CN107266027A - 一种利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法，属于固体废弃物综合利用技术领域。该方法利用陶瓷废渣自有的化学组成的特点，将杂质造成的不能直接循环利用的缺点转换为制备的必要有力条件，以陶瓷废渣为主要原料，通过添加不同的添加剂和粘结剂，混合后构成基本原料，并结合发泡剂的作用，采用高温化学发泡的方法得到一种高性能的多孔材料。本发明工艺流程短，设备简单，可充分利用陶瓷废渣的自身化学组成和不能直接循环利用缺点，得到的产品性能好，无环境污染。

Description

一种利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物综合利用技术领域，特别是指一种利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法。
背景技术
我国固体废弃物的排放及危害，随着能耗不断增加而逐年增大。如何变废为宝，是我们面临的重大挑战。陶瓷砖在我国建筑陶瓷行业是一种具有相对优势的产品，我国陶瓷砖的产量占世界总产量的80％以上。大量的陶瓷砖产量不光意味着需要消费大量的原材料，还意味着会产生大量的废弃物。目前，我国陶瓷砖的主要产地为广东、江西和山东等，其中以广东为代表。据统计，仅广东地区一年的陶瓷抛光废渣的排放已超过1000万吨，估计全国年排放量将有可能超过1400万吨。目前，每年竣工的房屋建筑面积为20亿m2，而预计到2020年，我国的建筑面积将新增加250～300亿m2。随着建筑面积的增加，陶瓷砖的需求将大幅度增加，因此陶瓷废渣废料将会成为急要解决的重大问题。
陶瓷废渣是陶瓷企业在陶瓷砖的生产制作过程中，由于制品磨边和打磨等加工工序，产生的一种大量陶瓷工业固体废弃渣。据统计，生产1m2的陶瓷砖，经过磨边和打磨处理后，会产生1.5kg的废料，并损失0.6kg的磨头原料，因此共产生2.1kg左右的陶瓷废渣。陶瓷废渣的组成和其形成过程有很大的关系，所以陶瓷废渣是由陶瓷产品被磨削下的废料和磨头上的杂质。陶瓷废渣中所含的主要化学成分为二氧化硅SiO2和氧化铝Al2O3。据有关文献可知，陶瓷废渣也含有大量的碱金属和碱土金属氧化物，另外磨头损失也会带入碳化硅磨料和氯氧镁水泥粘结剂。
由于陶瓷废渣含有不同的杂质，在直接作为原料循环再利用过程中会造成产品的发泡膨胀现象，从而使得陶瓷砖的砖体造成严重变形破坏，甚至造成窑炉的毁坏，因此陶瓷废渣还无法在制陶过程中重新利用。目前，对陶瓷废渣的研究停留在表面，还不够深入。在我国，90％以上的陶瓷废渣还不能得到很好的资源化循环再利用，其主要还是采用填埋的方法处理。陶瓷废渣堆放不仅耗费了大量的人力、物力和财力，而且会占用大量宝贵的土地资源。另外，陶瓷废渣的粒度很小，颗粒细小，粒径一般可以维持在100μm以下，因此很容易形成扬尘现象，造成粉尘污染，对人体健康产生危害。此外，陶瓷废渣经雨水淋滤后，还会与水混合流入附近的土地、河流等，改变土壤结构，妨碍植物生长，甚至破坏生态环境，造成严重的环境污染。如何减少陶瓷废渣的污染，将其变废为宝，促进陶瓷废渣的高效循环利用，是一个值得关注的问题。
多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料。由于其独有的结构特点使其具有低密度、低导热和高比表面积的特点，所以多孔材料具有广泛的应用范围。早在多年前的古埃及金字塔中就已经使用了木制建材，在罗马时代软木就被用作酒瓶的瓶塞。而到了近代，人们便开始尝试自己制造多孔材料，其中最简单的是由大量相似的棱形孔洞组成的蜂窝状材料，可用作轻质构件。更常见的是高分子泡沫材料，其用途广泛，可用于小到随处可见的咖啡杯，大到飞机坐舱的减震垫。现代技术的发展使得金属、陶瓷、玻璃等材料也能像聚合物那样发泡。这些新型泡沫材料正逐渐地被用作绝缘、缓冲、吸收冲击能量的材料，从而发挥了其由多孔结构决定的独特的综合性能。
由于陶瓷多孔材料具有硬度大、耐热、抗腐蚀性、质量轻等特点,在宇航、化工、民用等多个领域应用广泛,开发利用陶瓷渣制备多孔材料具有较好的应用前景,这不仅有效利用陶瓷渣废渣,避免了资源浪费,同时解决了由于陶瓷废渣大量堆放造成的环境污染问题；此外，制备的多孔材料还具有很高的附加价值。因此，采用陶瓷废渣直接制备高性能高附加价值的多孔材料变得至关重要。
发明内容
本发明针对目前陶瓷废渣由于杂质的存在，无法循环再利用，且大量堆放造成环境污染等缺点，提供一种利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法。
该方法充分利用陶瓷废渣本身的化学组成的特点，(主要组成以SiO2和Al2O3为主，并含有大量的碱金属和碱土金属氧化物)，充分利用陶瓷废渣中杂质造成的发泡缺点，转变为制备多孔材料的优点，结合添加剂的调节作用，采在碳化硅为化学发泡剂，利用高温发泡的方法制备得到一种高性能的多孔材料，其具有很广的应用范围。
