CN102295471B

CN102295471B - 一种采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料及其制备方法

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Publication number: CN102295471B
Application number: CN201110164668.6A
Authority: CN
Inventors: 张传镁; 甘伟; 徐城坤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: CN102295471A

Abstract

本发明公开了一种采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料，它由以下重量百分比的原料加水混合后，经压坯成型、高温发泡膨化而成：抛光瓷渣60％～100％、掺合料0％～40％。本发明还公开了该发泡陶瓷材料的制备方法。本发明提供的发泡陶瓷材料不但能作为现有泡沫材料的替代品，而且它还能具有较好的防火性能和隔热性能，且制造成本低。

Description

一种采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种发泡材料，尤其涉及一种采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷工业生产中会产生大量的陶瓷固体废渣，其中，以建筑陶瓷厂在瓷质砖抛光过程中排出的抛光瓷渣的量最大。例如：广东省佛山地区有大型建筑陶瓷厂300多家，各类生产线共有2000多条，瓷渣年排放量在400万吨以上。其中，一条瓷板抛光生产线所产生的废渣量约6～8吨/日，以往处理这些瓷渣多采用堆放填埋的方式。目前，积累的抛光瓷渣已超过1000万吨，不仅占用了大量的堆放场地，造成污染，也影响企业的扩大再生产。在瓷质砖的打磨和抛光工序中产生的这种抛光瓷渣采用流水冲排，抛光瓷渣中含有大量水分，在相当长的时间里不能得到干燥，不仅破坏堆放地区的土壤环境，致使土地长期无法得到利用，而且在雨天被雨水冲刷流入农田破坏农作物生长，或者流入河流、池塘、农田和沟渠，造成圩积埯埋和堵塞。即使抛光瓷渣得到干燥，但是由于这些抛光瓷渣的颗粒相当小，干燥后呈松散粉末状，容易造成粉尘飞扬污染空气和环境。

随着陶瓷工业的发展，在广东的清远、三水、高明等地以及山东、福建、湖南、江西等省新建了不少的陶瓷厂，抛光瓷渣排放量日益增大，将占用和破坏更多的土地，因此抛光瓷渣的处理和利用已成为亟需解决的问题。

发泡材料为含有无数微小气孔的材料，目前，建筑工程和保温隔热工程中常采用以下轻质发泡材料：

1.有机发泡材料:如聚苯泡沫板、聚氯乙烯发泡保温板、聚氨酯发泡胶等。这类发泡材料存在易燃烧，在高温下放出有毒气体等问题。

2.无机发泡材料，无机发泡材料分为以下几种：

① 高温无机发泡材料：如粘土陶粒、泡沫玻璃和泡沫陶瓷等，这类高温无机发泡材料是利用铁粉、碳化硅等作为发泡剂，并在1000℃左右高温下形成的具有强度的泡沫材料。

② 膨胀珍珠岩、膨胀页岩等：利用珍珠岩和页岩等天然原料经煅烧制备而成的发泡材料，是利用在煅烧时珍珠岩和页岩等天然原料中释放出结晶水或放出CO2等气体而在天然原料中形成气孔；

③ 泡沫水泥和泡沫石膏：是在常温下以水泥、石膏等凝胶材料为基料加入泡沫形成泡沫水泥和泡沫石膏；

④ 加气混凝土等：利用石灰、水泥、砂、矿渣粉等为基料加入铝粉在碱性条件下放出氢气形成气孔，并在180~200℃蒸压条件下固化产生强度形成的。

上述无机发泡材料消耗较多宝贵天然资源，如珍珠岩、松脂岩，并使得产品的成本高。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料，该发泡陶瓷材料不但能作为现有泡沫材料的替代品，而且它还能具有较好的防火性能和隔热性能，且制造成本低。

本发明的目的之二是提供上述采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料的制备方法。

本发明的第一个目的是通过以下技术措施来实现的：一种采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料，其特征是，它由以下重量百分比的原料加水混合后，经压坯成型、高温发泡膨化而成：

