CN110713377B

CN110713377B - 一种利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO2系泡沫陶瓷的方法

Info

Publication number: CN110713377B
Application number: CN201911189229.3A
Authority: CN
Inventors: 孙红娟; 郑文苗; 彭同江
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2039-11-28
Also published as: CN110713377A

Abstract

本发明提供了一种利用石棉尾矿制备CaO‑MgO‑SiO₂系泡沫陶瓷的方法。所述方法包括步骤：将石棉尾矿在650～950℃的温度下焙烧处理，得到焙烧混合物；将焙烧混合物与辅助原料混合后粉磨，得到素坯粉体；将素坯粉体与粘接剂混合均匀后造粒，得到素坯颗粒体，所述粘接剂包括淀粉、聚乙烯醇和羧甲基纤维素中的一种或两种的水悬浊液或溶液；将素坯颗粒体压制成型，得到素坯；将素坯加热至600～850℃并保温，以去除素坯中的挥发组分，然后再加热至1050～1250℃，以使素坯膨胀成孔，冷却，得到泡沫陶瓷。本发明的有益效果包括：能够实现对尾矿废渣的低成本、高利用率和高附加值利用。

Description

一种利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO2系泡沫陶瓷的方法

技术领域

本发明涉及无机非金属功能材料制备领域，具体地，涉及一种利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法。

背景技术

石棉尾矿是温石棉尾矿产开采和选矿过程中产生的尾渣，每生产1吨温石棉约产生20～30吨石棉尾矿。石棉尾矿的堆存不仅占用大量土地，造成资源的浪费，而且其中石棉纤维对环境和人类健康也会产生危害。废玻璃是一种重要的固体废物，据统计中国每年废玻璃的产量超过320万吨，仅有10％的玻璃废弃物被回收利用。因此，对石棉尾矿和废玻璃进行利用对资源和环境保护具有重要意义。

泡沫陶瓷是一种新型的轻质功能材料，具有一定尺寸和数量的孔隙结构，结合了多孔材料的高比表面积和陶瓷材料的物理、化学稳定性。泡沫陶瓷由大量晶粒及大量开放的三维连通气孔构成，从而赋予其良好的过滤性能，具备化学稳定性好、孔隙率高且孔径均匀可控、强度高、热稳定性好、比表面积大、再生性强等优点。广泛应用于热绝缘体、隔音材料、热障涂层、轻质保温材料、催化剂载体和生物材料等方面。

现有的泡沫陶瓷生产工艺主要包括：颗粒堆积法、有机泡沫浸渍法、凝胶注模法、直接发泡法和添加造孔剂法。其中，有机泡沫浸渍法需要有机添加剂作为形成多孔的模板，再于高温下将模板烧除，这将导致能量消耗和环境问题。凝胶注模法利用有机单体的原位聚合来稳定泡沫，工艺简单、灵活且可制备形状复杂的泡沫陶瓷材料，但该工艺由于使用的单体具有毒性而一致未被工业采用。颗粒堆积法利用微细颗粒易于烧结的特点，在骨料中加入相同组分的微细颗粒，在一定温度下熔融将大颗粒连接在一起，该工艺制备的样品孔隙率较低，孔径的大小与骨料粒径成正比。直接发泡法通过用泡沫稳定剂将空气引入浆料，经干燥、烧结制成多孔材料，但是存在干燥处理流程复杂和样品易碎裂的缺点。

