专利名称：一种轻质闭孔陶瓷保温板的制备方法
技术领域：
本发明属于固体废弃物利用技术领域，具体涉及一种轻质闭孔陶瓷保温板的制备方法。
背景技术：
我国磷矿资源相当丰富，储量仅次于摩洛哥，居世界第2位，八大磷矿主要分布在湖北、湖南、四川、江苏、贵州、云南等省份，但80%是中低品位磷矿石。磷尾矿是磷矿浮选精矿时排出的未能加以充分利用的固体废料。近年来，随着磷化工业的快速发展，且我国磷矿石原矿的品位不高，造成磷化工业每年产生大量的磷尾矿。磷尾矿一般呈细砂状形态自然堆积在尾矿库中，不仅耗费资金、占用大量土地，而且还带来许多环 境问题和安全问题。目前，磷尾矿的利用率还很低，其综合利用途径主要有新药剂再浮选、重结晶再浮选、制备水泥、制备建筑用砖、制备微晶玻璃、制备磷镁肥等。在公开号CN1837129A专利中，其处理磷尾矿的方法是“在磷尾矿中加入硅石粉、焦碳粉(或煤矸石粉)、高岭土粉按一定比例混匀，加水，陈腐，用真空挤出机或压砖机生产线成型，烘干后浸釉，装窑车入隧道窑。经预热、升温后得到磷蒸气和一氧化碳，再经过水化塔吸收得到浓磷酸，砖块经过换热冷却后作为承重砖产品。”该发明中对设备要求高且工序复杂，反应的温度也较高(1280°C 1450°C )。在公开号CN1055724A专利中，其处理磷尾矿的方法是“以磷尾矿渣或近似成分的其他尾矿渣作为主要原料，再辅以海砂、粉煤灰或长石，适量加入微量核化剂，经配料、熔制、成型、退火、核化、晶化和研磨、抛光等工序制得微晶玻璃大理石的方法。”该发明中烧结温度高(1300°C 1450°C)，保温时间长(l(Tl6h)，能耗大，且采用易于腐蚀设备的氟化钙作原料，不易于生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种密度低、抗压强度高和热导率低的轻质闭孔陶瓷保温板的制备方法，实现了磷尾矿的综合利用。本发明解决其技术问题采用的技术方案是一种轻质闭孔陶瓷保温板的制备方法，其特征在于制备过程为
(1)将磷尾矿、淤泥、长石、页岩、高岭土、黄砂、发泡剂计量，混合后再加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨12 18h ;将球磨后的浆料在120°C鼓风干燥箱中干燥，过筛制粉，使粉体的粒径< O. 074mm ；
(2)粉体中加入于其质量为5 7%的水炼泥，得到生料，再将生料计量后均匀布于模具中，在粉末压片机上采用单面加压的方式压制成型，压力大小为I 4MPa ;成型后的坯体在鼓风干燥箱干燥12 24h ；
(3)干燥后，将坯体至于窑炉中烧成，烧成过程采用匀速升温的方式进行，烧成制度为室温 发泡温度1060°C 1150°C，升温速率2 6°C /min ;保温I 2h ;随炉冷却；(4)将冷却后的闭孔保温玻化陶瓷堆放。上述步骤(I)中所述的磷尾矿、淤泥、长石、页岩、高岭土、黄砂、发泡剂的质量百分比为磷尾矿20% 50%，淤泥10% 24%，长石20% 30%，页岩4% 15%，高岭土 3% 15%，黄砂10% 20%，发泡剂1% 2. 5%，均为质量百分比；所述的发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径彡O. 045mm，质量百分比为碳化硅50% 70%、碳酸钙20% 30%、氧化铁25% 35%。上述闭孔保温玻化陶瓷可以由以下原料混合后，加水球磨制成磷尾矿31%，淤泥18%，长石24%，页岩9%，高岭土 5%，黄砂11. 5%，发泡剂I. 5%，均为质量百分比。所述的发泡剂可以为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径< O. 045mm，质量百分比为碳化硅50% 60%、碳酸钙30% 35%、氧化铁20% 30%。本发明的原理磷尾矿提供必要的组分、增强坯体烧成后的强度，长石提供必要的组分、作为助溶剂来降低坯体的烧结温度，页岩烧结温度低，高岭土提供必要的组分，黄砂提供SiO2增加烧成后坯体的强度。坯体在1060°C 1150°C时，坯体熔融并且具有一定的粘度；此时，发泡剂反应产生气体，由于表面张力的作用，气体被保留在熔体内；坯体烧成随炉冷却后即得多孔保温板。本发明与现有技术相比具有的优点主要是 其一.产品性能好密度低、热导率低、抗压强度高。经检测，该多孔保温板的密度最低达O. 261g/cm3,此时，热导率为O. 068W/ (m*K)，抗压强度为11. 82MPa。其二 .利用工业固体废弃物磷尾矿，有利于节省资金和环境保护由于磷尾矿的利用量达50%，故可以解决磷尾矿占用大量土地，污染环境和安全问题。其三.易于工业化生产
