专利名称：一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于泡沫陶瓷技术领域。具体涉及一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
随着社会经济及陶瓷工业的快速发展，陶瓷工业废料日益增多，不仅对城市环境造成巨大压力，而且还限制了城市经济的发展及陶瓷工业的可持续发展，所以陶瓷工业废料的处理与利用非常重要。目前，我国陶瓷工业废料的处理与利用程度比较低，大量废渣挤占耕地，使水和空气受到污染。随着陶瓷业产量的增加，废料的数量越来越多，根据不完全统计，全国陶瓷废料的年产量估计在1000万吨左右，如此大量的陶瓷废料已经不是简单填埋可以解决的问题，随着经济的日益发展和社会的进步，陶瓷废料的堆积挤占土地，微细粉尘影响当地空气的质量，而陶瓷废料的填埋耗费人力物力，还污染地下水质，如何变废为宝，将陶瓷废料进行资源化合理利用，已经成为科技和环保部门的当务之急。另外，大理石在加工过程中，同样会产生大量的废料,主要包括石材边角料和石 粉。目前，石材边角料已得到充分的再利用，但对于石粉还没有较好的处理方法，只能将其堆积起来。若仅对石粉采取堆积处理，不但造成土地和资源的浪费，而且会污染水源，危害很大。因此，如何正确处理和利用这些石粉废料，变废为宝，已经成为石材企业十分关注的问题。陶瓷废料主要是在陶瓷制品生产过程中产生，如成形、干燥、施釉、搬运及焙烧等工序。陶瓷废料的化学组成主要为Si02、A1203、CaO, MgO, K2O, Na2O及少量Fe2O3等。废弃大理石石粉的主要成分为碳酸钙，且其粒度较小。如何充分利用陶瓷废料和废弃大理石石粉的化学组成特点，进行合理开发，是解决问题的关键。将陶瓷废料作为主要原料，制备泡沫陶瓷材料(如泡沫保温砖、洗衣石、轻质陶粒等)是一种资源化利用较充分的技术方法。但是，采用当前的技术方法，很难制得低容重(小于0.4 g/cm3)、低导热系数(小于0. 15 W/(m*k))、高耐压强度(大于5 MPa)的轻质泡沫陶瓷材料。目前国内外主要采用三种方法，以陶瓷废料作为主要原料来制备泡沫陶瓷材料。第一种方法是以陶瓷废料为主，另添加粘土类矿物、粉煤灰、石英类矿物、长石类矿物等，再加以适量添加剂、发泡剂(石墨、碳化物、硼化物、碳酸盐、硫酸盐等)和助磨剂，经破碎、球磨、干燥和成型后，在100(Tl3(KrC条件下热处理l(T60min制得，但是，采用该法很难制得轻质和低导热系数的泡沫陶瓷材料；第二种方法是以陶瓷废料为主，另加入其他天然矿物、废料、废渣及工业添加剂等作为组成调节齐U，在高温炉中(大于1300°C )熔融成熔体，经鼓泡形成多孔体、淬冷得到泡沫陶瓷材料，或熔体经淬冷和破碎，再与添加剂和发泡剂等经混合、球磨、干燥和成型，然后经高温热处理(800 1100°0发泡制得泡沫陶瓷材料，由于该法需要经过高温熔制过程，因此耗费能源较大，且工艺复杂；第三种方法是以陶瓷废料为主，另加入废或碎玻璃、工业添加剂和发泡剂等，经破碎、球磨、干燥和成型，在80(Tll(KrC热处理发泡制得泡沫陶瓷材料，但受材料矿物特质的影响，仍很难制得轻质、导热系数低和强度高的泡沫陶瓷材料。总之，目前在陶瓷废料为主要原料制备轻质泡沫陶瓷材料中仍存在一些的不足如工业能耗大、所制备的材料无法达到低容重(小于0.4 g/cm3)、低导热系数(小于0.15 W/(m k))、高耐压强度(大于5 MPa)等性能要求。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种工业能耗较小和生产成本低廉的轻质泡沫陶瓷材料的制备方法；用该方法所所制备的轻质泡沫陶瓷材料具有低容重、低导热系数和高耐压强度的特性，用于建筑外墙、窑炉、管道和其他高温设备外层的节能保温。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是先将60、5 wt%的陶瓷废料、2 20wt%的废弃大理石石粉、2 20 wt%的镁橄榄石和(TlO wt%的工业纯碱为原料混合；
再外加所述原料5(Tl20 wt%的水和0. 5 2 wt%的三聚磷酸钠，湿法球磨，干燥，过30 目筛，采用喷雾造粒，过60目筛；
然后将过60目筛后的粒料在压力为45 55 MPa条件下压制成坯体，在105(Tl250°C条件下热处理10 120 min ；
最后将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5 10被％的发泡剂，混合均匀，置于耐热钢模具中，在105(Tl25(rC条件下热处理1(T120 min，冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。所述陶瓷废料的粒度为90 120目；其主要化学成分是=SiO2为50 69 wt%, Al2O3为 10 20 wt%, CaO 为 I 5wt%，MgO 为 3 7 wt%, K2O 为 I 3 wt%, Na2O 为 I 4 wt%。所述废弃大理石石粉的粒度为120 180目；其中的CaCO3含量大于50 wt%。所述镁橄榄石的粒度为80 120目；其主要化学成分是=SiO2为25 35 wt%,MgO为50 65 wt%, CaO 为 0. 5 2 wt%, Fe2O3 小于 8 wt%。所述工业纯碱的粒度为80 120目；其中的Na2CO3大于99 wt%。所述发泡剂的粒度为12(Tl80目；发泡剂为石墨、碳化硅、石灰石、废弃大理石石粉中的一种，其中石墨中的碳含量为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%，废弃大理石石粉同原料中的废弃大理石石粉。由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果