大多数泡沫陶瓷是通过在原料中添加造孔剂经粉末烧结法制成，造孔剂高温分解释放出气体，经受热膨胀后停留或逸散出坯体从而形成孔洞，可制备形状复杂的泡沫陶瓷制品，孔隙率较高且工艺简单。但是，对不同组分的原料所需造孔剂的种类和用量的选择是非常困难的。此外，对于泡沫陶瓷，孔隙的存在往往会导致样品力学性能降低，从而难以制备高孔隙率和高力学性能兼备的样品。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，以实现石棉尾矿和废玻璃的废物利用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法。所述方法可包括以下步骤：将石棉尾矿在650～950℃的温度下焙烧处理，得到焙烧混合物；将焙烧混合物与辅助原料混合后粉磨，得到素坯粉体，所述焙烧混合物在素坯粉体中的质量分数为30～70％；将素坯粉体与粘接剂混合均匀后造粒，得到素坯颗粒体，所述粘接剂包括淀粉、聚乙烯醇和羧甲基纤维素中的一种或两种的水悬浊液或溶液；将素坯颗粒体压制成型，得到素坯；将素坯加热至600～850℃并保温，以去除素坯中的挥发组分，然后再加热至1050～1250℃，以使素坯膨胀成孔，冷却，得到泡沫陶瓷。

在本发明的一个示例性实施例中，所述方法不添加发泡剂和造孔剂。

在本发明的一个示例性实施例中，所述焙烧处理的时间可为30～90min。

在本发明的一个示例性实施例中，所述辅助原料可包括废玻璃、高岭土、膨润土、钾长石、霞石、珍珠岩、石英砂、硼砂中的至少一种。

在本发明的一个示例性实施例中，所述素坯粉体的粒度可不大于80μm。

在本发明的一个示例性实施例中，所述粘接剂的加入量可为素坯粉体质量的3～5％。

在本发明的一个示例性实施例中，所述素坯颗粒体的粒度可不大于2mm。

在本发明的一个示例性实施例中，所述将素坯颗粒体压制成型可包括步骤：

将素坯颗粒体平铺于模具中，在20～100Mpa的压力下保压2～20s，脱模后得到素坯。

在本发明的一个示例性实施例中，以5～10℃/min的升温速率将所述素坯加热至600～850℃。

在本发明的一个示例性实施例中，以3～5℃/min的升温速率再加热至 1050～1250℃。

在本发明的一个示例性实施例中，所述加热至600～850℃后的保温时间可为30～60min，所述加热至1050～1250℃后的保温时间可为30～90min。

在本发明的一个示例性实施例中，所述泡沫陶瓷的孔隙率可为32.56～ 78.48％，抗压强度可为14.21～86.56Mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：本发明工艺简便、易于控制，可以实现对石棉尾矿废渣以及废玻璃的低成本、高利用率和高附加值利用，同时，制备得到的泡沫陶瓷产品具有良好的性能。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明一个示例性实施例中的利用石棉尾矿制备 CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法的一个流程示意图；

图2示出了本发明一个示例性实施例中的石棉尾矿焙烧混合物的一个 XRD图；

图3示出了本发明示例1中制备得到的CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的一个XRD图；

图4示出了本发明示例1中制备得到的CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的一个SEM图；

图5示出了本发明示例2中制备得到的CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的一个XRD图；

图6示出了本发明示例2中制备得到的CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的一个SEM图；

图7示出了本发明示例3中制备得到的CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的一个XRD图；

图8示出了本发明示例3中制备得到的CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的一个SEM图；

图9示出了本发明示例4中制备得到的CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的一个XRD图；

图10示出了本发明示例4中制备得到的CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的一个SEM图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法。

本发明提供了一种利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法。

在本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，所述方法可以包括以下步骤：

S01：将石棉尾矿进行焙烧处理，得到焙烧混合物。

在本实施例中，石棉尾矿可以包括温石棉尾矿。进一步地，石棉尾矿可以包括按照质量分数计的：40～50％MgO、30～50％SiO₂、8～15％CaO、5～ 12％Fe₂O₃、0.5～1.2％Al₂O₃、0.1～0.3％K₂O、0.1～0.2％MnO和0.02～0.08％ BaO，余量可以为烧失量，例如烧失量可以为12.46～15.65％，烧失量主要是石棉尾矿中的挥发组分，可包括吸附水、羟基结构水。在制坯之前对石棉尾矿进行焙烧处理以去除挥发组分，使石棉完成去纤维化以利于后续粉磨的均匀混合和反应，同时避免挥发组分的逸出对产品的空隙结构产生的影响。

