一种利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法与流程

1.本发明属于建筑新材料技术领域，具体涉及一种利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法。


背景技术：

2.利用工业固废作为发泡陶瓷产业的主要原料来源，是发泡陶瓷产业可持续发展的一个十分重要的因素。可用于生产发泡陶瓷的固体废弃物包括矿业尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣等工业固废，以及陶瓷行业抛光渣、石材行业花岗岩固废、建筑垃圾、江河湖泥等。其中已投入产业化应用的工业固废主要以抛光渣、珍珠岩尾矿等易利用成型配方为主，其它大多处于试验室研究阶段，配方工艺参差不齐且不易实现产业化，另一方面发泡陶瓷毕竟属于陶瓷产业，发泡陶瓷现有工艺流程：原料配比
→
球磨机湿法球磨制浆
→
放浆
→
喷雾造粒
→
布料
→
窑炉烧成
→
切割成型；此工艺中喷雾造粒消耗能源量很大，设备成本也很高。湿法球磨加入的水通过喷雾造粒塔蒸发后，也对水资源的产生浪费；虽能可以实现利用固废的目标，却始终绕不开高能耗的标签，也从一定程度上阻碍了产业化进程。另外生产用平铺布料方式，产品高度只能达到十几公分，产量无法突破，且上下密度差大，无法生产指定的异形产品。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，该方法步骤简单，具有低投资低能耗的优点；且以工业固废尾砂为主要原料，辅以城市建筑垃圾和河道淤泥，固废利用率可达到90％以上。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
5.一种利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：
6.(1)将固废、膨润土和发泡优化剂进行混合，获得混合物料；其中，混合物料中各组分的重量百分比为：4％-7％膨润土，1％-2％发泡优化剂，余量为固废，各组分的重量百分比之和为100％；
7.(2)向混合物料中加入水，湿法球磨制得浆料；水的重量为混合物料重量的50％以上；
8.(3)将步骤(2)制得的浆料进行压滤、真空练泥、挤出成型，制得中空蜂窝状坯体；
9.(4)将步骤(3)得到的坯体进行烘干；
10.(5)对步骤(4)烘干后的坯体进行控温烧结，得到发泡陶瓷。
11.所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，所述的固废选自金属尾砂、城市建筑垃圾、河道淤泥。
12.所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，所述的金属尾砂为金矿尾砂、锂矿尾砂、锰矿尾砂或铁矿尾砂中的任一种或几种的混合物。
13.所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，湿法球磨时间为10小时，浆料过200目
筛，筛余量达到0.2％。
14.所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，高温烧结时，先以10℃/min的升温速率，从室温升至1000℃，然后以2-5℃/min的升温速率，从1000℃升至1150-1200℃，保温30min。
15.所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，发泡优化剂为碳化硅、碳酸盐、氧化锰或氧化铁中的一种或几种复配而成。优选，发泡优化剂为碳化硅、碳酸钙、氧化铁复配而成，其中碳化硅为1％，碳酸钙和氧化铁之和为0.5％；或者，发泡优化剂为碳化硅、碳酸钙、氧化锰复配而成，其中碳化硅为1％，碳酸钙和氧化锰之和为0.5％；或者，发泡优化剂为碳化硅、碳酸钙、氧化铁复配而成，其中碳化硅为1.5％，碳酸钙和氧化铁之和为0.5％。
16.所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，压滤所采用的膜为纳米膜。
17.所述的方法制备得到的发泡陶瓷。
18.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
