(fā)泡陶瓷材料，該發(fā)泡陶瓷材料采用上述的方法制備。根據(jù)本發(fā)明的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法可以使用尾礦制備發(fā)泡陶瓷材料，使尾礦得到高附加值的利用。此外，所制備的發(fā)泡陶瓷材料具有優(yōu)異的性能，如密度小、強(qiáng)度高、吸水率低、熱導(dǎo)率低、不燃燒、壽命長(zhǎng)等。
具體實(shí)施例方式下面將參照具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)地描述本發(fā)明的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法以及由該方法制備的發(fā)泡陶瓷材料。根據(jù)本發(fā)明的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法使用尾礦作為主要原料來(lái)制備發(fā)泡陶瓷材料，從而使尾礦得到高附加值的利用。這里，作為制備發(fā)泡陶瓷材料主要原料的尾礦可以是二氧化硅含量在60wt %以上的鐵礦尾礦、石英尾礦、藍(lán)晶石尾礦、鋁礬土尾礦中的至少一種。具體地講，可以將由上述尾礦、長(zhǎng)石、發(fā)泡劑、發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、助熔劑組成的配料進(jìn)行破碎、成型和燒制膨化來(lái)制備發(fā)泡陶瓷材料。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，所使用的配料可以包括65-85 丨％的尾礦、10-3(^丨％的長(zhǎng)石、l-4wt%的發(fā)泡劑、O. 05_2wt %的發(fā)泡調(diào)節(jié)劑和3-10wt%的助熔劑。根據(jù)本發(fā)明的不例性實(shí)施例，長(zhǎng)石可以是鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和I丐長(zhǎng)石中的至少一種；發(fā)泡劑可以是煤粉、焦粉、碳化硅和碳酸鈣中的至少一種；發(fā)泡調(diào)節(jié)劑可以是硼酸、硼酐、氧化鐵、氧化鋁和氧化硅中的至少一種；助熔劑可以是碳酸鈉、氟化鈣、磷酸鈉中的至少一種。然而，所使用的長(zhǎng)石、發(fā)泡劑、發(fā)泡調(diào)節(jié)劑和助熔劑不限于以上所列各項(xiàng)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在制備發(fā)泡陶瓷材料的過(guò)程中可以首先將上述配料進(jìn)行破碎。具體地講，可以將上述配料用球磨機(jī)進(jìn)行破碎(例如，球磨5-10小時(shí))，然后過(guò)250目篩，取篩下配料，從而得到粒度在250目以上的配料。這里，可以在球磨之前用破碎機(jī)對(duì)配料進(jìn)行破碎，使大塊配料變小，從而便于用球磨機(jī)進(jìn)行球磨。接下來(lái)，可以對(duì)經(jīng)破碎后的配料進(jìn)行成型。具體地講，例如，可以在碳化硅/剛玉組合模具中干式震動(dòng)或搗打至密實(shí)。最后，將粉體連同模具一起放入加熱爐中燒制，使粉體膨化形成發(fā)泡陶瓷。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，膨化溫度可以為1080-1300°C。這里，燒制膨化可以在電加熱爐中進(jìn)行。下面將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的對(duì)配料進(jìn)行燒制膨化的過(guò)程，S卩，升溫至膨化溫度的升溫過(guò)程。具體地講，在燒制過(guò)程中，在750°C之前的升溫速率可以為7-10°C /min,以在配料粉體的表面盡早地形成燒結(jié)保護(hù)層，避免發(fā)泡劑在低溫下的氧化消耗。在750°C至1000°C之間的升溫速率可以為5_7°C /min。這是因?yàn)樵诖穗A段，少量熔體開(kāi)始形成，粉體開(kāi)始燒結(jié)收縮，所以升溫速率不宜過(guò)快，否則會(huì)因燒結(jié)體收縮不均勻而導(dǎo)致內(nèi)部形成孔洞或裂紋。在1000°C至膨化溫度之間的升溫速率可以為3_4°C /min。在此階段，粉體中開(kāi)始出現(xiàn)較多的熔體，使得燒結(jié)體具有一定的可塑性，同時(shí)，發(fā)泡劑和發(fā)泡調(diào)節(jié)劑開(kāi)始相互作用而生成氣體。由于熔體粘度較高,生成的氣體 無(wú)法排出，所以開(kāi)始在原位形成氣泡,且隨著溫度和壓力的升高氣泡尺寸逐漸變大。此階段為封閉氣孔結(jié)構(gòu)形成階段，因此，需嚴(yán)格控制升溫速率以均勻傳熱，使氣泡穩(wěn)步長(zhǎng)大。在膨化溫度保溫30-60分鐘。此階段為穩(wěn)定氣泡階段，當(dāng)燒結(jié)溫度、熔體粘度、氣體壓力三者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，氣泡開(kāi)始穩(wěn)定。