在本实施例中，焙烧处理的温度可以为650～950℃，例如：800℃，当温度低于650℃时，石棉尾矿中存在的挥发组分不能够完全排除，如蛇纹石等物相可能未完全脱除羟基，未排除的挥发组分在素坯热处理的过程中逸出会对产品结构产生影响，同时，石棉尾矿的纤维结构不能够完全被破坏，将会使得粉磨时难以与辅助原料充分混合均匀；当温度高于950℃时，已经能够达到焙烧的目的，再提高温度、会使能耗过高。焙烧处理的时间可以为30～ 90min，例如：50min，当时间低于30min时，石棉尾矿中的挥发组分无法完全去除，将会对后续原料均匀混合反应以及烧制的样品空隙结构产生影响，当时间大于90min时，已经能够达到进行焙烧的目的，再延长焙烧时间、会使能耗过高。

在本实施例中，如图2所示，焙烧混合物可以包括镁橄榄石、赤铁矿和非晶质组分，其中，非晶质组分可包括方镁石和生石灰；焙烧混合物可以包括按照质量分数计的：40～75％镁橄榄石、15～40％赤铁矿和8～25％非晶质组分。

S02：将焙烧混合物与辅助原料混合后粉磨，得到素坯粉体。

在本实施例中，所述焙烧混合物在素坯粉体中的质量分数可以为30～ 70％，焙烧混合物主要以镁橄榄石耐高温物相为主，其在泡沫陶瓷成型过程中，低熔点废玻璃在以镁橄榄石为中心骨架的颗粒之间形成封闭气体的玻璃熔体网络并包封着坯体间隙中的气体，随着温度升高，气体膨胀推动熔体薄膜体积不断变大，最终导致样品成孔。当焙烧混合物的含量低于30％时，在高温成孔阶段难以形成骨架作用，当含量高于70％时，素坯加热时难以形成充分的封闭玻璃熔体网络，将会影响孔隙的形成。所述辅助原料可以包括在素坯粉体中按照质量分数计的15～50％废玻璃，在泡沫陶瓷成型的过程中，低熔点废玻璃在以镁橄榄石为中心骨架的颗粒之间形成封闭气体的玻璃熔体网络并包封着坯体间隙中的气体，随着温度升高，气体膨胀推动熔体薄膜体积不断变大，最终导致样品成孔。当废玻璃的含量低于15％时，难以形成充分的封闭玻璃熔体网络，当废玻璃的含量高于50％时，在高温成孔阶段、镁橄榄石不足以形成骨架作用。在本发明提供的废玻璃的质量分数范围内，随着废玻璃含量的增加、产品孔隙率增加。所述辅助原料还包括在素坯粉体中按照质量分数计的如下成分中的至少一种：0～15％高岭土、0～15％膨润土、 0～12％钾长石、0～12％霞石、0～8％珍珠岩、0～5％石英砂和0～3％硼砂。例如，辅助原料可以包括按照质量分数计的：50％焙烧混合物、35％废玻璃、 5％高岭土、3％膨润土、2％钾长石、2％霞石、1％珍珠岩、1％石英砂和1％硼砂。进一步地，高岭土和膨润土可以只选用其中一种，钾长石和霞石可以只选用其中一种。废玻璃可以包括按照质量分数计的：45～80％SiO₂、10～ 28％CaO、3～10％Na₂O、1～5％MgO、0.5～1.6％Al₂O₃、0.2～0.8％Fe₂O₃和 0.06～0.25K₂O，余量可以为烧失量，例如烧失量可以为0.05～0.38％。

在本实施例中，添加高岭土或膨润土均可以提高产品的粘性和可塑性，添加钾长石和霞石均可降低产品的烧结温度，添加硼砂可以降低产品的烧结温度、使坯体在较低温度下即可烧结形成高强度的泡沫陶瓷骨架结构，添加珍珠岩和石英砂可以提高产品的烧结温度范围。

