利用氟碳铈型稀土尾矿低能耗制备发泡陶瓷保温材料的方法及产品

本发明涉及建筑材料制备领域，尤其是绿色建筑材料和装配式建筑材料领域，具体为一种利用氟碳铈型稀土尾矿低能耗制备发泡陶瓷保温材料的方法及产品。

背景技术：

建筑保温材料作为一种新型的建筑材料，其通过对建筑外围护结构采取措施，减少建筑物室内热量向室外散发，从而保持建筑室内温度。建筑保温材料的使用，能够为用户创造适宜的室内热环境，有效减少建筑的能耗，其是绿色建筑的重要组成部分。现有的建筑保温材料通常分为有机保温材料、无机保温材料两大类。

其中，有机保温材料包括聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚苯板等，具有重量轻、可加工性好、致密性高、保温隔热效果好等特点，但存在易老化、易燃烧、生态环保性差等缺陷。

无机保温材料是以无机类的轻质保温颗粒作为轻骨料，加由胶凝材料、抗裂添加剂及其他填充料等组成的干粉砂浆，其是一种用于建筑物内外墙粉刷的新型保温材料。与有机保温材料相比，无机保温材料具有防火阻燃、抗老化、耐久性高及绿色环保等优势。近年来，随国家对墙体材料防火安全意识的提高，以及绿色经济的发展，无机保温材料成为当下研究的热点。

另一方面，金属尾矿作为选矿分选作业的产物之一，其是选取目标“有用成分”后排放的固体废料。据国家安全生产监察管理总局统计，至2012年底，全国各类尾矿库共计12273座，尾矿累积堆存量100多亿t，且仍以每年超过10亿t的速度递增。据公开文献报道，我国的实际状况并不理想，金属尾矿的平均综合利用率不到10%。目前，大量的尾矿被堆放处理，占用了大量的耕地。如何有效实现金属尾矿的资源化利用，成为迫切需要解决的问题。

发明人在实践中发现，基于氟碳铈型稀土尾矿的特点，能制备出性能良好的发泡陶瓷保温材料。为此，本申请提供一种利用氟碳铈型稀土尾矿低能耗制备发泡陶瓷保温材料的方法及产品。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对现有的金属尾矿通常采用堆放处理，占用大量土地、造成环境污染的问题，提供一种利用氟碳铈型稀土尾矿低能耗制备发泡陶瓷保温材料的方法及产品。本申请利用氟碳铈型稀土尾矿作为主原料，通过其与其他组分之间的配合，成功制备出发泡陶瓷保温材料，且能有效降低烧结温度，实现发泡陶瓷保温材料的低能耗制备。本申请中，一方面以废弃的氟碳铈型稀土尾矿为主原料，减少了原料成本；另一方面，本申请降低了烧结温度，有利于减少发泡陶瓷保温材料的制备能耗，降低了生产成本；其对于降低发泡陶瓷保温材料的制备成本具有显著的进步意义，有利于促进发泡陶瓷保温材料的推广和应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

利用氟碳铈型稀土尾矿低能耗制备发泡陶瓷保温材料的方法，包括如下步骤：以氟碳铈型稀土尾矿、高岭土、石英、发泡剂为原料，按配比称取各组分，混合均匀后，依次经湿法球磨、干燥、成型、烧结后，随炉冷却，得到发泡陶瓷保温材料；

各组分的质量百分比如下：60~75wt%氟碳铈型稀土尾矿、15~25wt%高岭土、5~15wt%石英、1~2wt%发泡剂。

所述氟碳铈型稀土尾矿的矿物组成为：45~55wt%长石、20~30wt%石英、6~14wt%重晶石、5~10wt%萤石、1~3wt%氟碳铈矿。

所述氟碳铈型稀土尾矿的化学组成为：55~65wt%sio2、7~10wt%al2o3、3~6wt%k2o、1~3wt%na2o、6~14wt%baso4、5~10wt%caf2、1~3wt%reo。

所述发泡剂为碳化硅、氧化铁、二氧化锰中的一种或多种。

包括如下步骤：

（1）按配比称取各组分，混合均匀，得到第一中间物；

（2）将第一中间物进行球磨，制备成浆料；

（3）将制备的浆料干燥，并压制成型，制得发泡陶瓷坯体；

（4）将制备的发泡陶瓷坯体进行烧结，烧结温度为1050~1150℃，保温时间为20~40min；烧结完成后，冷却，得到发泡陶瓷保温材料。

所述步骤2中，向第一中间物中加入第一中间物质量45~65%的水，经湿法球磨后，得到混合均匀的浆料。

所述步骤2中，所得的浆料中，各组分的粒度均小于200目。

所述步骤3中，将步骤2球磨得到的浆料在100~130℃温度下干燥60~120min，得到生料；再将干燥后的生料压制成型，制得发泡陶瓷坯体。

采用前述方法所制备的产品。

针对前述问题，本申请提供一种利用氟碳铈型稀土尾矿低能耗制备发泡陶瓷保温材料的方法及产品。在前期检索中，发明人发现，中国专利申请cn103044066a公开了一种利用风化型稀土矿的尾矿制备发泡陶瓷材料的技术。然而，氟碳铈型稀土矿属于矿物型稀土矿，目前并未存在利用其尾矿制备发泡陶瓷保温材料的研究。