最后經(jīng)快速退火，使氣孔結(jié)構(gòu)得以固定，最終形成封閉氣孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡陶瓷。根據(jù)上述方法制備的發(fā)泡陶瓷材料可以具有O. 2-0. 7g/cm3的體積密度、O. 2_5mm的氣孔尺寸、O. 056-0. 088W/(m -K)的熱導(dǎo)率、7_18MPa的耐壓強(qiáng)度。此外，根據(jù)上述方法制備的發(fā)泡陶瓷材料的98%以上的氣孔為封閉孔，發(fā)泡陶瓷材料的體積吸收率小于0.5%。實(shí)施例一將由5 7 · 8wt %的鐵礦尾礦、18wt %的石英尾礦、17wt %的鉀長(zhǎng)石、I · 2wt %的煤粉、3wt%的硼酸、3wt %的磷酸鈉組成的配料破碎混合，其中，鐵礦尾礦中二氧化硅含量為62wt%，石英尾礦中二氧化硅含量為95wt%。將得到的配料球磨8小時(shí)后過(guò)250目篩，將篩下料在組合模具中人工搗打至密實(shí)進(jìn)行成型，然后，將成型的配料燒制膨化，最后進(jìn)行快速退火而制得發(fā)泡陶瓷材料。其中，在燒制膨化步驟中，在750°C之前的升溫速率為8°C /min，在750°C至1000°C之間的升溫速率為5°C /min，在1000°C至1180°C之間的升溫速率為30C /min，在1180°C保溫30分鐘。在經(jīng)檢測(cè)，發(fā)泡陶瓷材料的氣孔尺寸為l_3mm ;體積密度為O. 52g/cm3，熱導(dǎo)率為O. 088W/ (m · K)，抗壓強(qiáng)度為17. 2MPa，體積吸水率為O. 45%。實(shí)施例二將由50wt%的鐵礦尾礦、20wt%的石英尾礦、5被％的鋁礬土尾礦、20wt%的鈉長(zhǎng)石、I. 5wt%的碳化娃、2 1:%的硼酸和I. 5 1:%的碳酸鈉組成的配料破碎混合,其中，鐵礦尾礦中二氧化硅含量為68wt%，石英尾礦中二氧化硅含量為93wt%，鋁礬土尾礦中二氧化硅含量為63wt%。將得到的配料球磨8小時(shí)后過(guò)250目篩,將篩下料在組合模具中機(jī)械震動(dòng)
I.5分鐘進(jìn)行成型，然后，將成型的配料燒制膨化，最后進(jìn)行快速退火而制得發(fā)泡陶瓷材料。其中，在燒制膨化步驟中，在750°C之前的升溫速率為7 V /min,在750 V至1000 V之間的升溫速率為5°C /min，在1000°C至1225°C之間的升溫速率為4°C /min，在1225°C保溫45分鐘。經(jīng)檢測(cè)，發(fā)泡陶瓷材料的氣孔尺寸為3-5mm，體積密度為O. 45g/cm3，熱導(dǎo)率為O. 073W/(m · K)，抗壓強(qiáng)度為15. 6MPa，體積吸水率為O. 48% 0實(shí)施例三將由53wt%的鐵礦尾礦、llwt%的石英尾礦、8被％的藍(lán)晶石尾礦、21. 7wt%的鉀長(zhǎng)石、2wt%的焦粉、O. 3wt%的氧化鐵、2wt%的氟化鈣、2wt%的磷酸鈉組成的配料進(jìn)行破碎混合，其中，鐵礦尾礦中二氧化硅含量為72wt%，石英尾礦中二氧化硅含量為94wt%，藍(lán)晶石尾礦中二氧化硅含量為68wt %。將得到的配料球磨8小時(shí)后過(guò)250目篩，將篩下料在組合模具中人工搗打至密實(shí)進(jìn)行成型，然后，經(jīng)成型的配料燒制膨化，最后進(jìn)行快速退火而制得發(fā)泡陶瓷材料。其中，在燒制膨化步驟中，在750°C之前的升溫速率為9°C /min，在750°C至1000°C之間的升溫速率為6°C /min，在1000°C至1230°C之間的升溫速率為3°C /min，在1230°C保溫60分鐘。經(jīng)檢測(cè)，發(fā)泡陶瓷材料的氣孔尺寸為O. 2-0. 4mm,體積密度為O. 35g/cm3,熱導(dǎo)率為O. 065W/ (m · K)，抗壓強(qiáng)度為lOMPa，體積吸水率為O. 45%。實(shí)施例四將由55wt%的鐵礦尾礦、20wt%的石英尾礦、15wt%的鉀長(zhǎng)石、O. 3wt%的碳酸隹丐、
2.4wt %的碳化娃>0. 3wt %的氧化鐵、Iwt %的硼酸、Iwt %的氟化I丐、2wt %的碳酸鈉、3wt %的磷酸鈉組成的配料破碎混合，其中，鐵礦尾礦中二氧化硅含量為75wt%，石英尾礦中二氧化娃含量為95wt %。將得到的配料球磨8小時(shí)后過(guò)250目篩,將篩下料在組合模具中機(jī)械震動(dòng)I. 5分鐘以進(jìn)行成型，然后，將成型的配料燒制膨化，最后進(jìn)行快速退火而制得發(fā)泡陶瓷材料。其中，在燒制膨化步驟中，在750°C之前的升溫速率為10°C /min，在750°C至1000°C之間的升溫速率為7V /min，在1000°C至1225°C之間的升溫速率為4°C /min，在1225°C保溫60分鐘。經(jīng)檢測(cè)，發(fā)泡陶瓷材料的氣孔尺寸為O. 2-0. 4mm,體積密度為O. 22g/cm3,熱導(dǎo)率為O. 056W/ (m · K)，抗壓強(qiáng)度為7MPa，體積吸水率為O. 46%。根據(jù)本發(fā)明的以上實(shí)施例的描述可以看出，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法制備發(fā)泡陶瓷材料具有優(yōu)異的性能，如密度小、強(qiáng)度高、吸水率低、熱導(dǎo)率低、不燃燒、壽命長(zhǎng)等。雖然已結(jié)合示例性實(shí)施例的內(nèi)容描述了本發(fā)明，但將理解的是，本發(fā)明不限于公開(kāi)的實(shí)施例，而是相反，意圖覆蓋包括在權(quán)利要求及其等同物的精神和范圍內(nèi)的各種修改 和等同布置。