在本实施例中，所述素坯粉体的粒度可以不大于80μm，进一步地，可以为10～80μm，例如50μm。

S03：将素坯粉体与粘接剂混合均匀后造粒，得到素坯颗粒体。

在本实施例中，所述粘接剂可以包括淀粉、聚乙烯醇和羧甲基纤维素中的一种或两种的水悬浊液或溶液，选用上述粘接剂的原因包括：上述粘接剂均为有机物，其在低温条件下(400℃以下)即可完全分解为气体，由于粘接剂的分解温度远低于坯体中的废玻璃熔融温度和坯体的烧结温度，因此粘接剂分解形成的气体可以通过坯体内部孔隙逸散出去，不会对坯体高温成孔过程产生影响。所述粘接剂的加入量可以为素坯粉体质量的3～5％，当粘接剂的加入量低于3％时、得到的素坯颗粒体易碎，当粘接剂的加入量高于5％时、坯体在加热过程中易产生排胶导致素坯颗粒体的崩裂问题。

在本实施例中，造粒的方法可以包括干法旋造粒和造浆喷雾造粒。

在本实施例中，所述素坯颗粒体的粒径可以不大于2mm，进一步地，可以为0.5～2mm，例如1mm，素坯颗粒体的粒度对样品的烧结效果具有影响，粒度越小，烧结温度越低，有利于样品的致密化烧结，反之、则不利于样品的烧结。

S04：将素坯颗粒体压制成型，得到素坯。

在本实施例中，可以选择的是将素坯颗粒体平铺于成型模具中，采用坯体成型压力机干压，在20～100Mpa的压力下保压2～20s，脱模后得到素坯。其中，当压力低于20Mpa时、成型的素坯强度小、易碎，当压力高于100Mpa 时、压力过大、超过素坯可承受载荷也将导致素坯碎裂；当保压时间低于2s 时、素坯难以成型，当时间高于20s时、时间过长、成本增加。

S05：将素坯加热至600～850℃并保温，以去除挥发组分，然后再加热至1050～1250℃，以膨胀成孔，自然冷却，得到泡沫陶瓷。在高温条件下，低熔点废玻璃在以镁橄榄石为中心骨架的颗粒之间形成封闭气体的玻璃熔体网络，并包封着坯体间隙中的气孔，随着温度升高，气体膨胀推动熔体薄膜体积不断变大，最终导致产品成孔。第一段加热是为了充分排除坯体内的可挥发组分，排除其对最终产品结构性能产生影响，当温度低于600℃时，挥发组分无法完全排除，温度该与950℃时，超过废玻璃熔融温度将导致坯体挥发组分被截留于坯体内部，无法排除。第二段加热是为了坯体的高温自膨胀成孔，当温度低于1050℃时，废玻璃难以熔融形成封闭的熔体网络，不利于坯体膨胀成孔，当温度高于1250℃时，坯体会产生过烧现象，对产品结构不利。

在本实施例中，以5～10℃/min的升温速率将所述素坯加热至600～850℃并保温30～60min，3～5℃/min的升温速率再加热至1050～1250℃并保温 30～90min，在低温阶段产品中热应力对产品结构影响较小，而在高温阶段产品中热应力对产品结构影响较大，因此在低温阶段采用较快的升温速率可节省时间降低能耗，在高温阶段采用较慢的升温速率可降低产品内部的热应力，避免产品由于应力过大导致断裂，在本发明提供的高温阶段的温度范围内，烧结温度的升高有利于提高孔径大小。

在本实施例中，所述制备过程中不添加发泡剂和造孔剂，所述制备得到的泡沫陶瓷可以包括板状体产品，其表面可以为不透水釉质层、背面可以为粗糙面，使产品具有装饰、密水密气的功能，无需贴面或涂覆处理即可达到施工装修要求，可降低施工难度、节省施工成本。主要性能参数可以包括：体密度为0.75～2.65g/cm³、孔隙率为32.56～78.48％、抗压强度为14.21～ 86.56Mpa、导热系数为1.08～5.45W/(m²·K)、孔径可以为30～1600μm，进一步地，孔隙率可以为32.56～56.7％、抗压强度可以为46.7～86.56Mpa，再进一步的，孔隙率可以为77～78％。

