CN111548189A - 一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法 - Google Patents

一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：称取陶瓷抛磨废料50％‑60％和高炉矿渣30％‑40％份，用球磨机进行干磨5h‑6h；向球磨机中添加发泡剂石墨0.5％‑2％、工业碳酸钙2％‑4％，助熔剂硼砂4％‑6％，球磨2h后过筛备用；将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料，本发明主要以陶瓷抛磨废料和和高炉矿渣为原料，添加石墨、工业碳酸钙和硼砂等添加剂，在炉中一次烧成，实现工业固体废弃物资源化利用，制备工艺流程简单，所用原料为工业固体废弃物陶瓷抛磨废料和高炉矿渣，生产成本低廉，也有利于环保，且制备得到的发泡陶瓷材料综合性能优良。

Description

一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法
技术领域
本发明涉及一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，属于利用工业固体废料处理技术及建筑保温陶瓷材料领域。
背景技术
近十几年来，我国陶瓷工业得到了迅猛发展，建筑陶瓷产量位居世界总产量第一位。在陶瓷砖的生产过程中将产生大量的磨边和抛光废料，由于这些抛磨废料中混有大量以碳化硅、树脂、氯氧镁水泥粘结剂等为主要成分的磨头废料，很难回收利用，因此我国大部分陶瓷企业主要采取填埋方式处理废料，但是这样不仅挤占了土地，同时对水、空气和土壤等环境造成了严重污染。
高炉渣是在高炉炼铁过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和熔剂中的非挥发组分形成的固体废物，经过水淬处理制成。
目前建筑陶瓷工业产生的磨抛废料利用率都较低，高炉矿渣利用率也不高，将工业废料变废为宝不仅节约了生产成本，也有利于环保。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，以解决上述背景技术中提出的目前建筑陶瓷工业产生的磨抛废料利用率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：(1.1)、称取陶瓷抛磨废料50％-60％和高炉矿渣30％-40％份，用球磨机进行干磨5h-6h；(1.2)、向球磨机中添加发泡剂石墨0.5％-2％、工业碳酸钙2％-4％，助熔剂硼砂4％-6％，球磨2h后过筛备用；(1.3)、将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；(1.4)、烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料。
作为优选，所述的陶瓷抛磨废料按质量百分比含SiO266～68％、Al2O3 15～17％、MgO3.5～5.5％、CaO1.5～2％、Na2O 2.5～3.5％、K2O 2～3％、 Fe2O30.8～1.1％和余量杂质。
作为优选，所述步骤(1.2)发泡剂石墨、工业碳酸钙和助熔剂硼砂粒径均小于0.125mm。
作为优选，所述步骤(1.1)中球磨机的料球比为1:2，球磨介质为高铝球。
作为优选，步骤(1.4)中的加热炉内排布有水冷管组。
作为优选，所述加热炉的烧成温度制度为：(6.1)、加热炉以8-10℃/min 的速率从室温升到650℃左右，保温10min左右，然后以6-8℃/min的升温速率升到900℃，保温20min左右；(6.2)、加热炉再以2-3℃/min左右的升温速率升到烧成温度1150-1180℃，保温50min左右。
作为优选，所述步骤(6.2)中制得的发泡陶瓷材料抗压强度大于5MPa，吸水率小于1％，导热系数在0.05-0.12W/(M·K)。
作为优选，所述陶瓷抛磨废料的物相主要有石英相和莫来石相且存在少量的Si-C相及树脂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，主要以陶瓷抛磨废料和和高炉矿渣为原料，添加石墨、工业碳酸钙和硼砂等添加剂，在炉中一次烧成，实现工业固体废弃物资源化利用，制备工艺流程简单，所用原料为工业固体废弃物陶瓷抛磨废料和高炉矿渣，生产成本低廉，也有利于环保，且制备得到的发泡陶瓷材料综合性能优良，抗压强度大于5MPa，吸水率小于1％，导热系数在 0.05-0.12W/(M·K)。
具体实施方式
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：
(1.1)、称取陶瓷抛磨废料50％和高炉矿渣40％份，用球磨机进行干磨 6h；
(1.2)、向球磨机中添加发泡剂石墨2％、工业碳酸钙4％，助熔剂硼砂 4％，球磨2h后过筛备用；
(1.3)、将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；
(1.4)、烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料。
其中，所述步骤(1.2)发泡剂石墨、工业碳酸钙和助熔剂硼砂粒径均小于0.125mm。