權(quán)利要求
1.一種制備發(fā)泡陶瓷材料的方法，其特征在于，將由尾礦、長(zhǎng)石、發(fā)泡劑、發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、助熔劑組成的配料進(jìn)行破碎、成型和燒制膨化，尾礦是二氧化硅含量在60Wt%以上的鐵礦尾礦、石英尾礦、藍(lán)晶石尾礦、鋁礬土尾礦中的至少一種。
2.如權(quán)利要求I所述的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法，其特征在于，配料包括65-85wt%的尾礦、10-30wt %的長(zhǎng)石、l-4wt %的發(fā)泡劑、O. 05-2wt %的發(fā)泡調(diào)節(jié)劑和3-lOwt %的助熔劑。
3.如權(quán)利要求I所述的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法，其特征在于，在破碎步驟中，將配料的粒度破碎至250目以上。
4.如權(quán)利要求I所述的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法，其特征在于，在燒制膨化步驟中，膨化溫度為1080-1300°C。
5.如權(quán)利要求4所述的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法，其特征在于，在燒制膨化步驟中，在750°C之前的升溫速率為7-10°C /min，在750°C至1000°C之間的升溫速率為5_7°C /min，在 1000°C至膨化溫度之間的升溫速率為3-4°C /min，在膨化溫度保溫30_60min。
6.如權(quán)利要求I所述的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法，其特征在于，長(zhǎng)石是鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石中的至少一種。
7.如權(quán)利要求I所述的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法，其特征在于，發(fā)泡劑是煤粉、焦粉、碳化硅和碳酸鈣中的至少一種。
8.如權(quán)利要求I所述的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法，其特征在于，發(fā)泡調(diào)節(jié)劑是硼酸、硼酐、氧化鐵、氧化鋁和氧化硅中的至少一種。
9.如權(quán)利要求I所述的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法，其特征在于，助熔劑是碳酸鈉、氟化 鈣、磷酸鈉中的至少一種。
10.一種發(fā)泡陶瓷材料，所述發(fā)泡陶瓷材料采用如權(quán)利要求I所述的方法制備。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)泡陶瓷材料及其制備方法。該制備發(fā)泡陶瓷材料的方法，將由尾礦、長(zhǎng)石、發(fā)泡劑、發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、助熔劑組成的配料進(jìn)行破碎、成型和燒制膨化，尾礦是二氧化硅含量在60wt％以上的鐵礦尾礦、石英尾礦、藍(lán)晶石尾礦、鋁礬土尾礦中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的制備發(fā)泡陶瓷材料的方法可以使用尾礦制備發(fā)泡陶瓷材料，使尾礦得到高附加值的利用。此外，所制備的發(fā)泡陶瓷材料具有優(yōu)異的性能，如密度小、強(qiáng)度高、吸水率低、熱導(dǎo)率低、不燃燒、壽命長(zhǎng)等。
文檔編號(hào)C04B38/02GK102718547SQ20121019089
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者丁鈺, 劉開(kāi)琪, 劉永鋒, 王秉軍, 趙宏偉 申請(qǐng)人:中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司, 新冶高科技集團(tuán)有限公司