在本实施例中，制备得到的泡沫陶瓷的物相构成可以包括：

(1)镁橄榄石和透辉石，其中，镁橄榄石和透辉石的质量比可以为48～ 72：25～60；

另外，物相(1)的泡沫陶瓷可由按质量份计48～72份镁橄榄石和25～ 60份透辉石构成；

制备得到的泡沫陶瓷的物相构成还可以包括按照质量分数计的：

(2)35～60％镁橄榄石(主晶相)、15～38％透辉石(副晶相)和12～ 30％镁黄长石(副晶相)；

另外，物相(2)的泡沫陶瓷可由按质量份计35～60份镁橄榄石(主晶相)、15～38份透辉石(副晶相)和12～30份镁黄长石(副晶相)构成；

或(3)35～50％镁黄长石(主晶相)、20～45％镁橄榄石(副晶相)和 15～35％钙镁橄榄石(副晶相)；

另外，物相(3)的泡沫陶瓷可由按质量份计35～50份镁黄长石(主晶相)、20～45份镁橄榄石(副晶相)和15～35份钙镁橄榄石(副晶相)构成；

或(4)28～50％石英(主晶相)、20～38％顽火辉石(主晶相)、15～30％镁橄榄石(副晶相)和12～20％钙镁橄榄石(副晶相)；

另外，物相(4)的泡沫陶瓷可由按质量份计28～50份石英(主晶相)、 20～38份顽火辉石(主晶相)、15～30份镁橄榄石(副晶相)和12～20份钙镁橄榄石(副晶相)构成。

其中，物相构成(1)的泡沫陶瓷的制备原料可以包括按照质量分数计的如下成分：45～60％石棉尾矿焙烧混合物、15～38％废玻璃、5～12％高岭土或膨润土、3～10％钾长石或霞石、2～8％珍珠岩、2～5％石英砂和1～3％硼砂。

物相构成(2)的泡沫陶瓷的制备原料可以包括按照质量分数计的如下成分：38～55％焙烧混合物、20～40％废玻璃、5～15％高岭土或膨润土、3～8％钾长石或霞石、2～6％珍珠岩、2～5％石英砂和1～3％硼砂。

物相构成(3)的泡沫陶瓷的制备原料可以包括按照质量分数计的如下成分：30～48％焙烧混合物、25～40％废玻璃、3～15％高岭土或膨润土、3～8％钾长石或霞石、2～6％珍珠岩、2～5％石英砂和1～3％硼砂。

物相构成(4)的泡沫陶瓷的制备原料可以包括按照质量分数计的如下成分：50～70％焙烧混合物、18～35％废玻璃、3～15％高岭土或膨润土、3～8％钾长石或霞石、2～6％珍珠岩、3～5％石英砂和1～3％硼砂。

在本实施例中，制备得到的泡沫陶瓷可以包括按照质量分数计的：

35～48％SiO₂、28～40％MgO、8～20％CaO、5～12％Fe₂O₃、3～12％Al₂O₃、 3～8％Na₂O、2～5％B₂O₃、2～4％K₂O、0.5～1％MnO和0.02～0.08％BaO。

另外，制得的泡沫陶瓷可由按质量份计35～48份SiO₂、28～40份MgO、 8～20份CaO、5～12份Fe₂O₃、3～12份Al₂O₃、3～8份Na₂O、2～5份B₂O₃、 2～4份K₂O、0.5～1份MnO、0.02～0.08份BaO构成。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面接合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

原料构成：48％石棉尾矿焙烧混合物、28％废玻璃、8％高岭土或膨润土、 6％钾长石或霞石、5％珍珠岩、3％石英砂、硼砂2％。

制备过程：

(1)将焙烧混合物与辅助原料配合后粉磨，得到素坯粉体，所述素坯粉体的粒度75μm。

(2)将素坯粉体与粘接剂混合均匀后造粒，得到素坯颗粒体，所述粘接剂包括淀粉、聚乙烯醇和羧甲基纤维素中的一种或两种的水悬浊液或溶液，造粒的方法包括干法旋转造粒和造浆喷雾造粒，所述素坯颗粒体的粒径平均为1.5mm。