具有工艺简单，烧成温度低(1060°C 1150°C)，周期短，成本低(原料廉价，能耗低的短周期生产)，所得产品的可控性能好，能根据不同需求控制产品的孔径大小、密度，易再加工的特点。
图I、图2、图3是烧结后试样的照片。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。实施例I :
(1)轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料制成磷尾矿25%，淤泥17%，长石25%，页岩10%，高岭土 9%、黄砂12%和发泡剂2%，计量混合后加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨15h ;将球磨后的浆料在120°C鼓风干燥箱中干燥，过筛制粉，使粉体的粒径< O. 074mm ；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为碳化硅50%、碳酸钙28%、氧化铁22% ；
(2)粉体中加入于质量百分比为6%的水炼泥，得到生料，再将生料计量后均匀布于模具中，在粉末压片机上采用单面加压的方式压制成型，压力大小为2MPa ;成型后的坯体在鼓风干燥箱中80°C干燥19h ；(3)干燥后，将坯体至于窑炉中烧成，烧成过程采用匀速升温的方式进行，烧成制度为室温 发泡温度1120°C，升温速率3°C /min ;1120°C保温I. 5h ;随炉冷却；
(4)将冷却后的轻质闭孔陶瓷保温板堆放；
测试方法采用阿基米德排水法测密度、回弹法测试抗压强度、平板法测试热导率，所得轻质闭孔陶瓷保温板密度为O. 282g/cm3，抗压强度为12. 26MPa，热导率为O. 089ff/(m · K)。实施例2:
Cl)轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料制成磷尾矿35%，淤泥13%，长石20%，页岩9. 5%，高岭土 6%，黄砂15%，发泡剂I. 5%，计量混合后加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨18h ;将球磨后的浆料在120°C鼓风干燥箱中干燥，过筛制粉，使粉体的粒径(O. 074mm ;所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为碳化硅54%、碳酸钙26%、氧化铁20% ； (2)粉体中加入于质量百分比为5%的水炼泥，得到生料，再将生料计量后均匀布于模具中，在粉末压片机上采用单面加压的方式压制成型，压力大小为IMPa ;成型后的坯体在鼓风干燥箱中80°C干燥14h ；
(3)干燥后，将坯体至于窑炉中烧成，烧成过程采用匀速升温的方式进行，烧成制度为室温 发泡温度1130°C，升温速率2V /min ;1130°C保温2h ;随炉冷却；
(4)将冷却后的轻质闭孔陶瓷保温板堆放；
测试方法同实施例1，所得轻质闭孔陶瓷保温板密度为O. 273g/cm3，抗压强度为
11.60MPa，热导率为 O. 076W/ (m · K) 实施例3:
Cl)轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料制成磷尾矿20%，淤泥24%，长石26%，页岩9%，高岭土 7. 5%，黄砂11%，发泡剂2. 5%，计量混合后加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨12h ;将球磨后的浆料在120°C鼓风干燥箱中干燥，过筛制粉，使粉体的粒径(O. 074mm ;所述发泡剂为碳化娃、碳酸I丐和氧化铁的混合物,质量百分比为碳化娃60%、碳酸钙25%、氧化铁15% ；
(2)粉体中加入于质量百分比为7%的水炼泥，得到生料，再将生料计量后均匀布于模具中，在粉末压片机上采用单面加压的方式压制成型，压力大小为2. 5MPa;成型后的坯体在鼓风干燥箱中80°C干燥24h ；