1、不需经过高温熔制过程，工业能耗较小；
2、以陶瓷废料和废弃大理石石粉为主要原料，在实现了废弃料资源化开发利用的同时，降低了生产成本，具有很大的产业化前景；
3、所制备的轻质泡沫陶瓷材料性能优良容重小于0.38 g/cm3、导热系数小于0. 14W/(m k)、耐压强度大于5 MPa。因此，本发明具有工业能耗较小和生产成本低的特点；所制备的轻质泡沫陶瓷材料容重低、导热系数低和耐压强度高，用于建筑外墙、窑炉、管道和其他高温设备外层的节能保温领域。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。为避免重复，先将本具体实施方式
的原料统一描述如下，各实施例中不再赘述陶瓷废料的粒度为90 120目；其主要化学成分是=SiO2为50 69 wt%, Al2O3为10 20wt%, CaO 为 I 5wt%，MgO 为 3 7 wt%, K2O 为 I 3 wt%, Na2O 为 I 4 wt%。废弃大理石石粉的粒度为120 180目；其中CaCO3的含量大于50 wt%。镁橄榄石的粒度为80 120目；其主要化学成分是=SiO2S 25 35 wt%，MgO为50 65wt%, CaO 为 0. 5 2 wt%, Fe2O3 小于 8 wt%。工业纯碱的粒度为80 120目；其中的Na2CO3大于99 wt%。石墨的粒度为120 180目；其中的碳含量为70 99 wt%。碳化硅的粒度为120 180目；其中的SiC含量大于70 wt%。 石灰石的粒度为120 180目；其中CaCO3的含量大于85 wt%。实施例I
一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法。先将6(T70 wt%的陶瓷废料、15 20 wt%的废弃大理石石粉、2 10 wt%的镁橄榄石和5 10wt%的工业纯碱为原料混合。再外加所述原料80 120 wt%的水和0. 5 1 wt%的三聚磷酸钠,湿法球磨,干燥,过30目筛，采用喷雾造粒，过60目筛。然后将过60目筛后的粒料在压力为45 55 MPa条件下压制成坯体，在1050 1100条件下热处理10 30 min。最后将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5 7 wt%的废弃大理石石粉，混合均匀，置于耐热钢模具中，在120(Tl25(rC条件下热处理40飞0 min,冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。本实施例所制备的轻质泡沫陶瓷材料，容重小于0. 35 g/cm3,导热系数小于0. 13W/ (m k),耐压强度大于6 MPa。实施例2
一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法。先将85、5 wt%的陶瓷废料、2 10wt%的废弃大理石石粉和2飞wt%的镁橄榄石为原料混合。再外加所述原料60、0 wt%的水和2 wt%的三聚磷酸钠,湿法球磨,干燥,过30目筛，采用喷雾造粒，过60目筛。然后将过60目筛后的粒料在压力为45飞5 MPa条件下压制成坯体，在120(Tl25(TC条件下热处理30 60 min。最后将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料6 10wt%的碳化硅，混合均匀，置于耐热钢模具中，在110(Tl20(rC条件下热处理1(T30 min，冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。本实施例所制备的轻质泡沫陶瓷材料，容重小于0. 3 g/cm3,导热系数小于0. I W/(m k),耐压强度大于7MPa。实施例3
一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法。先将7(T85 wt%的陶瓷废料、4、wt%的废弃大理石石粉、10 20 wt%的镁橄榄石和I飞wt%的工业纯碱为原料混合。再外加所述原料5(T70wt%的水和0. 5^0. 7wt%的三聚磷酸钠,湿法球磨，干燥,过30目筛，采用喷雾造粒，过60目筛。然后将过60目筛后的粒料在压力为45飞5 MPa条件下压制成坯体，在110(ri200°C条件下热处理60 90 min。最后将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料8 10 wt%的石墨，混合均匀，置于耐热钢模具中，在110(Tl20(rC条件下热处理30飞0 min，冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。本实施例所制备的轻质泡沫陶瓷材料，容重小于0. 3 g/cm3,导热系数小于0. 11W/ (m k),耐压强度大于5. 5 MPa。实施例4
