CN103332958B

CN103332958B - 一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷及其制备方法

Info

Publication number: CN103332958B
Application number: CN201310287030.0A
Authority: CN
Inventors: 王正旺; 饶平根; 黎友海; 李喜宏; 李良龙
Original assignee: GUANGDONG TIANBI CERAMICS Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG TIANBI CERAMICS Co Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: CN103332958A

Abstract

本发明涉及一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷及其制备方法。该方法先提取抛光砖生产线抛光段产生的抛光砖废渣浆，去杂、脱水，得到抛光砖废渣料浆；分别将上下层原料进行混合球磨，将上层和下层配方浆料干燥得上层和下层粉料；将下层粉料和上层粉料依次装入耐热模具框内，置于辊道窑内辊棒上入窑烧成，分别控制辊棒上层和辊棒下层空间烧成温度制度；自然冷却至室温，脱模得烧成制品；得到的泡沫陶瓷由一层具有互相贯通的开口气孔结构，另一层具有独立的、互不贯通的闭口气孔结构以及两层间过渡层组成的梯度孔结构的泡沫陶瓷，可用于隔热保温、吸声消音、电力防腐、脱硫等领域。

Description

一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种泡沫陶瓷及其制备方法，具体的说是以抛光砖废渣为原料制备的一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷及其制备方法，属新材料开发领域。

背景技术

近年来，我国抛光砖行业发展迅速，为社会经济发展做出了巨大贡献。然而，由于种种原因，抛光砖生产中产生的大量抛光废渣尚未有效回收利用，严重制约着建筑陶瓷行业的可持续发展。

据报道，广东省抛光砖生产企业每年产生的抛光砖废渣量已超过1000万吨，由于抛光砖废渣含有金刚砂磨块成分（主要为氯氧镁水泥(MgO、MgCl₂)、环氧树脂、填料和碳化硅颗粒），高温下易产生大量气体而发泡，致使整个行业90%以上的抛光废渣都无法循环再利用。抛光砖废渣以往所采取的填埋及堆放的处理方式不仅占用大量的堆放场地，造成环境污染，农田破坏，同时也浪费了大量宝贵的陶瓷资源。如果以抛光废渣为主要原料生产出具有保温和吸音功能的泡沫陶瓷，不仅突破了废渣难以回收再利用的窘境，实现陶瓷行业的绿色发展模式，同时可产生良好的经济效益。

不同气孔结构的泡沫陶瓷具有不同的功能（如吸音泡沫陶瓷要求具有互相贯通的开口气孔结构，而隔热保温泡沫陶瓷要求具有独立的、互不贯通的闭口气孔结构），加上陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀等优异特性，泡沫陶瓷在隔热保温、吸声消音、电力防腐、脱硫等许多领域得到广泛应用。

中国专利CN1010560112B，公开了一种高性能轻质玻化泡沫陶瓷砖及其制备工艺。该泡沫陶瓷砖以瓷石、低温砂、白云石、锂瓷石、方解石、陶瓷废弃料、碳化硅、纳米高岭土、分散剂为原料，制备了一种通体由众多独立的、互不贯通的小气泡组成的轻质玻化陶瓷砖。此发明高性能轻质玻化泡沫陶瓷砖由于气孔结构为闭合气孔，主要用于保温隔热领域。

中国专利CN1404459，公开了一种多孔吸音性陶瓷成型体及其制造方法。陶瓷成型体是由连通开孔组成的多孔吸音性陶瓷成型体，松密度为0.5～1.0，以低的成本提供了从低音区至高音区的宽音域内显示优良的吸音特性的吸音性砖和吸音性瓦等的多孔吸音性陶瓷成型体。但此成型体气孔结构为连通开孔，不具备良好的隔热保温性能。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种以抛光砖废渣为主要原料制备的兼具互相贯通的开口气孔结构和具有独立的、互不贯通的闭口气孔结构的泡沫陶瓷。

本发明另一目的在于提供一种操作简单且易于工艺控制的一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷的制备方法。

本发明利用抛光砖废渣研制出一层具有互相贯通的开口气孔结构，另一层具有独立的、互不贯通的闭口气孔结构以及两层间过渡层组成的梯度孔结构的泡沫陶瓷，这种泡沫陶瓷具有隔热保温和吸音双重功能，可广泛应用于礼堂、KTV房、会议室、影剧院等需吸音、隔热领域。本发明不仅利用了建筑陶瓷企业的抛光废渣，又大大拓展了泡沫陶瓷的应用范围。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)抛光砖废渣料浆收集：提取抛光砖生产线抛光段产生的抛光砖废渣浆，进行去杂、脱水处理，得到含水率为50～60%的抛光砖废渣料浆；