(3)干燥后，将坯体至于窑炉中烧成，烧成过程采用匀速升温的方式进行，烧成制度为室温 发泡温度1090°C，升温速率4°C /min ;1090°C保温2h ;随炉冷却；
(4)将冷却后的轻质闭孔陶瓷保温板堆放；
测试方法同实施例1，所得轻质闭孔陶瓷保温板密度为O. 291g/cm3，抗压强度为13. 07MPa，热导率为 O. 095W/ (m · K)。实施例4
(I)轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料制成磷尾矿50%，淤泥12%，长石20%，页岩4%，高岭土 3%，黄砂10%，发泡剂1%，计量混合后加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨16h ;将球磨后的浆料在120°C鼓风干燥箱中干燥，过筛制粉，使粉体的粒径< O. 074mm ；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为碳化硅40%、碳酸钙35%、氧化铁25% ；(2)粉体中加入于质量百分比为6%的水炼泥，得到生料，再将生料计量后均匀布于模具中，在粉末压片机上采用单面加压的方式压制成型，压力大小为4MPa ;成型后的坯体在鼓风干燥箱中80°C干燥22h;
(3)干燥后，将坯体至于窑炉中烧成，烧成过程采用匀速升温的方式进行，烧成制度为室温 发泡温度1070°C，升温速率6°C /min ;1070°C保温I. 5h ;随炉冷却；
(4)将冷却后的轻质闭孔陶瓷保温板堆放；
测试方法同实施例1，所得轻质闭孔陶瓷保温板密度为O. 330g/cm3，抗压强度为13. 74MPa，热导率为 O. 118W/ (m · K)。实施例5:
(1)轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料制成磷尾矿23%，淤泥12%，长石30%，页岩8%，高岭土 5%，黄砂20%，发泡剂2%，计量混合后加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨17h ;将球磨后的浆料在120°C鼓风干燥箱中干燥，过筛制粉，使粉体的粒径< O. 074mm ；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为碳化硅40%、碳酸钙45%、氧化铁15% ；
(2)粉体中加入于质量百分比为6%的水炼泥，得到生料，再将生料计量后均匀布于模具中，在粉末压片机上采用单面加压的方式压制成型，压力大小为2MPa ;成型后的坯体在鼓风干燥箱中80°C干燥15h ；
(3)干燥后，将坯体至于窑炉中烧成，烧成过程采用匀速升温的方式进行，烧成制度为室温 发泡温度1060°C，升温速率3°C /min ;1060°C保温I. 5h ;随炉冷却；
(4)将冷却后的轻质闭孔陶瓷保温板堆放；
测试方法同实施例1，所得轻质闭孔陶瓷保温板密度为O. 346g/cm3，抗压强度为 13. 82MPa，热导率为 O. 113W/ (m · K)。实施例6
Cl)轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料制成磷尾矿27%，淤泥10%，长石26%，页岩15%，高岭土 6%，黄砂14%，发泡剂2%，计量混合后加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨16h ;将球磨后的浆料在120°C鼓风干燥箱中干燥，过筛制粉，使粉体的粒径< O. 074mm ；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为碳化硅40%、碳酸钙25%、氧化铁35% ；
(2)粉体中加入于质量百分比为5%的水炼泥，得到生料，再将生料计量后均匀布于模具中，在粉末压片机上采用单面加压的方式压制成型，压力大小为IMPa;成型后的坯体在鼓风干燥箱中80°C干燥16h ；
(3)干燥后，将坯体至于窑炉中烧成，烧成过程采用匀速升温的方式进行，烧成制度为室温 发泡温度1105°C，升温速率5°C /min ;1105°C保温I. 5h ;随炉冷却；
