CN110937918A - 一种安山岩尾矿基泡沫陶瓷 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的泡沫陶瓷，其特征在于泡沫陶瓷的质量组成百分数为：安山岩尾矿泥50～90％、飞灰8～48％以及碳化硅2～5％。其制备方法包括如下步骤：S1，粉料制备；S2，坯体成型及干燥；S3，样品烧结。本发明制得的泡沫陶瓷，其烧成周期短、配方及制备工艺简单、设备要求低，所制备的泡沫陶瓷性能优良。固废的使用量高达98％，有效降低生产成本，实现固废安山岩尾矿泥与危废飞灰的资源化利用，减少尾矿对土地的占用，缓解其引发的环境问题。

Description

一种安山岩尾矿基泡沫陶瓷
技术领域
本发明属于新材料、资源等学科交叉技术领域，具体是涉及一种以安山岩尾矿泥和飞灰为主要原料的泡沫陶瓷及制备方法。
背景技术
可持续发展已成为全人类共同关注的话题，我国政府高度重视可持续发展，将可持续发展确定为国家的重大发展战略。而当前的石材开采企业在其生产过程中不可避免的会产生大量的粉体尾矿。如果不能及时有效地处理和利用尾矿泥，不仅占用大量土地资源，而且粉尘严重污染环境，破坏生态。因此，尾矿泥作为常见的工业固体废弃物，其综合利用已经成为社会共同关注的问题。
我国生活垃圾的主要处置方式为填埋和焚烧，而垃圾焚烧发电以其独特的优势成为国内发展速度最快的生活垃圾处理方式。生活垃圾焚烧产生的飞灰是垃圾燃烧后产生的危险废物，如处理不当会对环境造成严重的二次污染。目前，我国对飞灰的处理主要以固化填埋为主，少量以水泥窑协同处理，然而随着飞灰产量的增加和填埋场的减少，飞灰的资源化利用势在必行，研究垃圾焚烧飞灰的资源化利用方法具有重要的现实意义。
在安山岩尾矿泥和飞灰等工业固体废弃物的开发研究中，公开号为CN104496535A的中国专利中公开了一种以硅砂尾矿和粉煤灰为主要原料的泡沫陶瓷及其制备方法，该专利以硅砂或石英砂矿尾、粉煤灰和添加剂来制作泡沫陶瓷，其石英砂或硅砂尾矿为25～45％，烧结助剂为硼砂，发泡剂为碳酸钙，粘结剂为水玻璃，烧成温度为1050～1100℃。公开号为CN104108946A的中国专利中公开了一种垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷及其制备方法，该专利以垃圾焚烧飞灰、石英砂和添加剂为原料来制作泡沫陶瓷，其中垃圾焚烧飞灰10～59.1％，石英砂34.5～60％，添加剂为氧化铝、氧化铁、碳酸钠和发泡剂，烧成温度为1130～1200℃。公开号为CN101580378A的中国专利中公开了用二次垃圾飞灰或底灰制备建筑陶瓷及方法，该专利以飞灰或底灰、高岭土和石英为原料烧结建筑陶瓷，烧成温度为1050～1100℃。上述专利均未涉及安山岩尾矿泥的应用，而且使用添加剂较多，增大了生产成本，不利于实际推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法，该方法能够充分利用安山岩尾矿泥及垃圾焚烧产生的飞灰，有效地缓解了环境压力，降低飞灰处理成本，而且制备的安山岩尾矿基泡沫陶瓷性能良好。
本发明一种安山岩尾矿基泡沫陶瓷采用以下技术方案。
该泡沫陶瓷的组成为：安山岩尾矿泥50～90％、飞灰8～48％以及添加剂2～5％。其中，添加剂为碳化硅，主要起到发泡作用。以上原材料的质量组成百分数之和为100％。
按上述方案，所述原材料各组分的粒度过200目标准筛。
按上述方案，所述的泡沫陶瓷体积密度＜1.7g/cm3，抗压强度＞6MPa，吸水率＜5％。
本发明一种安山岩尾矿基泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
S1，粉料制备；S2，坯体成型及干燥；S3，样品烧结。
所述步骤S1中，分别将安山岩尾矿泥、飞灰及添加剂放入球磨机中球磨8～12h。将球磨后的安山岩尾矿泥、飞灰及添加剂分别过200目筛。按照配方，准确称量安山岩尾矿泥、飞灰及添加剂各原料，搅拌混合均匀。
所述步骤S2中，向配料中添加物料质量2～4％的水搅拌均匀，将制得的配合料放入模具中压制成块状坯体，成型压力为10～20MPa；或向配料中添加物料质量18-26％的水搅拌均匀，采用挤压成型。将成型好的坯体放入烘箱中，在80～100℃的温度下充分干燥。
所述步骤S3中，将干燥后的坯体在马弗炉中以3～5℃/min的升温速率从室温升温至1100～1200℃进行烧结，并在烧结温度下保温0.5～～1h，然后随炉冷却至室温，即可以制得以安山岩尾矿泥为主要原料的泡沫陶瓷。
与已有的发明相比，本发明的特点在于：
1)本发明的主要原料为安山岩尾矿泥和飞灰这两种固体废弃物，使用量高达98％，可有有效降低生产成本，实现了危废飞灰的资源化利用，减少了安山岩尾矿对土地的占用，缓解了其引发的环境问题。
2)本发明所制得的泡沫陶瓷，经过高温烧结，飞灰中的重金属离子等有毒物质被固化，结构致密，因此该泡沫陶瓷可有效降低重金属离子的溶出，实现飞灰的无害化处置，避免使用过程中的二次污染。
3)本发明制得的泡沫陶瓷，其烧成周期短、配方及制备工艺简单、设备要求低，所制备的泡沫陶瓷性能优良，内部气孔孔径均匀，并且体积密度低、强度高、吸水率低。