19.(1)本发明利用的尾矿为金矿尾砂，锂矿尾砂，锰矿尾砂，铁矿尾砂，由于工业固废尾砂没有黏性和可塑性，辅以城市建筑垃圾(主要为砖瓦块和渣土)和河道淤泥，可达到90％以上的固废利用率。
20.(2)本发明采用纳米膜压滤技术，只过滤出浆料中的水不影响原料配比，收集过滤后的水进行循环使用，达到零排放，解决了现有工艺水资源浪费问题；高温烧结的余热可用于下一轮工艺生产的坯体烘干步骤中；冷加工产生的废料可以作为原料回收利用，整个生产过程实现零固体废弃物排放。
21.(3)在配方稳定的前提下，采用本发明工艺，坯体为开口的蜂窝状，窑炉烧成中在前期能快速排出有机物、碳酸气体、结晶水，适宜快速烧成，而现今生产工艺为喷雾造粒平铺法，内部物料被压住，不利于有机物、碳酸气体、结晶水的排出，当原料中的碳酸盐类含量较多时更不利于排出从而形成不规则大孔洞，降低产品性能。
22.(5)本发明工艺解决了现有产品高度只能达到十几厘米的尴尬处境，产品高度在蜂窝状的中空骨架结构的支撑下轻松突破30cm，极大的提高了产量；成型工艺灵活多大，能适应相当多的异形结构。
23.(4)本发明无需喷雾造粒，以一条生产线日消耗60吨喷雾造粒粉计算，每年可减少天然气消耗100万立方，节约金额约500万元。解决了能耗浪费问题。同时，本发明工艺已通过节能电窑连续化生产成功，实现了零消耗天然气。
附图说明
24.图1为本发明工艺流程图；
25.图2为实施例1(a)和对比例1(b)产品发泡陶瓷外观图；
26.图3为实施例2(a)和对比例2(b)产品发泡陶瓷外观图；
27.图4为实施例3(a)和对比例3(b)产品发泡陶瓷外观图；
28.图5为实施例4(a)和对比例4(b)产品发泡陶瓷外观图；
29.图6为实施例5(a)和对比例5(b)产品发泡陶瓷外观图。
具体实施方式
30.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。以下实施例用固废原料的化学成分如表1所示。
31.表1固废主要化学成分表(质量分数％)
[0032][0033][0034]
实施例1
[0035]
利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：
[0036]
(1)按照总质量100％比例计算，锂矿尾砂66％，城市建筑垃圾13％，河道淤泥15％，膨润土4.5％，发泡优化剂1.5％(发泡优化剂为碳化硅、碳酸钙、氧化铁复配而成，其中碳化硅为1％，碳酸钙和氧化铁之和为0.5％)；将上述原料混合均匀；
[0037]
(2)将混合物料中加入水质量为原料干粉总质量的50％，进行湿法球磨10小时制得浆料，过200目筛，筛余量为0.2％；
[0038]
(3)将步骤(2)制得的浆料进行纳米膜压滤、真空练泥、挤出成型，制得中空蜂窝状的坯体，坯体含水量为20％；纳米膜压滤产生的水，可以循环使用于下一轮工艺生产的湿法球磨步骤中；
[0039]
(4)将步骤(3)得到的坯体进行烘干；
[0040]
(5)将步骤(4)烘干后的坯体放入拼装式耐火浇注料窑具内，放入电炉中高温烧结，先以10℃/min的升温速率，从室温升至1000℃，然后以5℃/min的升温速率，从1000℃升至1160℃，保温30min，随炉冷却后得到本发明发泡陶瓷。
[0041]
对比例1
[0042]
利用固废制备发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：
[0043]
(1)采用与实施例1一样的原料和配比进行试验；
[0044]
(2)将混合物料中加入水质量为原料干粉总质量的50％，进行湿法球磨10小时制得浆料，过200目筛，筛余量为0.2％；
[0045]
(3)将步骤(2)制得的浆料进行喷雾造粒并平铺至拼装式耐火浇注料窑具内，(实施例1与对比例1装入窑具内的都为干料且质量相同)放入电炉中高温烧结，与实施例1以相同的升温速率升至1160℃，保温30min，随炉冷却后得到发泡陶瓷。
[0046]
对实施例1和对比例1产品发泡陶瓷进行外观和性能测试，测试结果如图2和表2所示。由表2和图2可知，实施例1的发泡陶瓷孔径均匀，颜色一致，产品高度为30cm。对比例1的
发泡陶瓷里有杂乱孔且物理指标低于实施例1，产品高度为15cm，分析原因为采用实施例1的工艺，坯体整体为开口的蜂窝状，窑炉烧成中在前期能快速排出有机物、碳酸气体、结晶水，而对比例1为平铺法，内部物料被压住，不利于有机物、碳酸气体、结晶水的排出，进而烧制的发泡陶瓷有不规则孔洞且物理性能低于实施例1。