氟碳铈型稀土矿作为一种重要的矿石原料，主要用于提取稀土化合物，冶炼镧、铈等稀土元素。选矿后的氟碳铈型稀土尾矿以长石、石英为主，萤石、重晶石次之，并伴有少量的氟碳铈矿。经测定，氟碳铈型稀土尾矿的主要矿物组成为：长石45~55%，且以钾长石、斜长石为主；石英20~30%；重晶石6~14%；萤石5~10%；氟碳铈矿1~3%，均为质量百分比。氟碳铈型稀土尾矿的主要化学组成为：sio255~65%、al2o37~10%、k2o3~6%、na2o1~3%、baso46~14%、caf25~10%、reo1~3%，均为质量百分比。

本申请的发泡陶瓷保温材料以可塑性原料、非可塑性原料和溶剂原料制备而成，其采用的原料中各组分的质量百分比如下：氟碳铈型稀土尾矿60~75%、高岭土15~25%、石英5~15%、发泡剂1~2%，均为质量百分比。该配方中，以氟碳铈型稀土尾矿为主料，并与其他组分相配合。本申请中，以高岭土作为可塑性原料；以添加的石英和氟碳铈型稀土尾矿内所含的石英为非塑性原料；以氟碳铈型稀土尾矿内的长石、萤石为溶剂原料；通过发泡剂进行发泡；通过氟碳铈型稀土尾矿内的长石、萤石、reo等组分与其他原料的配合，进而达到有效降低陶瓷烧结温度的目的。其在制备时，先将原料按质量百分比混合；混合后，再加入占原料总质量45~65%的水，经湿法球磨后得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目；再将球磨好的浆料于100~130℃下，干燥60~120min后，得到生料；将干燥后的生料压制成型，制得发泡陶瓷坯体；最后，将制备的发泡陶瓷坯体放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050~1150℃，保温时间为20~40min；烧结完成后，随炉冷却，得到发泡陶瓷保温材料。

本申请基于氟碳铈型稀土尾矿自身的组分特点，通过组分之间的有机配合，使得氟碳铈型稀土尾矿中各矿物组分得到资源化综合利用，进而大幅度降低烧结温度，实现发泡陶瓷的低能耗烧制。同时，发泡陶瓷保温材料作为一种新型的建筑材料，其具有需求量大的特点，若将氟碳铈型稀土尾矿用于本发明发泡陶瓷保温材料的制备，则能有效解决氟碳铈型稀土尾矿大量堆存带来的安全隐患、环境污染等问题。本申请在对氟碳铈型稀土尾矿进行绿色环保、尾矿资源化利用的同时，实现发泡陶瓷的低能耗烧制，有利于降低其生产成本，促进其的市场推广和实际应用。

测试结果表明，本申请制备的发泡陶瓷保温材料具有质量轻、防火、强度高、热传导率低等特点。可见，本申请制备的发泡陶瓷保温材料是一种性能优异的保温材料，具有广阔的市场应用前景。

进一步，本申请的发泡剂可以为碳化硅、氧化铁、二氧化锰中的一种或多种。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

（1）氟碳铈型稀土尾矿自身库存量大、价格低廉，将其用于发泡陶瓷保温材料制备中，能大幅降低发泡陶瓷保温材料的制备成本；

（2）采用本申请，可有效解决氟碳铈型稀土尾矿堆存所带来的安全隐患、环境污染等问题，具有较好的环保价值和社会效益；

（3）本申请充分利用了氟碳铈型稀土尾矿内残余的组分，大幅减少了石英、填料等的添加量，在有效降低发泡陶瓷保温材料成本的同时，能有效降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间，防止坯体变形；

（4）本申请基于氟碳铈型稀土尾矿内组分之间的相互配合，能大幅度降低陶瓷坯体烧结温度，降低能源消耗，具有显著的节能效果，并能有效降低发泡陶瓷保温材料的生产成本；

（5）本申请制备的发泡陶瓷保温材料具有质量轻、防火、强度高、热传导率低等特点，是一种性能优异的发泡陶瓷保温材料。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1的工艺流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本申请实施例中所采用的氟碳铈型稀土尾矿选自四川某矿场，选取不同的氟碳铈型稀土尾矿进行测定，其矿物组成如下：45~55wt%长石、20~30wt%石英、6~14wt%重晶石、5~10wt%萤石、1~3wt%氟碳铈矿；其化学组成为：55~65wt%sio2、7~10wt%al2o3、3~6wt%k2o、1~3wt%na2o、6~14wt%baso4、5~10wt%caf2、1~3wt%reo。