一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法。先将65 75 wt%的陶瓷废料、9 16 wt%的废弃大理石石粉、7 14 wt%的镁橄榄石、I飞wt%的工业纯碱为原料混合。再外加所述原料6(T80 wt%的水和0. 8^1. 2 wt%的三聚磷酸钠，湿法球磨，干燥， 过30目筛，采用喷雾造粒，过60目筛。然后将过60目筛后的粒料在压力为45飞5 MPa条件下压制成坯体，在105(Tll50°C条件下热处理80 120 min。最后将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料8 10 wt%的废弃大理石石粉，混合均匀，置于耐热钢模具中，在105(Tl IOO0C条件下热处理5(T80 min,冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。本实施例所制备的轻质泡沫陶瓷材料，容重小于0. 25 g/cm3，导热系数小于0.08W/ (m k),耐压强度大于6 MPa。实施例5
一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法。先将7(T75 wt%的陶瓷废料、8 12 wt%的废弃大理石石粉、12 18 wt%的镁橄榄石、4 8 wt%的工业纯碱为原料混合。再外加所述原料100 120 wt%的水和I. 1 1. 5 wt%的三聚磷酸钠,湿法球磨，干燥，过30目筛,采用喷雾造粒,过60目筛。然后将过60目筛后的粒料在压力为45飞5 MPa条件下压制成坯体，在120(Tl250°C条件下热处理10 30 min。最后将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5、wt%的石墨，混合均匀，置于耐热钢模具中，在120(n250°C条件下热处理8(T100 min，冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。本实施例所制备的轻质泡沫陶瓷材料，容重小于0. 35 g/cm3,导热系数小于0. 12W/ (m k),耐压强度大于7 MPa。实施例6
一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法。先将60飞5 wt%的陶瓷废料、14 18 wt%的废弃大理石石粉、7 12 wt%的镁橄榄石、7 10 wt%的工业纯碱为原料混合。再外加所述原料90 110 丨％的水和1.5 2 wt%的三聚磷酸钠,湿法球磨,干燥,过30目筛，采用喷雾造粒，过60目筛。然后将过60目筛后的粒料在压力为45飞5 MPa条件下压制成坯体，在110(Tll50°C条件下热处理90 120 min。最后将热处理后的物料破碎,粉磨至120目，外加粉磨后物料5 8 wt%的碳化娃，混合均匀，置于耐热钢模具中，在120(Tl25(rC条件下热处理1(T40 min，冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。本实施例所制备的轻质泡沫陶瓷材料，容重小于0. 38 g/cm3,导热系数小于0. 14W/ (m k),耐压强度大于8 MPa。实施例7
一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法。先将90、5 wt%的陶瓷废料、2 7 丨％的废弃大理石石粉、2 7 wt%的镁橄榄石、I飞wt%的工业纯碱为原料混合。再外加所述原料100 120 wt%的水和I. 2 1. 6 wt%的三聚磷酸钠,湿法球磨，干燥，过30目筛,采用喷雾造粒,过60目筛。然后将过60目筛后的粒料在压力为45飞5 MPa条件下压制成坯体，在 108(Tll50°C条件下热处理10 30 min。最后将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5 7 wt%的石灰石，混合均匀，置于耐热钢模具中，在118(T122(TC条件下热处理7(T100 min，冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。本实施例所制备的轻质泡沫陶瓷材料，容重小于0. 25 g/cm3,导热系数小于0. IW/ (m k),耐压强度大于6 MPa。实施例8
一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法。先将67 74 wt%的陶瓷废料、1(T15 wt%的废弃大理石石粉、10 15 wt%的镁橄榄石、3飞wt%的工业纯碱为原料混合；
再外加所述原料5(T70 wt%的水和I. 5^1. 8 wt%的三聚磷酸钠，湿法球磨，干燥，过30目筛，采用喷雾造粒，过60目筛；