(3)将素坯颗粒体平铺于成型模具中，采用坯体成型压力机干压成型，得到素坯，干压成型的压力为80Mpa，保压时间为10s。

(4)将泡沫陶瓷置于隧道窑中进行分段加热处理，随窑降温冷却取出后进行切边后获得泡沫陶瓷制品。热处理方法为：在隧道窑内，从室温开始以 8℃/min的升温速率将所述素坯加热至800℃，保温30min，再以4℃/min的升温速率继续加热至1200℃，保温60min，然后自然冷却，得到泡沫陶瓷。

获得的泡沫陶瓷的结构和性能：

如图3所示，本示例中的泡沫陶瓷产品的物相组成包括镁橄榄石和透辉石。其中，镁橄榄石(主晶相)和透辉石(副晶相)的质量分数分比为65％和35％；

体密度为1.98g/cm³、孔隙率72.05％、抗压强度75Mpa、导热系数3.56W/ (m²·K)。

如图4所示，本示例中所述的泡沫陶瓷内部具有孔径大小不一的孔隙结构，且主要以闭气孔为主，平均孔径大小为350μm左右。

示例2

原料构成：45％焙烧混合物、32％废玻璃、10％高岭土或膨润土、5％钾长石或霞石、3％珍珠岩、3％石英砂、2％硼砂。

制备过程：

获得的泡沫陶瓷的结构和性能：

如图5所示，本示例中的泡沫陶瓷产品的物相组成包括镁橄榄石、透辉石和镁黄长石。其中，镁橄榄石(主晶相)、透辉石(副晶相)和镁黄长石(副晶相)的质量分数分比为55％、25％和20％；

体密度为2.32g/cm³、孔隙率72.26％、抗压强度73.51Mpa、导热系数3.98 W/(m²·K)。

如图6所示，本示例中所述泡沫陶瓷内部孔隙结构大小较为均匀，且主要以闭气孔为主，平均孔径大小为208μm左右。

示例3

原料构成包括按照质量分数计的：45％焙烧混合物、28％废玻璃、8％高岭土或膨润土、8％钾长石或霞石、6％珍珠岩、3％石英砂、2％硼砂。

制备过程：

获得的泡沫陶瓷的结构和性能：

如图7所示，本示例中的泡沫陶瓷产品的物相组成包括镁黄长石、镁橄榄石和钙镁橄榄石。其中，镁黄长石(主晶相)、镁橄榄石(副晶相)和钙镁橄榄石(副晶相)的质量分数分比为42％、38％和20％；

体密度为1.68g/cm³、孔隙率72.65％、抗压强度70.85Mpa、导热系数3.58 W/(m²·K)。

如图8所示，本示例中所述泡沫陶瓷内部孔隙结构大小较为均匀，绝大部分为闭气孔，平均孔径大小为420μm左右。

示例4

原料构成包括按照质量分数计的：60％焙烧混合物、18％废玻璃、8％高岭土或膨润土、5％钾长石或霞石、4％珍珠岩、3％石英砂、2％硼砂。

制备过程：

获得的泡沫陶瓷的结构和性能：

如图9所示，本示例中的泡沫陶瓷产品的物相组成包括镁橄榄石、顽火辉石、钙镁橄榄石和石英。其中，镁橄榄石(主晶相)、顽火辉石(主晶相)、钙镁橄榄石(副晶相)和石英(副晶相)的质量分数分比为40％、25％、20％和15％；