[0047]
表2实施例1和对比例1产品发泡陶瓷主要性能检测指标
[0048][0049]
实施例2
[0050]
利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：
[0051]
(1)按照总质量100％比例计算，金矿尾砂32％，锂矿尾砂40％，城市建筑垃圾12％，河道淤泥10％，膨润土4.5％，发泡优化剂1.5％(发泡优化剂为碳化硅、碳酸钙、氧化铁复配而成，其中碳化硅为1％，碳酸钙和氧化铁之和为0.5％)；将上述原料混合均匀；
[0052]
(2)将混合物料中加入水质量为原料干粉总质量的55％，进行湿法球磨10小时制得浆料，过200目筛，筛余量为0.2％；
[0053]
(3)将步骤(2)制得的浆料进行纳米膜压滤、真空练泥、挤出成型，制得中空蜂窝状的坯体，坯体含水量为20％；
[0054]
(4)将步骤(3)得到的坯体进行烘干；
[0055]
(5)将步骤(4)烘干后的坯体放入拼装式耐火浇注料窑具内，放入电炉中高温烧结，先以10℃/min的升温速率，从室温升至1000℃，然后以5℃/min的升温速率，从1000℃升至1160℃，保温30min，随炉冷却后得到本发明发泡陶瓷。
[0056]
对比例2
[0057]
利用固废制备发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：
[0058]
(1)采用与实施例2一样的原料和配比进行对比实验；
[0059]
(2)将混合物料中加入水质量为原料干粉总质量的55％，进行湿法球磨10小时制得浆料，过200目筛，筛余量为0.2％；
[0060]
(3)将步骤(2)制得的浆料进行喷雾造粒并平铺至拼装式耐火浇注料窑具内，(实施例2与对比例2装入窑具内的都为干料且质量相同)放入电炉中高温烧结，与实施例1以相同的升温速率升至1160℃，保温30min，随炉冷却后得到发泡陶瓷。
[0061]
对实施例2和对比例2产品发泡陶瓷进行外观和性能测试，测试结果如图3和表3所示。由图3和表3可知，实施例2的发泡陶瓷孔径均匀，产品高度为31cm。对比例2的发泡陶瓷里有肉眼可见的大气孔且物理指标低于实施例2，产品高度为15cm。分析原因为采用实施例2的工艺，坯体整体为开口的蜂窝状，窑炉烧成中在前期能快速排出有机物、碳酸气体、结晶水，而对比例2为平铺法，内部物料被压住，不利于有机物、碳酸气体、结晶水的排出，进而烧制的发泡陶瓷有大孔洞且物理性能低于实施例2。
[0062]
表3实施例2和对比例2产品发泡陶瓷主要性能检测指标
[0063][0064]
实施例3
[0065]
利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：
[0066]
(1)按照总质量100％比例计算，金矿尾砂40％，锰矿尾砂18％，铁矿尾矿8％，城市建筑垃圾17％，膨润土7％，发泡优化剂1.5％(发泡优化剂为碳化硅、碳酸钙、氧化锰复配而成，其中碳化硅为1％，碳酸钙和氧化锰之和为0.5％)；将上述原料混合均匀；
[0067]
(2)将混合物料中加入水质量为原料干粉总质量的50％，进行湿法球磨10小时制得浆料，过200目筛，筛余量为0.2％；
[0068]
(3)将步骤(2)制得的浆料进行纳米膜压滤、真空练泥、挤出成型，制得中空蜂窝状的坯体，坯体含水量为20％；
[0069]
(4)将步骤(3)得到的坯体进行烘干；
[0070]
(5)将步骤(4)烘干后的坯体放入拼装式耐火浇注料窑具内，放入电炉中高温烧结，先以10℃/min的升温速率，从室温升至1000℃，然后以5℃/min的升温速率，从1000℃升至1160℃，保温30min，随炉冷却后得到本发明发泡陶瓷。
[0071]
对比例3
[0072]
利用固废制备发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：
[0073]
(1)采用与实施例3一样的原料和配比进行对比实验；
[0074]
(2)将混合物料中加入水质量为原料干粉总质量的50％，进行湿法球磨10小时制得浆料，过200目筛，筛余量为0.2％；
[0075]
(3)将步骤(2)制得的浆料进行喷雾造粒并平铺至拼装式耐火浇注料窑具内，(实施例3与对比例3装入窑具内的都为干料且质量相同)放入电炉中高温烧结，与实施例1以相同的升温速率升至1160℃，保温30min，随炉冷却后得到发泡陶瓷。