该方法首先将陶瓷渣与添加剂、发泡剂通过球磨混合均匀，加入粘结剂后，搅拌混匀，然后将所得物料干燥造粒后预压成型，采用高温化学发泡，最后经干燥后烧制，得到多孔材料。
其中，陶瓷渣主要成分为SiO2：50～70wt％，Al2O3：15～30wt％，MgO：1～5wt％，CaO：1～4wt％，K2O：1～5％，Na2O：2～8％。
添加剂为磷酸钠和氧化镁，其中，磷酸钠占陶瓷渣质量的0.5％～5％，氧化镁占陶瓷渣质量的1％～7％。
粘结剂为水玻璃，粘结剂占陶瓷渣质量的5％～15％。
发泡剂为碳化硅，发泡剂用量为陶瓷渣的0.5％～7％。
该方法所制得的多孔材料表观密度为400～1800kg/m3，导热系数为0.105～0.334w/(m·K)。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明综合考虑了陶瓷废渣本身的化学组成的特点，将杂质造成的发泡缺点转变为制备多孔材料的优点，通过加入添加剂对主要原料进行调试，调节原料、添加剂和发泡剂的配比含量，严格控制制备过程的每个环节，使得发泡速度与基体软化的温度与时间相匹配，从而制备出孔径小于1mm，气泡分布均匀的低密度高强度的多孔材料。本发明工艺流程短，设备简单，易操作，可充分利用工业固废陶瓷废渣，且得到的产品应用范围广，附加值高，且对环境有保护作用。
附图说明
图1为本发明的利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法工艺流程图；
图2为本发明实施例制得多孔材料样品的扫描电镜图；
图3为本发明实施例制得多孔材料样品的外观形貌图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对目前陶瓷废渣由于杂质的存在，无法循环再利用，且大量堆放造成环境污染等问题，提供一种利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法。
如图1所示，该方法首先将陶瓷渣与添加剂、发泡剂通过球磨混合均匀，加入粘结剂后，搅拌混匀，然后将所得物料干燥造粒后预压成型，采用高温化学发泡，最后经干燥后烧制，得到多孔材料。
在具体实施过程中，以陶瓷废渣(主要成分为：SiO2：50～70wt％，Al2O3：15～30wt％，MgO：1～5wt％，CaO：1～4wt％，K2O：1～5％，Na2O：2～8％)为主要原料，分别添加主要原料质量的3％，4％和3％的磷酸钠，氧化镁和发泡剂碳化硅，充分混合后再加入质量为主要原料质量的5％的粘结剂水玻璃。将混合好的原料进行搅拌均匀，干燥造粒，并在模具中预压成型。将胚体在马弗炉中按照事先制定好的烧结制度进行烧结，保温20min后自然冷却到室温，得到最终所要的样品。如图2和图3所示，分别为所得样品的扫描电镜和外观形貌图。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法，其特征在于：首先，将陶瓷渣与添加剂、发泡剂通过球磨混合均匀，加入粘结剂后，搅拌混匀，然后将所得物料干燥造粒后预压成型，采用高温化学发泡，最后经干燥后烧制，得到多孔材料。
2.根据权利要求1所述的利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法，其特征在于：所述陶瓷渣主要成分为SiO2：50～70wt％，Al2O3：15～30wt％，MgO：1～5wt％，CaO：1～4wt％，K2O：1～5％，Na2O：2～8％。
3.根据权利要求1所述的利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法，其特征在于：所述添加剂为磷酸钠和氧化镁，其中，磷酸钠占陶瓷渣质量的0.5％～5％，氧化镁占陶瓷渣质量的1％～7％。
4.根据权利要求1所述的利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法，其特征在于：所述粘结剂为水玻璃，粘结剂占陶瓷渣质量的5％～15％。
5.根据权利要求1所述的利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法，其特征在于：所述发泡剂为碳化硅，发泡剂用量为陶瓷渣的0.5％～7％。
6.根据权利要求1所述的利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法，其特征在于：所制得的多孔材料表观密度为400～1800kg/m3，导热系数为0.105～0.334w/(m·K)。
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