抛光瓷渣 60%~100% 掺合料 0%~40%。

在本发明中推荐所加的水的重量占所述原料干料总重量的6%~12%。

本发明采用的抛光瓷渣为陶瓷工业生产线中采用金刚砂抛光磨头进行抛光工艺所排出的粉状废渣，抛光瓷渣的粒度为0.15～50μm，其平均粒度约10μm，中间粒度约为8.8μm。其主要的化学成分见表1，本发明人经研究发现，在抛光瓷渣中包含陶瓷板和抛光用金刚砂磨头的成分，其中抛光用的金刚砂磨头的成分为氯氧镁水泥（MgO、MgCl₂）、环氧树脂、填料和金刚砂（SiC）。本发明中仅利用抛光瓷渣中的SiC为发泡剂，无需另外再加入其它发泡剂即能满足本发明抛光瓷渣发泡的需求，在抛光瓷渣中的SiC在高温条件外部融熔状态下，放出CO₂，在熔融物料中形成大量的独立、微小气泡，且气泡之间不连通，使所得的发泡陶瓷材料具有低密度、低吸水率和高隔热保温的性能。同时由于抛光瓷渣含有的磨头成分中的镁元素，在高温下使物料形成复合陶瓷，可改善发泡材料的韧性，使发泡陶瓷材料具有较高强度和可切割加工性等的优点。

本发明所述的掺合料可选择采用瓷土粉(或称陶瓷工业废渣)、陶瓷破碎粉以及炉渣灰中的一种或两种以上的混合物，用于稀释SiC含量、调整发泡陶瓷材料的膨化温度和膨化时间，以便调整发泡陶瓷材料中孔洞大小和发泡陶瓷材料的密度。通过试验表明，掺合料含Fe₂O₃不大于2%为好，过大易出现不均匀大气孔现象。瓷土粉、陶瓷破碎粉掺量越大，发泡陶瓷材料的密度、强度增大；炉渣灰掺量越大，发泡陶瓷材料的膨化时间短，泡孔大、变形大。

本发明所述的瓷土粉由将陶瓷工业中的瓷土废渣去除杂质，均化成粉状得到，其粒度在0.0625mm以内，而所述的陶瓷工业中瓷土废渣是指瓷泥等外品、或洗泥过程中排出的泥浆等未经煅烧的瓷泥废料。所述的陶瓷破碎粉由陶瓷成品或半成品的破碎废渣，经清除杂物，粉磨而成，其粒径在0.01~0.125mm范围内。

本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的：一种本发明上述采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1) 瓷渣预处理：收集陶瓷工业生产线中采用金刚砂抛光磨头进行抛光工艺所排出的抛光瓷渣浆，然后进行去杂、脱水、干燥和粉碎的处理，使抛光瓷渣形成细粉料；

(2) 原料计量：按本发明上述各原料的重量百分比进行原料计量称重；

(3) 配料：将步骤(2)中已计量的各原料混合均匀得拌合料，然后加入水进行搅拌混合，使之形成一定湿度的松散、均匀的湿拌合料；

(4) 坯料成型：将步骤(3) 的湿拌合料输送至成型机压制成型，得成型坯料；

(5) 烧成：将步骤(4)的成型坯料在堆码小车上垛码，在隧道窑中进行干燥、预热、焙烧膨化，然后出窑冷却降温，得到发泡陶瓷材料。

配料时的用水量对坯料成型影响较大，水量少成型时坯易破碎，水量多拌合料易结块、坯易开裂。而用水量又常根据原料、配比、气候和成型压力等因素而定，因此本发明所述步骤(3)加入的最佳用水量占原料干料总重量的6～12%。

坯料成型的压力对最终的发泡产品的密度、强度和膨胀均匀性等性能有影响，在实际操作中可以调整成型压力，以适应不同的产品要求，但考虑到保持后续的烧成工序的工艺条件的稳定，在本发明中所述步骤(4)中坯料成型的压力推荐为5~15MPa。

本发明中所述步骤(4)中成型坯料应利于稳定堆垛，厚度以不大于50mm为宜，为了使坯料在焙烧过程中内外能较快达到一致温度，坯料内部可设置空腔，以便为坯料的膨胀预留空间，有利于热传递和膨胀。因此，本发明所述的坯料推荐制成中空坯料或者是多孔坯料，例如采用挤出机成型的空心砖形状或条板状坯料；或者采用压机压制成型的多孔砖、砌块形状或板、块状的坯料。