(2)混合球磨：分别将上下层原料进行混合球磨，球磨细度至250目筛余为0.1～0.3%，得到上层和下层配方料浆；以原料干重的质量百分比计，上层或下层原料的组成为：抛光砖废渣80～100%，助熔剂0～15%，高铝粘土0～10%，发泡剂0～3%；所述助熔剂为废玻璃粉或钠长石；所述高铝粘土为粘土孰料中Al₂O₃质量含量大于46%，铝硅比为0.85～2.5的粘土；所述发泡剂为废弃金刚砂磨块、废石膏、CaCO₃中的一种或多种混合物，发泡剂的粒径在325目以上；

(3)干燥：将步骤(2)中的上层和下层配方浆料干燥至含水率为6～8％的上层和下层粉料；

(4)装填：将步骤(3)中得到的下层粉料和上层粉料依次装入耐热模具框内，上、下层装填厚度比为0.8～1.2，粉料总装填量为模具容量的1/3～1/2；

(5)烧成：将已装有粉料的模具置于辊道窑内辊棒上入窑烧成，控制辊棒上层空间烧成温度制度为：1.5～3h由室温均匀升至950℃，再在3～5h由950℃均匀升至1170～1220℃，保温0.5～1h；辊棒下层空间烧成温度制度为：1.5～3h由室温均匀升至950℃，再在3～5h由950℃均匀升至1150～1200℃，保温0.5～1h；自然冷却至室温，然后脱模得烧成制品；

(6)切割：将烧成制品按要求切割为不同规格尺寸的产品，得到具有梯度孔结构的泡沫陶瓷。

优选地，所述的抛光砖废渣为采用金刚砂磨块抛光瓷质砖表面所产生的废渣，所述金刚砂磨块主要成分为氯氧镁水泥(MgO、MgCl2)、环氧树脂、填料和金刚砂(SiC)。所述耐热模具框的材料为耐热钢、重结晶碳化硅或刚玉。耐热模具框的规格优选为610mm×610mm×65mm（长×宽×厚），也可根据需求控制磨具框规格。以原料干重的质量百分比计，上层和下层原料的配方组成相同；或者是上层和下层原料的配方组成比例不同。。

一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷，由上述制备方法制得。

本发明为了实现梯度孔结构特性，在上层和下层相同或不同层粉料配方中添加助熔剂，高铝粘土（提高高温液相黏度）和发泡剂，并且控制制品在烧成阶段辊棒上下烧成温差以达到制品上下层不同温度制度，最终形成一层具有互相贯通的开口气孔结构，另一层具有独立的、互不贯通的闭口气孔结构以及两层间过渡层组成的梯度孔结构。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

（1）本发明的泡沫陶瓷材料具有一层互相贯通的开口气孔结构，另一层独立的、互不贯通的闭口气孔结构以及两层间过渡层结构，可实现具有隔热保温和吸音功能为一体的多功能泡沫陶瓷，其性能优越、应用领域广泛。

（2）本发明采用抛光砖废渣为主要原料制备多功能泡沫陶瓷，可短期内有效解决抛光砖废渣的污染，且烧成制品后续切割产生的废料可回收再利用，本发明实现了变废为宝，对建筑陶瓷工业的绿色发展具有极大意义。

（3）抛光砖废渣颗粒细小（平均粒径约10μm），原料球磨只需达到与其他原料混合的目的，球磨过程耗能低，加之所用原料主要为工业废料，泡沫陶瓷总体生产成本低廉。

（4）通过控制辊道窑辊棒上下层温度制度以实现制品上下层不同温度制度，拓宽了以往主要用于烧成墙地砖的辊道窑的用途。

附图说明

图1为本发明专利的剖视结构示意图：

图中示出：闭口气孔结构层1、开口气孔结构层2和过渡层3。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，以下结合实施例对本发明进一步阐述，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例描述的范围。

实施例1：

原料：上、下层：抛光砖废渣100%

制备方法：

(1)抛光砖废渣料浆收集：提取抛光砖生产线抛光段产生的抛光砖废渣浆，进行去杂、脱水处理，得到含水率为50wt%的抛光砖废渣料浆；

(2)球磨：将抛光砖废渣料浆球磨，球磨细度至250目筛余0.1%；

(3)干燥：将步骤(2)中浆料干燥至含水率为6～8％的粉料；

(4)装填：将步骤(3)中得到的粉料装填到610mm×610mm×65mm规格的耐热钢模具框中，粉料装填量为模具容量的1/2；

(5)烧成：将已装有粉料的模具置于辊道窑内辊棒上入窑烧成，控制辊棒上上层温度制度：1.5h内从室温匀速升温至950℃，4h内从950℃匀速升温至1170℃，最高温度保温时间为1h，总计6.5h；辊棒下层温度制度：1.5h内从室温匀速升温至950℃，4.5h内从950℃匀速升温至1150℃，最高温度保温时间为0.5h，总计6.5h，然后自然冷却至室温，脱模得烧成制品；