其中，所述步骤(1.1)中球磨机的料球比为1:2，球磨介质为高铝球
其中，所述加热炉的烧成温度制度为：
(6.1)、加热炉以8℃/min的速率从室温升到650℃左右，保温10min 左右，然后以6℃/min的升温速率升到900℃，保温20min左右；
(6.2)、加热炉再以2℃/min左右的升温速率升到烧成温度1170℃，保温50min左右。
烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料，其抗压强度5.1MPa，吸水率0.8％，导热系数在0.05W/(M·K)。
实施例2：一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：
(1.1)、称取陶瓷抛磨废料50％和高炉矿渣40％份，用球磨机进行干磨 5h；
(1.2)、向球磨机中添加发泡剂石墨0.5％、工业碳酸钙3.5％，助熔剂硼砂6％，球磨2h后过筛备用；
(1.3)、将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；
(1.4)、烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料。
其中，所述步骤(1.2)发泡剂石墨、工业碳酸钙和助熔剂硼砂粒径均小于0.125mm。
其中，所述步骤(1.1)中球磨机的料球比为1:2，球磨介质为高铝球
其中，所述加热炉的烧成温度制度为：
(6.1)、加热炉以10℃/min的速率从室温升到650℃左右，保温10min 左右，然后以8℃/min的升温速率升到900℃，保温20min左右；
(6.2)、加热炉再以3℃/min左右的升温速率升到烧成温度1170℃，保温50min左右。
烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料，其抗压强度7.1MPa，吸水率0.4％，导热系数在0.1W/(M·K)。
实施例3：一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：
(1.1)、称取陶瓷抛磨废料60％和高炉矿渣30％份，用球磨机进行干磨 5h；
(1.2)、向球磨机中添加发泡剂石墨2％、工业碳酸钙2％，助熔剂硼砂 6％，球磨2h后过筛备用；
(1.3)、将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；
(1.4)、烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料。
其中，所述步骤(1.2)发泡剂石墨、工业碳酸钙和助熔剂硼砂粒径均小于0.125mm。
其中，所述步骤(1.1)中球磨机的料球比为1:2，球磨介质为高铝球
其中，所述加热炉的烧成温度制度为：
(6.1)、加热炉以8℃/min的速率从室温升到650℃左右，保温10min 左右，然后以10℃/min的升温速率升到900℃，保温20min左右；
(6.2)、加热炉再以2℃/min左右的升温速率升到烧成温度1170℃，保温50min左右。
烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料，其抗压强度7.5MPa，吸水率0.6％，导热系数在0.12W/(M·K)。
实施例4：一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：
(1.1)、称取陶瓷抛磨废料60％和高炉矿渣30％份，用球磨机进行干磨 5h；
(1.2)、向球磨机中添加发泡剂石墨1％、工业碳酸钙4％，助熔剂硼砂 5％，球磨2h后过筛备用；
(1.3)、将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；
(1.4)、烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料。
其中，所述步骤(1.2)发泡剂石墨、工业碳酸钙和助熔剂硼砂粒径均小于0.125mm。
其中，所述步骤(1.1)中球磨机的料球比为1:2，球磨介质为高铝球。
其中，所述加热炉的烧成温度制度为：
(6.1)、加热炉以10℃/min的速率从室温升到650℃左右，保温10min 左右，然后以6℃/min的升温速率升到900℃，保温20min左右；
(6.2)、加热炉再以3℃/min左右的升温速率升到烧成温度1170℃，保温50min左右。
烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料，其抗压强度6.3MPa，吸水率0.4％，导热系数在0.07W/(M·K)。
实施例5：一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：
(1.1)、称取陶瓷抛磨废料55％和高炉矿渣35％份，用球磨机进行干磨 5h；
(1.2)、向球磨机中添加发泡剂石墨1％、工业碳酸钙3.5％，助熔剂硼砂5.5％，球磨2h后过筛备用；
(1.3)、将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；
(1.4)、烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料。