本发明中所述的步骤(5)中坯料的焙烧膨化是在隧道窑中先在200~950℃预热区中预热，再进入焙烧区在950~1100℃进行焙烧膨化，总时间在2~12小时范围内。预热时间，对于最后的产品是破碎型轻集料时，预热时间可加速，缩短为1~2小时；对于最后的产品是规整外形、或者尺寸较大产品时，需要注意防止开裂变形，预热时间为5~11小时为宜。焙烧膨化时间，约8~30分钟。

所得发泡陶瓷材料的形状由坯料形状而定，有块状、片状、砖状、多孔状等或经加工成所需形状；还可以将发泡陶瓷材料破碎加工得到碎石状、砂状的轻集料。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

⑴ 变废为宝：本发明采用的抛光瓷渣的主要成分为硅和铝的氧化物，性能稳定，可取代砂、粘土、灰砂、陶土等作为主要原料，制成的各种板、块状发泡陶瓷材料和轻集料可用于隔热保温、轻质混凝土、墙材领域。抛光瓷渣的重新利用，能有效地解决因其填埋堆放占用的土地和各种环境污染问题，特别是大量使用抛光瓷渣制作发泡陶瓷材料，短期内能有效地消除抛光瓷渣的污染，不但不必投入处理抛光瓷渣的费用，而且还能使其产生经济效益，一举两得。

⑵ 发泡陶瓷材料质轻、防火性能高、隔热性好、强度高：本发明利用抛光瓷渣中的SiC为发泡剂，SiC在高温外部融熔状态下，放出CO₂，形成独立、微小气泡，且气泡之间不连通，使发泡陶瓷材料内部具有大量微小不连通的孔洞，从而大大降低了发泡陶瓷材料的密度，其密度在300~800kg/m³。根据上述原理从而使本发明的发泡陶瓷材料具有吸水率低、隔热保温性能好、不易燃烧、耐酸碱腐蚀的特性，是理想的保温隔热材料和建筑用轻集料。由于抛光瓷渣中含有镁元素，在高温下形成复合陶瓷，从而改善了发泡陶瓷材料的韧性，使发泡陶瓷材料具有较高强度和可切割加工性等优点。发泡陶瓷材料可以取代EPS等有机保温隔热材料，以及取代膨胀珍珠岩，玻化微珠，粘土陶粒等无机材料，用于保温隔热、建筑节能、轻质砼和轻质砂浆等领域。

⑶ 节约能耗、降低成本：抛光瓷渣为陶瓷工业废渣，量多易得，呈松散块粉状，只需要普通搅拌机进行搅拌即可粉碎，不需球磨机进行磨细或粉碎机破碎，节约了加工能耗，采用隧道窑生产的工艺及设备进行连续生产，余热利用率高，产量大，环保治理效果好，节约投资。而且由于废渣掺量大，还降低了生产成本。

⑷ 节约天然资源：由于可以取代膨胀珍珠岩，玻化微珠，粘土陶粒等无机材料，用于保温隔热和轻质砼，轻质砂浆，可以节约珍珠岩和松脂岩等天然资源。

具体实施方式

以下结合实施例和对比例对本发明进行阐述，然而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例。所属技术领域的普通技术人员依据本发明公开的内容，均可实现本发明的目的。

以下各实施例中发泡陶瓷材料的生产线采用隧道窑的生产线即可，坯料成型机采用冲压或挤压式成型机，搅拌机采用双轴搅拌机或行星式搅拌机，输送采用螺旋输送机或皮带机。

实施例一

原料干料(重量百分比)：

抛光瓷渣 100%。

制备方法：

(2) 原料计量：按上述原料的重量百分比进行抛光瓷渣的计量称重；

(3) 配料：在步骤(2)中的抛光瓷渣，然后加入用量为原料干料总重量的7%的水进行搅拌混合，使之形成松散、均匀的含水量为7%的湿拌合料；

(4) 坯料成型：将步骤(3) 的湿拌合料送进搅拌机中进行搅拌、分散成松散料后，用螺旋输送机或皮带机输送至成型机，用约5Mpa的压力压制成型，得成型坯料；

(5) 烧成：将步骤(4)的成型坯料在堆码小车上垛码，在隧道窑中先在200~950℃预热区中预热2.5小时，再进入焙烧区在950~1050℃进行焙烧、膨化30分钟，总时间约为3小时，然后立刻出窑自然或人工冷却降温，得到发泡陶瓷材料。