[0076]
对实施例3和对比例3产品发泡陶瓷进行外观和性能测试，测试结果如图4和表4所
示。由图4和表4可知，实施例3的发泡陶瓷孔径均匀，产品高度为31cm。对比例3的发泡陶瓷里有较多不规则大气孔且物理指标低于实施例3，产品高度为14cm。分析原因为锰矿尾砂和铁矿尾砂中含有较多的碳酸盐故烧成前段排出的气体较多，采用实施例3的工艺，坯体整体为开口的蜂窝状，窑炉烧成中在前期能快速排出有机物、碳酸气体、结晶水，而对比例3为平铺法，内部物料被压住，不利于有机物、碳酸气体、结晶水的排出，当原料中的碳酸盐类含量较多时更不利于排出从而形成不规则大孔洞，降低产品性能。
[0077]
表4实施例3和对比例3产品发泡陶瓷主要性能检测指标
[0078][0079][0080]
实施例4
[0081]
利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：
[0082]
(1)按照总质量100％比例计算，锰矿尾砂43％，锂矿尾砂30％，铁矿尾矿8％，河道淤泥10％，膨润土7％，发泡优化剂2.0％(发泡优化剂为碳化硅、碳酸钙、氧化铁复配而成，其中碳化硅为1.5％，碳酸钙和氧化铁之和为0.5％)；将上述原料混合均匀；
[0083]
(2)将混合物料中加入水质量为原料干粉总质量的60％，进行湿法球磨10小时制得浆料，过200目筛，筛余量为0.2％；
[0084]
(3)将步骤(2)制得的浆料进行纳米膜压滤、真空练泥、挤出成型，制得中空蜂窝状的坯体，坯体含水量为20％；
[0085]
(4)将步骤(3)得到的坯体进行烘干；
[0086]
(5)将步骤(4)烘干后的坯体放入拼装式耐火浇注料窑具内，放入电炉中高温烧结，先以10℃/min的升温速率，从室温升至1000℃，然后以5℃/min的升温速率，从1000℃升至1160℃，保温30min，随炉冷却后得到本发明发泡陶瓷。
[0087]
对比例4
[0088]
利用固废制备发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：
[0089]
(1)采用与实施例4一样的原料和配比进行对比实验；
[0090]
(2)将混合物料中加入水质量为原料干粉总质量的60％，进行湿法球磨10小时制得浆料，过200目筛，筛余量为0.2％；
[0091]
(3)将步骤(2)制得的浆料进行喷雾造粒并平铺至拼装式耐火浇注料窑具内，(实施例4与对比例4装入窑具内的都为干料且质量相同)放入电炉中高温烧结，与实施例1以相同的升温速率升至1160℃，保温30min，随炉冷却后得到发泡陶瓷。
[0092]
对实施例4和对比例4产品发泡陶瓷进行外观和性能测试，测试结果如图5和表5所示。由图5和表5可知，实施例4与对比例4制备的为低容重低导热系数的发泡陶瓷，从产品状态可以看出，实施例4孔径均匀，适合快速烧成，产品高度为40cm，对比例4有不规则气洞，为前期排气不充分所致，产品高度为19cm。
[0093]
表5实施例4和对比例4产品发泡陶瓷主要性能检测指标
[0094][0095]
实施例5
[0096]
利用固废低投资低能耗制备发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：
[0097]
(1)按照总质量100％比例计算，城市建筑垃圾76％，河道淤泥15％，钾长石7％，发泡优化剂2.0％(发泡优化剂为碳化硅、碳酸钙、氧化铁复配而成，其中碳化硅为1.5％，碳酸钙和氧化铁之和为0.5％)；将上述原料混合均匀；
[0098]
(2)将混合物料中加入水质量为原料干粉总质量的50％，进行湿法球磨10小时制得浆料，过200目筛，筛余量为0.2％；
[0099]
(3)将步骤(2)制得的浆料进行纳米膜压滤、真空练泥、挤出成型，制得中空蜂窝状的坯体，坯体含水量为20％；
[0100]
(4)将步骤(3)得到的坯体进行烘干；
[0101]
(5)将步骤(4)烘干后的坯体放入拼装式耐火浇注料窑具内，放入电炉中高温烧结，先以10℃/min的升温速率，从室温升至1000℃，然后以5℃/min的升温速率，从1000℃升至1160℃，保温30min，随炉冷却后得到本发明发泡陶瓷。
[0102]
对比例5
[0103]