体密度为2.20g/cm³、孔隙率61.85％、抗压强度82.12Mpa、导热系数5.21W/ (m²·K)。

如图10所示，本示例中所述泡沫陶瓷内部孔隙结构大小不一，在大孔之间的孔壁上存在小尺寸的气孔，整体平均孔径大小为320μm左右。

综上所述，本发明的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法的优点可包括：

(1)本发明将作为危险固体废弃物的石棉尾矿经焙烧处理后进行了转相，制备过程中石棉纤维在焙烧处理过程中分解为无害的橄榄石和非晶态组分，且焙烧处理过程和泡沫陶瓷的烧制过程中无有害气体排放，整个生产过程无三废排放，满足绿色制造工艺技术要求。

(2)本发明制备泡沫陶瓷采用板状坯体进行热处理和烧结膨胀生产工艺，产生膨胀后无需锯切制成板材，缩短了工艺流程和工艺环节，降低了生产能耗。

(3)经热处理烧结和膨胀的板状体产品表面为釉质层，具有装饰、密水密气功能，无需贴面或涂覆处理即可达到施工装修要求，可降低施工难度，节省施工成本，且使用过程中安全性高。

(4)制备过程中无需添加造孔剂和发泡剂，直接利用不同固体废物和辅助原料在高温下原位烧结和晶化反应，自膨胀成孔。彻底解决了泡沫陶瓷传统制备方法中对造孔剂和发泡剂种类和用量选择的问题。

(5)本发明的制备方法对泡沫陶瓷制品的孔隙率、孔径大小和机械强度等可进行灵活的调控，且各项性能均可满足建筑用轻质保温材料的要求。具体来讲，体密度可以为0.75～2.65g/cm³、孔隙率可以为32.56～78.48％、抗压强度可以为14.21～86.56Mpa、导热系数可以为1.08～5.45W/(m²·K)、孔径可以为30～1600μm。尤其是，体密度可以为1.5～2.4g/cm³、孔隙率可以为 60～80％、抗压强度可以为60～80Mpa、导热系数可以为2～4W/(m²·K)且平均孔径可以200～400μm。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims

1.一种利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将石棉尾矿在650～950℃的温度下焙烧处理，得到焙烧混合物；

将焙烧混合物与辅助原料混合后粉磨，得到素坯粉体，所述焙烧混合物在素坯粉体中的质量分数为30～70%，所述辅助原料包括在素坯粉体中按照质量分数计的15～50%废玻璃；

将素坯粉体与粘接剂混合均匀后造粒，得到素坯颗粒体，所述粘接剂包括淀粉、聚乙烯醇和羧甲基纤维素中的一种或两种的水悬浊液或溶液；

将素坯颗粒体压制成型，得到素坯；

将素坯加热至600～850℃并保温，以去除素坯中的挥发组分，然后再加热至1050～1250℃，以使素坯膨胀成孔，冷却，得到泡沫陶瓷；

所述方法不添加发泡剂和造孔剂。

2.根据权利要求1所述的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述废玻璃包括按照质量分数计的：45～80% SiO₂、10～28%CaO、3～10%Na₂O、1～5%MgO、0.5～1.6%Al₂O₃、0.2～0.8%Fe₂O₃和0.06～0.25K₂O，余量为烧失量。

3.根据权利要求1所述的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述辅助原料还包括高岭土、膨润土、钾长石、霞石、珍珠岩、石英砂、硼砂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述素坯粉体的粒度不大于80μm。

5.根据权利要求1所述的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述粘接剂的加入量为素坯粉体质量的3～5%。

6.根据权利要求1所述的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述素坯颗粒体的粒度不大于2mm。

7.根据权利要求1所述的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述将素坯颗粒体压制成型包括步骤：

8.根据权利要求1所述的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，其特征在于，以5～10℃/min的升温速率将所述素坯加热至600～850℃。

9.根据权利要求1所述的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，其特征在于，以3～5℃/min的升温速率再加热至1050～1250℃。

10.根据权利要求1所述的利用石棉尾矿制备CaO-MgO-SiO₂系泡沫陶瓷的方法，其特征在于，所述泡沫陶瓷的孔隙率为32.56～78.48%，抗压强度为14.21～86.56MPa。