(4)将冷却后的轻质闭孔陶瓷保温板堆放；
测试方法同实施例1，所得轻质闭孔陶瓷保温板密度为O. 286g/cm3，抗压强度为
12.35MPa，热导率为 O. 093W/ (m · K)。实施例7
(I)轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料制成磷尾矿24%，淤泥13%，长石24%，页岩10. 5%，高岭土 15%，黄砂12%，发泡剂I. 5%，计量混合后加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨16h ;将球磨后的浆料在120°C鼓风干燥箱中干燥，过筛制粉，使粉体的粒径(O. 074mm ;所述发泡剂为碳化娃、碳酸I丐和氧化铁的混合物,质量百分比为碳化娃46%、碳酸钙26%、氧化铁28% ；
(2)粉体中加入于质量百分比为6.5%的水炼泥，得到生料，再将生料计量后均匀布于模具中，在粉末压片机上采用单面加压的方式压制成型，压力大小为2MPa ;成型后的坯体在鼓风干燥箱中80°C干燥17h ；
(3)干燥后，将坯体至于窑炉中烧成，烧成过程采用匀速升温的方式进行，烧成制度为室温 发泡温度1150°C，升温速率3°C /min ;1150°C保温Ih ;随炉冷却；
(4)将冷却后的轻质闭孔陶瓷保温板堆放；
测试方法同实施例1，所得轻质闭孔陶瓷保温板密度为O. 261g/cm3，抗压强度为 11.42MPa，热导率为 O. 068W/ (m · K)。实施例8
(1)轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料制成磷尾矿31%，淤泥18%，长石24%，页岩9%，高岭土 5%，黄砂11. 5%，发泡剂I. 5%，计量混合后加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨13h ;将球磨后的浆料在120°C鼓风干燥箱中干燥，过筛制粉，使粉体的粒径(O. 074mm ;所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为碳化硅43%、碳酸钙27%、氧化铁30% ；
(2)粉体中加入于质量百分比为6%的水炼泥，得到生料，再将生料计量后均匀布于模具中，在粉末压片机上采用单面加压的方式压制成型，压力大小为3MPa ;成型后的坯体在鼓风干燥箱中80°C干燥18h ；
(3)干燥后，将坯体至于窑炉中烧成，烧成过程采用匀速升温的方式进行，烧成制度为室温 发泡温度1140°C，升温速率2V /min ;1140°C保温I. 5h ;随炉冷却；
(4)将冷却后的轻质闭孔陶瓷保温板堆放；
测试方法同实施例1，所得多孔保温板密度为O. 268g/cm3，抗压强度为11. 60MPa，热导率为 O. 069W/ (m · K)。上述实施例制备的轻质闭孔陶瓷保温板，如图I 图3，所制备保温板的孔为闭孔且分布均匀。其中，图I为1150°C烧结的样品；图2为1130°C烧结的样品；图3为1105°C烧结的样品。上述所有实施例中
所述的磷尾矿的主要组成为Al2O3L 51% 5. 27%、Si0213 . 26% 34. 21%、Ca021. 23% 37. 45%、Na2OO. 65% 2. 94%、Ρ2056· 86% 19. 60%、Fe2O3L 26% 4. 29% 和 Mg04. 25% 15. 41%，均为质量百分比。所述的淤泥的主要组成为Al2039. 04% 18. 51%、SiO216. 53% 38. 46%、CaOl. 30% 8. 99%、Na2OO. 65% 2. 94%、P2O5L 43% 5. 82%、Fe2O3L 57% 6. 46% 和MgOO. 69% 4. 85%，，均为质量百分比
所述的长石的主要组成为 Α120316· 27% 21. 84%、Si0265. 19% 73. 39%,CaOO. 028% O. 37%、Na209. 38% 11. 72%、K2OO. 05% O. 45%、Fe2O3O. 027% O. 810% 和 TiO2O. 09% O. 47%，均为质量百分比。所述的页岩的主要组成为Al2O3H. 39% 21. 06%、Si0251. 58% 67. 27%、CaOO. 10% I. 43%、Κ205· 43% 7. 72%、Fe2035. 39% 9. 25%、MgOO. 82% I. 85%,均为质量百分比。