附图说明
图1为本发明实施例所制备的泡沫陶瓷的截面图。
图2安山岩尾矿泥为主要原料的泡沫陶瓷的XRD图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法，泡沫陶瓷的主要组成为：安山岩尾矿泥90％、飞灰8％，发泡剂碳化硅2％。
将安山岩尾矿泥、飞灰、发泡剂分别放入球磨机中球磨8h。将球磨后的安山岩尾矿泥、飞灰及添加剂分别过200目筛。按照配方，准确称量安山岩尾矿泥、飞灰、发泡剂原料，搅拌混合均匀。向配料中添加物料质量2％的水搅拌均匀，将制得的配合料放入模具中压制成块状坯体，成型压力为20MPa。将成型好的坯体放入烘箱中，在80℃的温度下充分干燥，将干燥后的坯体在马弗炉中以3℃/min的升温速率从室温升温至1200℃进行烧结，并在烧结温度下保温0.5h，然后随炉冷却至室温，切割得到以安山岩尾矿泥为主要原料的泡沫陶瓷，如图1所示。样品的XRD图谱(图2)表明样品的主晶相为硅灰石(JCPDF***：42-0550)和石英(JCPDF***：46-1045)。样品的体积密度1.01g/cm3，抗压强度6.58MPa，吸水率4.56％。
实施例2
一种以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法，泡沫陶瓷的主要组成为：安山岩尾矿泥70％、飞灰25％，发泡剂碳化硅5％。
将安山岩尾矿泥、飞灰、发泡剂分别放入球磨机中球磨8h。将球磨后的安山岩尾矿泥、飞灰及添加剂分别过200目筛。按照配方，准确称量安山岩尾矿泥、飞灰、发泡剂原料，搅拌混合均匀。向配料中添加物料质量3％的水搅拌均匀，将制得的配合料放入模具中压制成块状坯体，成型压力为15MPa。将成型好的坯体放入烘箱中，在90℃的温度下充分干燥，将干燥后的坯体在马弗炉中以4℃/min的升温速率从室温升温至1150℃进行烧结，并在烧结温度下保温0.5h，然后随炉冷却至室温，切割得到以安山岩尾矿泥为主要原料的泡沫陶瓷。样品的体积密度1.14g/cm3，抗压强度12.63MPa，吸水率2.93％。
实施例3
一种以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的轻质泡沫陶瓷材料及其制备方法，泡沫陶瓷的主要组成为：安山岩尾矿泥50％、飞灰48％，发泡剂碳化硅2％。
将安山岩尾矿泥、飞灰、发泡剂分别放入球磨机中球磨8h。将球磨后的安山岩尾矿泥、飞灰及添加剂分别过200目筛。按照配方，准确称量安山岩尾矿泥、飞灰、发泡剂原料，搅拌混合均匀。向配料中添加物料质量4％的水搅拌均匀，将制得的配合料放入模具中压制成块状坯体，成型压力为10MPa。将成型好的坯体放入烘箱中，在100℃的温度下充分干燥，将干燥后的坯体在马弗炉中以5℃/min的升温速率从室温升温至1110℃进行烧结，并在烧结温度下保温1h，然后随炉冷却至室温，切割得到以安山岩尾矿泥为主要原料的泡沫陶瓷。样品的体积密度1.65g/cm3，抗压强度13.51MPa，吸水率4.86％。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的泡沫陶瓷，其特征是泡沫陶瓷原料的质量组成百分数为：安山岩尾矿50～90％、飞灰8～48％以及添加剂2～5％。
2.根据权利要求1所述的以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的泡沫陶瓷，其特征是添加剂为碳化硅粉末，主要起到发泡作用。
3.根据权利要求1所述的一种以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步：S1，粉料制备；S2，坯体成型及干燥；S3，样品烧结。
4.根据权利要求1和权利要求3所述的一种以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的泡沫陶瓷，其特征在于，所述步骤S1中，分别将安山岩尾矿泥、飞灰及添加剂放入球磨机中球磨8～12h，将球磨后的安山岩尾矿泥、飞灰及添加剂分别过200目筛；按照配方，准确称量安山岩尾矿泥、飞灰及添加剂各原料，搅拌混合均匀。
5.根据权利要求3所述的一种以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的泡沫陶瓷，其特征在于，所述步骤S2中，向配料中添加物料质量2～4％的水搅拌均匀，将制得的配合料放入模具中压制成块状坯体，成型压力为10～20MPa；或向配料中添加物料质量18-26％的水搅拌均匀，采用挤压成型，将成型好的坯体放入烘箱中，在80～100℃的温度下干燥。
6.根据权利要求3所述的一种以安山岩尾矿泥与飞灰为主要原料的泡沫陶瓷，其特征在于，所述步骤S3中，将干燥后的坯体在马弗炉中以3～5℃/min的升温速率从室温升温至1100～1200℃进行烧结，并在烧结温度下保温0.5～1h，然后随炉冷却至室温，即可以制得以安山岩尾矿为主要原料的泡沫陶瓷。
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