利用固废制备发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：
[0104]
(1)采用与实施例1一样的原料和配比进行试验；
[0105]
(2)将混合物料中加入水质量为原料干粉总质量的50％，进行湿法球磨10小时制得浆料，过200目筛，筛余量为0.2％；
[0106]
(3)将步骤(2)制得的浆料进行喷雾造粒并平铺至拼装式耐火浇注料窑具内，(实施例5与对比例5装入窑具内的都为干料且质量相同)放入电炉中高温烧结，与实施例5以相同的升温速率升至1160℃，保温30min，随炉冷却后得到发泡陶瓷。
[0107]
对实施例5和对比例5产品发泡陶瓷进行外观和性能测试，测试结果如图6和表6所示。由表6和图6可知，实施例5与对比例5制备的为低容重低导热系数的发泡陶瓷，实施例5的发泡陶瓷孔径均匀，颜色一致，产品高度为41cm。对比例5的发泡陶瓷里有不规则大气孔且物理指标低于实施例5，产品高度为19cm，分析原因为采用实施例5的工艺，坯体整体为开口的蜂窝状，窑炉烧成中在前期能快速排出有机物、碳酸气体、结晶水，而对比例5为平铺法，内部物料被压住，不利于有机物、碳酸气体、结晶水的排出，进而烧制的发泡陶瓷有不规则孔洞且物理性能低于实施例5。
[0108]
表6实施例5和对比例5产品发泡陶瓷主要性能检测指标
[0109]

技术特征：
1.一种利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将固废、膨润土和发泡优化剂进行混合，获得混合物料；其中，混合物料中各组分的重量百分比为：4％-7％膨润土，1％-2％发泡优化剂，余量为固废，各组分的重量百分比之和为100％；(2)向混合物料中加入水，湿法球磨制得浆料；水的重量为混合物料重量的50％以上；(3)将步骤(2)制得的浆料进行压滤、真空练泥、挤出成型，制得中空蜂窝状坯体；(4)将步骤(3)得到的坯体进行烘干；(5)对步骤(4)烘干后的坯体进行控温烧结，得到发泡陶瓷。2.根据权利要求1所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，其特征在于，所述的固废选自金属尾砂、城市建筑垃圾、河道淤泥。3.根据权利要求2所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，其特征在于，所述的金属尾砂为金矿尾砂、锂矿尾砂、锰矿尾砂或铁矿尾砂中的任一种或几种的混合物。4.根据权利要求1所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，其特征在于，湿法球磨时间为10小时，浆料过200目筛，筛余量达到0.2％。5.根据权利要求1所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，其特征在于，高温烧结时，先以10℃/min的升温速率，从室温升至1000℃，然后以2-5℃/min的升温速率，从1000℃升至1150-1200℃，保温30min。6.根据权利要求1所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，其特征在于，发泡优化剂为碳化硅、碳酸盐、氧化锰或氧化铁中的一种或几种复配而成。7.根据权利要求1所述利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，其特征在于，压滤所采用的膜为纳米膜。8.权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的发泡陶瓷。

技术总结
本发明公开了一种利用固废制备大尺寸发泡陶瓷的方法，属于建筑新材料技术领域。该方法为向金属尾砂、城市建筑垃圾、河道淤泥、膨润土和发泡优化剂的混合物料中加入水，湿法球磨得到浆料；将浆料进行压滤、真空练泥、挤出成型，制得中空蜂窝状坯体；坯体烘干；放入耐火浇注料窑具内高温烧结，得到发泡陶瓷。该制备方法简单，具有低投资低能耗的优点；且以工业固废尾砂为主要原料，辅以城市建筑垃圾和河道淤泥，固废利用率可达到90％以上。固废利用率可达到90％以上。固废利用率可达到90％以上。


技术研发人员：陆浩斐 陆皓 张正平
受保护的技术使用者：陆浩斐
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/28