所述的高岭土的主要组成为 Al2O3 36. 62% 46. 97%、Si0250. 02% 53. 41%、CaOO. 14% O. 33%、Na2OO. 08% O. 27%、K2OO. 38% O. 57% 和 Fe2O3O. 33% O. 96%,均为质
量百分比。
权利要求
1.一种轻质闭孔陶瓷保温板的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤 (1)将磷尾矿、淤泥、长石、页岩、高岭土、黄砂、发泡剂计量，混合后再加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨12 18h ;将球磨后的浆料在120°c鼓风干燥箱中干燥，过筛制粉，使粉体的粒径< O. 074mm ； (2)粉体中加入于其质量为5 7%的水炼泥，得到生料，再将生料计量后均匀布于模具中，在粉末压片机上采用单面加压的方式压制成型，压力大小为I 4MPa ;成型后的坯体置于鼓风干燥箱中干燥； (3)将干燥后的坯体置于窑炉中烧成，烧成过程采用匀速升温的方式进行，烧成制度为室温 发泡温度1060°C 1150°C，升温速率2 6°C /min ;保温I 2h ;随炉冷却； (4)将冷却后的闭孔保温玻化陶瓷堆放。
2.根据权利要求I所述的轻质闭孔陶瓷保温板的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的磷尾矿、淤泥、长石、页岩、高岭土、黄砂、发泡剂的质量百分比为磷尾矿20% 50%，淤泥10% 24%，长石20% 30%，页岩4% 15%，高岭土 3% 15%，黄砂10% 20%，发泡剂1% 2.5% ;所述的发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为碳化硅40% 60%、碳酸钙25% 45%和氧化铁15% 35%，颗粒粒径< O. 045mm。
3.根据权利要求2所述的轻质闭孔陶瓷保温板，其特征在于该轻质闭孔陶瓷保温板由以下原料制成磷尾矿31%，淤泥18%，长石24%，页岩9%，高岭土 5%，黄砂11. 5%，发泡剂1.5%，均为质量百分比。
4.根据权利要求2所述的闭孔保温玻化陶瓷的制备工艺，其特征在于所述发泡剂由以下质量百分比的原料制成碳化硅50% 60%，碳酸钙30% 35%，氧化铁20% 30%。
5.根据权利要求I所述的轻质闭孔陶瓷保温板的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的压制成型的加压大小为2 3MPa。
6.根据权利要求I所述的轻质闭孔陶瓷保温板的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的成型后的坯体在鼓风干燥箱干燥12 24h。
7.根据权利要求I所述的轻质闭孔陶瓷保温板的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的发泡温度为1100°c 1140°C，升温速率为2 4°C /min ;发泡温度保温I I. 5h。
全文摘要
本发明涉及一种轻质闭孔陶瓷保温板的制备方法，其为将磷尾矿、淤泥、长石、页岩、高岭土、黄砂、发泡剂计量后，加水，在轻型球磨机中球磨12～18h；将球磨得到的浆料在鼓风干燥箱中干燥，制得粒径≤0.074mm粉体；加入于粉体质量4~7%的水炼泥得到生料，再将生料置于模具中压制成型；成型后的坯体在鼓风干燥箱中干燥或自然干燥，放入窑炉中烧成，烧成过程采用从室温匀速升温的方式进行，再将烧成后的产品进行加工、堆放。本发明对于磷尾矿的高效利用、减少工业固体废弃物对环境的污染，从而改善自然环境、利用廉价原料和降低生产成本具有重要的意义；同时生产的轻质闭孔陶瓷保温板具有较高的气孔率和强度、烧结温度较低的优势。
文档编号C04B33/132GK102838376SQ20121034516
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者吉晓莉, 陈卓, 翟成成, 吴事江, 王先海 申请人:武汉理工大学