实施例1

本实施例制备发泡陶瓷保温材料的过程如下。

（1）称取原料

按如下质量百分比称取各组分：氟碳铈型稀土尾矿60wt%、高岭土25wt%、石英14wt%、发泡剂1wt%。本实施例中，发泡剂选用碳化硅。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。

（2）湿法球磨

向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。

（3）压制成型

将步骤2球磨好的浆料于130℃温度下、干燥80min后，得到生料。将干燥后的生料压制成型后，制得发泡陶瓷坯体。

（4）烧结

将步骤3制备的发泡陶瓷坯体放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为1150℃，保温时间为35min。烧结完成后，再随炉冷却，得到发泡陶瓷保温材料。

实施例2

本实施例制备发泡陶瓷保温材料的过程如下。

（1）称取原料

按如下质量百分比称取各组分：氟碳铈型稀土尾矿65wt%、高岭土25wt%、石英9wt%、发泡剂1wt%。本实施例中，发泡剂选用二氧化锰。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。

（2）湿法球磨

向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。

（3）压制成型

将步骤2球磨好的浆料于100℃温度下、干燥120min后，得到生料。将干燥后的生料压制成型后，制得发泡陶瓷坯体。

（4）烧结

将步骤3制备的发泡陶瓷坯体放入烧结炉中，进行烧结，烧结温度为1100℃，保温时间为40min。烧结完成后，再随炉冷却，得到发泡陶瓷保温材料。

实施例3

本实施例制备发泡陶瓷保温材料的过程如下。

（1）称取原料

按如下质量百分比称取各组分：氟碳铈型稀土尾矿70wt%、高岭土23wt%、石英5wt%、发泡剂2wt%。本实施例中，发泡剂选用二氧化锰。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。

（2）湿法球磨

向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。

（3）压制成型

将步骤2球磨好的浆料于110℃温度下、干燥80min后，得到混合均匀的生料。将干燥后的生料压制成型后，制得发泡陶瓷坯体。

（4）烧结

将步骤3制备的发泡陶瓷坯体放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050℃，保温时间为25min。烧结完成后，再随炉冷却，得到发泡陶瓷保温材料。

实施例4

本实施例制备发泡陶瓷保温材料的过程如下。

（1）称取原料

按如下质量百分比称取各组分：氟碳铈型稀土尾矿75wt%、高岭土18wt%、石英5wt%、发泡剂2wt%。本实施例中，发泡剂选用碳化硅。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。

（2）湿法球磨

向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。

（3）压制成型

将步骤2球磨好的浆料于120℃温度下、干燥60min后，得到生料。将干燥后的生料压制成型后，制得发泡陶瓷坯体。

（4）烧结

将步骤3制备的发泡陶瓷坯体放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为1100℃，保温时间为30min。烧结完成后，再随炉冷却，得到发泡陶瓷保温材料。

实施例5

本实施例制备发泡陶瓷保温材料的过程如下。

（1）称取原料

按如下质量百分比称取各组分：氟碳铈型稀土尾矿75wt%、高岭土15wt%、石英9wt%、发泡剂1wt%。本实施例中，发泡剂选用氧化铁。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。

（2）湿法球磨

向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。

（3）压制成型

将步骤2球磨好的浆料于100℃温度下、干燥100min后，得到生料。将干燥后的生料压制成型后，制得发泡陶瓷坯体。

（4）烧结

将步骤3制备的发泡陶瓷坯体放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为1150℃，保温时间为20min。烧结完成后，再随炉冷却，得到发泡陶瓷保温材料。

实施例6

本实施例制备发泡陶瓷保温材料的过程如下。

（1）称取原料

按如下质量百分比称取各组分：氟碳铈型稀土尾矿70wt%、高岭土15wt%、石英14wt%、发泡剂1wt%。本实施例中，发泡剂选用氧化铁。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。

（2）湿法球磨

向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。

（3）压制成型

将步骤2球磨好的浆料于100℃温度下、干燥100min后，得到生料。将干燥后的生料压制成型，制得发泡陶瓷坯体。

（4）烧结

将步骤3制备的发泡陶瓷坯体放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为1150℃，保温时间为20min。烧结完成后，再随炉冷却，得到发泡陶瓷保温材料。

对上述实施例1~6中所制备发泡陶瓷保温材料的性能进行测试，结果见表1。

表1发泡陶瓷保温材料的性能测试结果

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。