(6)切割：将烧成制品切割为300mm×300mm×60mm规格，也可按施工要求切割为不同规格尺寸的产品，即为所述的一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷，该泡沫陶瓷可用于隔热保温、吸声消音领域，具有隔热、吸声双重功能。

采用显微镜观察制品气孔结构，按GB/T1966-1996测试制品容重，按GB/T1964-1996测试制品抗压强度，按GB/T5990-2006测试制品导热系数，采用驻波管测试制品吸声性能，测试频率为150-4000Hz。如图1所示，所得产品上层主要为具有互相贯通的开口气孔结构层2，下层主要为具有独立的、互不贯通的闭口气孔结构层1，上下两层间为过渡层3。

通过控制温度制度进而控制高温气体产生速率及气体产生量；通过调节配方，即可控制制品高温黏度。最终由气体产生速率、气体产生量及制品高温黏度共同决定了泡沫陶瓷最终气孔结构。

泡沫陶瓷相关性能测试结果为：容重0.55g/cm³，抗压强度3.5MPa，导热系数0.15W/m·K，吸音系数为0.36。该泡沫陶瓷隔热、吸声及其他性能良好，可用于会议室、影剧院、礼堂等需隔热、吸声领域。

实施例2：

原料：

上层：抛光砖废渣80%，废玻璃10%，钠长石5%，高铝粘土3%，废弃金刚砂磨块2%

下层：抛光砖废渣90%，废玻璃3%，高铝粘土5%，废弃金刚砂磨块1%，废石膏1%

制备方法：

(1)抛光砖废渣料浆收集：提取抛光砖生产线抛光段产生的抛光砖废渣浆，进行去杂、脱水处理，得到含水率为60%的抛光砖废渣料浆；

(2)球磨：上下层分别按上述原料重量百分比配料并分别球磨至细度250目筛余0.1%，得到上层和下层配方料浆；

(3)干燥：将步骤(2)中上层和下层配方浆料干燥至含水率为7％的上层和下层粉料；

(4)装填：将步骤(3)中得到的下层粉料和上层粉料依次装入610mm×610mm×65mm规格的耐热模具框内，上、下层装填厚度比为0.8，粉料总装填量为模具容量的5/12；

(5)烧成：将已装有粉料的模具置于辊道窑内辊棒上入窑烧成，控制辊棒上上层温度制度：2h内从室温匀速升温至950℃，4.5h内从950℃匀速升温至1200℃，最高温度保温时间为0.5h，总计7h；辊棒下层温度制度：2h内从室温匀速升温至950℃，4h内从950℃匀速升温至1190℃，最高温度保温时间为1h，总计7h，然后自然冷却至室温，脱模得烧成制品；

制品测试法同实施例1。所得产品上层主要为互相贯通的开口气孔结构，下层主要为独立的、互不贯通的闭口气孔结构，泡沫陶瓷相关性能测试结果为：容重0.46g/cm³，抗压强度2.1MPa，导热系数0.14W/m·K。采用驻波管，测试频率为150-4000Hz时平均吸音系数为0.47。该泡沫陶瓷隔热、吸声及其他性能良好，可用于会议室、影剧院、礼堂等需隔热、吸声领域。

实施例3：

原料：

上层：抛光砖废渣85%，废玻璃12%，废弃金刚砂磨块2.5%，CaCO₃0.5%

下层：抛光砖废渣90%，废玻璃3%，高铝粘土5%，废弃金刚砂磨块1.5%，CaCO₃0.5%

制备方法：

(1)抛光砖废渣料浆收集：提取抛光砖生产线抛光段产生的抛光砖废渣浆，进行去杂、脱水处理，得到含水率为55%的抛光砖废渣料浆；

(2)球磨：上下层分别按上述原料重量百分比配料并球磨至细度250目筛余0.1%，得到上层和下层配方料浆；

(3)干燥：将步骤(2)中上层和下层配方浆料干燥至含水率为6％的上层和下层粉料；

(4)装填：将步骤(3)中得到的下层粉料和上层粉料依次装入610mm×610mm×65mm规格的重结晶碳化硅模具框内，上、下层装填厚度比为1.0，粉料总装填量为模具容量的1/3；

(5)烧成：将已装有粉料的模具置于辊道窑内辊棒上入窑烧成，控制辊棒上上层温度制度：3h内从室温匀速升温至950℃，4h内从950℃匀速升温至1180℃，最高温度保温时间为1h，总计8h；辊棒下层温度制度：3h内从室温匀速升温至950℃，4.5h内从950℃匀速升温至1170℃，最高温度保温时间为0.5h，总计8h，然后自然冷却至室温，脱模得烧成制品；