发泡陶瓷材料经破碎成破碎状轻集料：最大粒径为15mm，密度为380kg/m³，导热系数0.10w/m·k，筒压强度1.2MPa。

实施例二

原料(重量百分比)：

抛光瓷渣 80% 炉渣粉20%。

制备方法：

(1)原料预处理：

①抛光瓷渣的预处理：收集陶瓷工业生产线中采用金刚砂抛光磨头进行抛光工艺排出的抛光瓷渣浆，然后进行去杂、脱水、干燥和粉碎的处理，使抛光瓷渣形成细粉料；

②炉渣粉的预处理：将炉渣粉碎成粒径为0.125~0.5mm左右的炉渣粉，所述炉渣为燃煤炉或煤转气炉排出的炉渣，含煤量约12%；

(3) 配料：在步骤(2)中的抛光瓷渣，然后加入用量为原料干料总重量的6%的水进行搅拌混合，使之形成松散、均匀的含水量为6%的湿拌合料；

(4) 坯料成型：将步骤(3) 的湿拌合料送进搅拌机中进行搅拌、分散成松散料后，用皮带机输送至成型机，用约5Mpa的压力压制成型，得成型坯料；

(5) 烧成：将步骤(4)的成型坯料在堆码小车上垛码，在隧道窑中先在200~950℃预热区中预热1.5小时，再进入焙烧区在950~1100℃进行焙烧、膨化30分钟，总时间为约2小时，然后出窑自然或人工冷却降温，得到发泡陶瓷材料。

发泡陶瓷材料经破碎成破碎状发泡陶瓷轻集料：最大粒径为25mm，密度为280kg/m³，导热系数0.08w/m·k，筒压强度0.8MPa。

实施例三

原料(重量百分比)：

抛光瓷渣 70% 瓷土粉30%。

制备方法：

(1) 原材料预处理：

①抛光瓷渣的预处理：收集陶瓷工业生产线中采用抛光用的金刚砂磨头进行的抛光工艺环节排出的抛光瓷渣浆，然后进行去杂、脱水、干燥和粉碎的处理，使抛光瓷渣形成细粉料；

②瓷土粉的预处理：将收集的陶瓷工业中瓷土废渣去除砂粒或杂质，均化成粉状得到瓷土粉，所述的陶瓷工业中瓷土废渣是指瓷泥等外品、或洗泥过程中排出的泥浆等未经煅烧的瓷泥废料；

(2) 原料计量：按上述原料的重量百分比进行抛光瓷渣和掺合料的计量称重；

(3) 配料：将步骤(2)中已计量的各原料混合均匀得拌合料，然后加入用量为原料干料总重量的12%的水进行搅拌混合，使之形成松散、均匀的含水量为12%的湿拌合料；

(4) 坯料成型：将步骤(3) 的湿拌合料送进搅拌机中进行搅拌、分散成松散料后，用皮带机输送至成型机，用约10Mpa的压力压制成型，得成型坯料；

(5) 烧成：将步骤(4)的成型坯料在堆码小车上垛码，在隧道窑中先在200~950℃预热区中预热7.5小时，再进入焙烧区在950~1100℃进行焙烧、膨化30分钟，总时间为8小时，然后立刻出窑自然或人工冷却降温，得到发泡陶瓷材料。

将所得发泡陶瓷材料加工切削成发泡陶瓷板(300mm×300mm×30mm)：密度450kg/m³，导热系数0.13w/m·k，30mm立方体抗压强度2.5MPa。

实施例四

原料(重量份)：

抛光瓷渣 80% 陶瓷破碎粉20%。

制备方法：

(1) 原材料预处理：

①收集陶瓷工业生产线中采用抛光用的金刚砂磨头进行的抛光工艺环节排出的抛光瓷渣浆，然后进行去杂、脱水、干燥和粉碎的处理，使抛光瓷渣形成细粉料；

② 陶瓷破碎粉是陶瓷成品或半成品的破碎废渣，经清除杂物，粉磨至粒径为0.01~0.125mm的粉末；

(3) 配料：将步骤(2)中已计量的各原料混合均匀得拌合料，然后加入用量为原料干料总重量的8%的水进行搅拌混合，使之形成松散、均匀的含水量为8%的湿拌合料；

(4) 坯料成型：将步骤(3) 的湿拌合料送进搅拌机中进行搅拌、分散成松散料后，用螺旋输送机输送至成型机，用约10Mpa的压力压制成型，得成型坯料；

(5) 烧成：将步骤(4)的成型坯料在堆码小车上垛码，在隧道窑中先在200~950℃预热区中预热9.5小时，再进入焙烧区在950~1100℃进行焙烧、膨化30分钟，总时间约为10小时，然后立刻出窑自然或人工冷却降温，得到发泡陶瓷材料。