然后将过60目筛后的粒料在压力为45 55 MPa条件下压制成坯体，在105(Tl080°C条件下热处理20 40 min ；
最后将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料6 10 wt%的石灰石，混合均匀，置于耐热钢模具中，在110(ni60°C条件下热处理9(T120 min，冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。本实施例所制备的轻质泡沫陶瓷材料，容重小于0. 22 g/cm3，导热系数小于0.06W/ (m k),耐压强度大于5 MPa。本具体实施方式
与现有技术相比具有以下积极效果
1、不需经过高温熔制过程，工业能耗较小；
2、以陶瓷废料和废弃大理石石粉为主要原料，在实现了废弃料资源化开发利用的同时，降低了生产成本，具有很大的产业化前景；
3、所制备的轻质泡沫陶瓷材料性能优良容重小于0.38g/cm3、导热系数小于0. 14 W/(m k)、耐压强度大于5 MPa。因此，本发明具有工业能耗较小和生产成本低的特点；所制备的轻质泡沫陶瓷材料容重低、导热系数低和耐压强度高，用于建筑外墙、窑炉、管道和其他高温设备外层的节能保温领域。
权利要求
1.一种轻质泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于先将60、5 wt%的陶瓷废料、2 20wt%的废弃大理石石粉、2 20 wt%的镁橄榄石和(TlO wt%的工业纯碱为原料混合； 再外加所述原料5(Tl20 wt%的水和0. 5 2 wt%的三聚磷酸钠，湿法球磨，干燥，过30目筛，采用喷雾造粒，过60目筛； 然后将过60目筛后的粒料在压力为45 55 MPa条件下压制成坯体，在105(Tl250°C条件下热处理10 120 min ； 最后将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5 10被％的发泡剂，混合均匀，置于耐热钢模具中，在105(T125(TC条件下热处理1(T120 min，冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。
2.根据权利要求I所述的轻质泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述陶瓷废料的粒度为90 120目；其主要化学成分是Si02为50 69 wt%，Al2O3为10 20 wt%，CaO为l 5wt%，MgO 为 3 7 wt%, K2O 为 I 3 wt%, Na2O 为 I 4 wt%。
3.根据权利要求I所述的轻质泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述废弃大理石石粉的粒度为120 180目；其中的CaCO3含量大于50 wt%。
4.根据权利要求I所述的轻质泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述镁橄榄石的粒度为80 120目；其主要化学成分是Si02为25 35 wt%, MgO为50 65 wt%, CaO为0. 5 2wt%, Fe2O3 小于 8 wt%0
5.根据权利要求I所述的轻质泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述工业纯碱的粒度为80 120目；其中的Na2CO3大于99 wt%。
6.根据权利要求I所述的轻质泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述发泡剂的粒度为12(Tl80目；发泡剂为石墨、碳化硅、石灰石、废弃大理石石粉中的一种，其中 石墨中的碳含量为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%，废弃大理石石粉同原料中的废弃大理石石粉。
7.根据权利要求f6项中任一项所述的轻质泡沫陶瓷材料的制备方法所制备的轻质泡沫陶瓷材料。
全文摘要
本发明涉及一种轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法。其技术方案是先将60~95wt%的陶瓷废料、2~20wt%的废弃大理石石粉、2~20wt%的镁橄榄石和0~10wt%的工业纯碱为原料混合；再外加所述原料50~120wt%的水和0.5~2wt%的三聚磷酸钠，湿法球磨，干燥，过30目筛，喷雾造粒，过60目筛；然后在压力为45~55MPa条件下压制成坯体，在1050~1250℃条件下热处理10~120min；最后将热处理后的物料破碎，粉磨至120目，外加粉磨后物料5~10wt%的发泡剂，混匀，置于耐热钢模具中，在1050~1250℃条件下热处理10~120min，冷却、脱模，即得轻质泡沫陶瓷材料。本发明具有工业能耗较小和生产成本低的特点；其制品的容重低、导热系数低和耐压强度高。
文档编号C04B38/06GK102701784SQ201210208710
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者刘浩, 张保国, 王周福, 王玺堂 申请人:武汉科技大学