制品测试法同实施例1。所得产品上层主要为互相贯通的开口气孔结构，下层主要为独立的、互不贯通的闭口气孔结构，泡沫陶瓷相关性能测试结果为：容重0.40g/cm³，抗压强度1.3Mpa，导热系数0.15W/m·K。采用驻波管，测试频率为150-4000Hz时吸音系数为0.41。该泡沫陶瓷隔热、吸声及其他性能良好，可用于会议室、影剧院、礼堂等需隔热、吸声领域。

实施例4：

原料：

上层：抛光砖废渣80%，废玻璃15%，高铝粘土4%，废弃金刚砂磨块1%

下层：抛光砖废渣80%，废玻璃5%，钠长石4%，高铝粘土10%，废弃金刚砂磨块1%

制备方法：

(2)球磨：上下层分别按上述原料重量百分比配料并球磨至细度250目筛余0.3%，得到上层和下层配方料浆；

(4)装填：将步骤(3)中得到的下层粉料和上层粉料依次装入610mm×610mm×65mm规格的刚玉模具框内，上、下层装填厚度比为1.2，粉料总装填量为模具容量的1/2；

(5)烧成：将已装有粉料的模具置于辊道窑内辊棒上入窑烧成，控制辊棒上上层温度制度：1.5h内从室温匀速升温至950℃，4.5h内从950℃匀速升温至1220℃，最高温度保温时间为0.5h，总计6.5h；辊棒下层温度制度：1.5h内从室温匀速升温至950℃，4.5h内从950℃匀速升温至1200℃，最高温度保温时间为0.5h，总计6.5h，然后自然冷却至室温，脱模得烧成制品；

制品测试法同实施例1。所得产品上层主要为互相贯通的开口气孔结构，下层主要为独立的、互不贯通的闭口气孔结构，泡沫陶瓷相关性能测试结果为：容重0.36g/cm³，抗压强度0.8MPa，导热系数0.09W/m·K。采用驻波管，测试频率为150-4000Hz时吸音系数为0.45。该泡沫陶瓷隔热、吸声及其他性能良好，可用于会议室、影剧院、礼堂等需隔热、吸声领域。

Claims

1.一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)抛光砖废渣料浆收集：提取抛光砖生产线抛光段产生的抛光砖废渣浆，进行去杂、脱水处理，得到含水率为50wt％的抛光砖废渣料浆；

(2)球磨：将抛光砖废渣料浆球磨，球磨细度至250目筛余0.1％；

(3)干燥：将步骤(2)中浆料干燥至含水率为6～8％的粉料；

(6)切割：将烧成制品按施工要求切割为不同规格尺寸的产品，得具有梯度孔结构的泡沫陶瓷。

2.一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)抛光砖废渣料浆收集：提取抛光砖生产线抛光段产生的抛光砖废渣浆，进行去杂、脱水处理，得到含水率为60wt％的抛光砖废渣料浆；

(2)球磨：上下层分别按原料重量百分比配料并分别球磨至细度250目筛余0.1％，得到上层和下层配方料浆；上层原料组成为：抛光砖废渣80％，废玻璃10％，钠长石5％，高铝粘土3％，废弃金刚砂磨块2％；下层原料组成为：抛光砖废渣90％，废玻璃3％，高铝粘土5％，废弃金刚砂磨块1％，废石膏1％；

3.一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)抛光砖废渣料浆收集：提取抛光砖生产线抛光段产生的抛光砖废渣浆，进行去杂、脱水处理，得到含水率为55wt％的抛光砖废渣料浆；

(2)球磨：上下层分别按原料重量百分比配料并球磨至细度250目筛余0.1％，得到上层和下层配方料浆；上层原料组成为：抛光砖废渣85％，废玻璃12％，废弃金刚砂磨块2.5％，CaCO₃0.5％；下层原料组成为：抛光砖废渣90％，废玻璃3％，高铝粘土5％，废弃金刚砂磨块1.5％，CaCO₃0.5％；

4.一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(2)球磨：上下层分别按原料重量百分比配料并球磨至细度250目筛余0.3％，得到上层和下层配方料浆；上层原料组成为：抛光砖废渣80％，废玻璃15％，高铝粘土4％，废弃金刚砂磨块1％；下层原料组成为：抛光砖废渣80％，废玻璃5％，钠长石4％，高铝粘土10％，废弃金刚砂磨块1％；

5.一种具有梯度孔结构的泡沫陶瓷，其特征在于其由权利要求1-4任一项所述制备方法制得；所得泡沫陶瓷上层为具有互相贯通的开口气孔结构层，下层为具有独立的、互不贯通的闭口气孔结构层，上下两层间为过渡层。