将所得发泡陶瓷材料加工切削成300mm×300mm×30mm发泡陶瓷板：密度400kg/m³，导热系数0.11w/m·k，30mm立方体抗压强度2.0MPa。

实施例五

原料(重量百分比)：

抛光瓷渣 60% 炉渣粉15% 瓷土粉25%。

制备方法：

(3) 配料：将步骤(2)中已计量的各原料混合均匀得拌合料，然后加入用量为原料干料总重量的10%的水进行搅拌混合，使之形成松散、均匀的含水量为10%的湿拌合料；

(4) 坯料成型：将步骤(3) 的湿拌合料送进搅拌机中进行搅拌、分散成松散料后，用皮带机输送至成型机，用约15Mpa的压力压制成型，得成型坯料；

(5) 烧成：将步骤(4)的成型坯料在堆码小车上垛码，在隧道窑中先在200~950℃预热区中预热11.5小时，再进入焙烧区在950~1100℃进行焙烧、膨化30分钟，总时间为12小时，然后立刻出窑自然或人工冷却降温，得到发泡陶瓷材料。

将所得发泡陶瓷材料加工切削成厚度为30mm发泡陶瓷板：密度550kg/m³，导热系数0.14w/m·k，30mm立方体抗压强度4.0MPa。

Claims

1.一种采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料，其特征是，它由以下重量百分比的原料加水混合后，压坯成型，置于隧道窑中经高温焙烧膨化而成：

抛光瓷渣 100% ，所述的水的重量占所述原料干料总重量的6%~12%，

将上述原料加水而得的湿拌合料输送至成型机压制得成型坯料后，放在堆码小车上垛码，然后送入隧道窑中进行干燥，先在200~950℃预热区中预热，再进入焙烧区在950~1100℃进行焙烧膨化，总时间为2~12小时，其中焙烧膨化时间为8~30分钟，然后出窑冷却降温，得到发泡陶瓷材料。

2.一种采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料，其特征是，它由以下重量百分比的原料加水混合后，压坯成型，置于隧道窑中经高温焙烧膨化而成：

抛光瓷渣 60%~100%，但不包括100%

炉渣灰 0%~40%，但不包括零；

所述的水的重量占所述原料干料总重量的6%~12%；

3. 一种权利要求1或2采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(2) 原料计量：按所述各原料的重量百分比进行原料计量称重；

(3) 配料：将步骤(2)中已计量的各原料混合均匀得拌合料，然后加入占原料干料总重量的6～12%的水进行搅拌混合，使之形成松散、均匀的湿拌合料；

(5) 烧成：将步骤(4)的成型坯料在堆码小车上垛码，送入隧道窑中进行干燥、先在200~950℃预热区中预热，再进入焙烧区在950~1100℃进行焙烧膨化，总时间为2~12小时，其中焙烧膨化时间为8~30分钟，然后出窑冷却降温，得到发泡陶瓷材料。

4. 根据权利要求3所述的采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中坯料成型的压力为5~15MPa，所述坯料的厚度在50mm以内。

5. 根据权利要求3所述的采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料的制备方法，其特征是，所述步骤(5)中，当发泡陶瓷材料为破碎型轻集料时，预热时间为1~1.5小时。

6. 根据权利要求3所述的采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料的制备方法，其特征是，所述步骤(5)中，当发泡陶瓷材料为规整外形、或者尺寸较大产品时，预热时间为5~11小时。

7. 根据权利要求3或4或5或6所述的采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中坯料内部设置有空腔，以便为坯料的膨胀预留空间，有利于热传递和膨胀。

8. 根据权利要求7所述的采用抛光瓷渣为主料制成的发泡陶瓷材料的制备方法，其特征是，所述的坯料为中空坯料或者是多孔坯料。