其中，所述步骤(1.2)发泡剂石墨、工业碳酸钙和助熔剂硼砂粒径均小于0.125mm。
其中，所述步骤(1.1)中球磨机的料球比为1:2，球磨介质为高铝球。
其中，所述加热炉的烧成温度制度为：
(6.1)、加热炉以8℃/min的速率从室温升到650℃左右，保温10min 左右，然后以6℃/min的升温速率升到900℃，保温20min左右；
(6.2)、加热炉再以2℃/min左右的升温速率升到烧成温度1170℃，保温50min左右。
烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料，其抗压强度5.7MPa，吸水率0.6％，导热系数在0.12W/(M·K)。
实施例6：一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：
(1.1)、称取陶瓷抛磨废料55％和高炉矿渣35％份，用球磨机进行干磨 5h；
(1.2)、向球磨机中添加发泡剂石墨1％、工业碳酸钙4％，助熔剂硼砂5％，球磨2h后过筛备用；
(1.3)、将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；
(1.4)、烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料。
其中，所述步骤(1.2)发泡剂石墨、工业碳酸钙和助熔剂硼砂粒径均小于0.125mm。
其中，所述步骤(1.1)中球磨机的料球比为1:2，球磨介质为高铝球
其中，所述加热炉的烧成温度制度为：
(6.1)、加热炉以10℃/min的速率从室温升到650℃左右，保温10min 左右，然后以8℃/min的升温速率升到900℃，保温20min左右；
(6.2)、加热炉再以2℃/min左右的升温速率升到烧成温度1170℃，保温50min左右。
烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料，其抗压强度6.4MPa，吸水率0.5％，导热系数在0.11W/(M·K)。
具体的，本发明采取复合发泡剂，石墨、工业碳酸钙、陶瓷抛磨废料中含有的Si-C相及树脂(抛磨陶瓷砖的磨具磨损引入)均具有发泡功能，在不同温度下烧成产生气体，优点在于有利于获得成孔均匀、闭孔率高的发泡体, 同时避免了单一发泡剂放气温度范围较窄，易造成气孔合并长大缺点，引入助熔剂硼砂能降低最低共融点温度，使原料在较低的温度下共熔，从而达到制备发泡陶瓷的条件，也有利于坯体软化和烧成发泡相匹配，形成结构均匀的封闭多孔体。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1.1)、称取陶瓷抛磨废料50％-60％和高炉矿渣30％-40％份，用球磨机进行干磨5h-6h；
(1.2)、向球磨机中添加发泡剂石墨0.5％-2％、工业碳酸钙2％-4％，助熔剂硼砂4％-6％，球磨2h后过筛备用；
(1.3)、将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；
(1.4)、烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于：所述的陶瓷抛磨废料按质量百分比含SiO2 66～68％、Al2O3 15～17％、MgO3.5～5.5％、CaO1.5～2％、Na2O 2.5～3.5％、K 2O 2～3％、Fe2O3 0.8～1.1％和余量杂质。
3.根据权利要求1所述的一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于：所述步骤(1.2)发泡剂石墨、工业碳酸钙和助熔剂硼砂粒径均小于0.125mm。
4.根据权利要求1所述的一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，所述步骤(1.1)中球磨机的料球比为1:2，球磨介质为高铝球。
5.根据权利要求1所述的一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，步骤(1.4)中的加热炉内排布有水冷管组。
6.根据权利要求1所述的一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于,所述加热炉的烧成温度制度为：
(6.1)、加热炉以8-10℃/min的速率从室温升到650℃左右，保温10min左右，然后以6-8℃/min的升温速率升到900℃，保温20min左右；
(6.2)、加热炉再以2-3℃/min左右的升温速率升到烧成温度1150-1180℃，保温50min左右。
7.根据权利要求6所述的一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法,其特征在于：所述步骤(6.2)中制得的发泡陶瓷材料抗压强度大于5MPa，吸水率小于1％，导热系数在0.05-0.12W/(M·K)。
8.根据权利要求1所述的一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法,其特征在于：所述陶瓷抛磨废料的物相主要有石英相和莫来石相且存在少量的Si-C相及树脂。
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