CN107586102A - 一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷，按如下重量百分比的组分组成：花岗岩废料70.0‑85.0％，陶土尾矿2.0‑8.0％，废瓷粉4.0‑14.5％，粘土3.0‑10.0％，高温发泡剂0.5‑3.0％；还公开了花岗岩废石粉泡沫陶瓷的制备方法。本发明工艺简单、生产成本低，制备的泡沫陶瓷密度小、导热系数低、强度高，同时具有显著的抗老化、耐腐蚀、隔热保温、隔音吸音、防水防火、绿色环保的优异性能，适用于建筑保温领域；本发明中直接将混合料置于耐火材料模具中即可送入高温炉中煅烧，制得花岗岩废石粉泡沫陶瓷，简化了成型工艺，提高了工作效率，同时适于大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于多孔陶瓷技术领域，具体涉及一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷及其制备方法。
背景技术
泡沫陶瓷是一种体积密度小、气孔率高、具有三维网络结构的新型多孔陶瓷材料，具有质轻、强度高、耐腐蚀及良好的机械强度和过滤性能等特点，可广泛用于催化剂载体、过滤材料、热交换材料、洗车尾气净化器及建筑保温材料等。日本、德国及美国等发达国家早在20世纪70年代就已经开始泡沫陶瓷的研制工作，并相继在汽车尾气、治金工业熔融金属夹杂质过滤及催化剂载体等方面获得了应用。我国也在20世纪80年代中期开始了相关研究工作，制备的泡沫陶瓷在高温熔融金属、汽车尾气净化、建筑保温等领域具有广泛的应用。
花岗岩是一种深成酸性火成岩，二氧化硅含量高，主要由石英、长石和少量云母等矿物组成，具有不易风化、硬度高和耐磨损的特点，广泛用于建筑装饰、地面石料及雕刻用材等领域。然而在石材加工过程产生了大量的废石粉，废料的大量排放和堆积严重污染了环境，同时造成资源浪费。根据花岗岩的成分特点，配以Al2O3与Fe2O3含量较高的原料可以生产陶瓷制品。利用花岗岩废石粉代替天然资源生产泡沫陶瓷，不仅实现了花岗岩废料的资源化综合利用，而且有利于泡沫陶瓷制品的推广应用，具有显著的经济和社会效益。
现有技术专利CN 102344280 B公开了利用花岗岩废料生产陶瓷制品的方法，该专利的采用花岗岩废料为原材料，使用量仅为20-40％，废料的利用率极低，且成型工艺采用传统可塑法或注浆法成型坯体，经修整、干燥、施釉后，高温烧成，制得陶瓷制品；成型工艺复杂，工作效率低，不适合大规模生产。专利CN 106187087 A公开了基于花岗岩尾矿的饰面复合发泡陶瓷及其制备方法，该专利成型工艺需用压力喷雾干燥塔对浆料进行干燥造粒，得到一定细度的空心球状发泡陶瓷前体料，然后再进行烧制，不仅工艺复杂而且制得的饰面复合发泡陶瓷体积密度较大，在300-800kg/m3之间，不符合轻质保温的要求。
发明内容
本发明旨在提供一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷及其制备方法，本发明工艺简单、生产成本低，制备的泡沫陶瓷密度小、导热系数低、强度高，同时具有显著的抗老化、耐腐蚀、隔热保温、隔音吸音、防水防火、绿色环保的优异性能，适用于建筑保温领域。
本发明通过如下的技术方案实现的，本发明提供一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷，按如下重量百分比的组分组成：
花岗岩废料70.0-85.0％，陶土尾矿2.0-8.0％，废瓷粉4.0-14.5％，粘土 3.0-10.0％，高温发泡剂0.5-3.0％。
花岗岩是一种深成酸性火成岩，二氧化硅含量高，主要由石英、长石和少量云母等矿物组成，具有不易风化、硬度高和耐磨损的特点，广泛用于建筑装饰、地面石料及雕刻用材等领域。然而，在石材加工过程产生了大量的废石粉废料，废料的大量排放和堆积严重污染了环境，同时造成资源浪费。本发明将花岗岩废料制备成泡沫陶瓷，实现了花岗岩废料的资源化综合利用，具有显著的经济和社会效益。
本申请中花岗岩废料的使用量为70.0-85.0％，显著提高了废料的利用率；同时消耗了陶土尾矿和废瓷粉等废弃物，环境效益更加显著；使用了高温发泡剂，使得制备的泡沫陶瓷为多孔结构，且大多数为闭合气孔，气孔率高、密度小、导热系数低、隔热保温效果显著。
作为优选，所述花岗岩废石粉泡沫陶瓷按如下重量百分比的组分组成：
花岗岩废料75.0-85.0％，陶土尾矿2.0-6.0％，废瓷粉7.0-12.0％，粘土 3.0-5.0％，高温发泡剂2.0-3.0％。
上述配比制备的利用花岗岩废料为原料的泡沫陶瓷，体积密度为200-250 kg/m3、导热系数为0.07-0.08W/(m·k)、表面吸水率为2.7-2.8％、抗拉强度为2.1-2.7MPa、抗压强度为2.6-3.4MPa、防火等级为A级，为较优选的配比范围。
更有选的，所述花岗岩废石粉泡沫陶瓷按如下重量百分比的组分组成：
花岗岩废料85.0％，陶土尾矿2.0％，废瓷粉7.0％，粘土3.0％，碳粉3.0％。
上述配比制备的利用花岗岩废料为原料的泡沫陶瓷，体积密度为250kg/m3、导热系数为0.08W/(m·k)、表面吸水率为2.7％、抗拉强度为2.7MPa、抗压强度为3.4MPa、防火等级为A级，此方案为最优方案。
作为优选，所述高温发泡剂为碳化硅粉、铁矿粉、碳粉、碳酸钙、硫酸铝中的一种或多种任意比混合。
一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
S1：将花岗岩废料、陶土尾矿、废瓷粉、粘土和高温发泡剂按照配方组成称重配料并预混，随后将预混料和水按比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛；
S2：将混合均匀的球磨料置于耐火材料模具中并送入高温炉中煅烧，煅烧后随炉冷却，制得花岗岩废石粉泡沫陶瓷。
作为优选，步骤S1中，按照质量比为：预混料：水＝1：1的比例球磨，制得球磨料。
作为优选，步骤S2中，所述球磨料在高温炉中的煅烧温度为1050-1250℃，煅烧时间10-30min。
现有技术中，利用发泡法制备的发泡陶瓷，普遍存在体积密度大、导热系数低及防火等级达不到A级等问题，且以花岗岩废料为原料开展的综合利用大都需要滚压或模压成型，工艺复杂。本发明中直接将混合料置于耐火材料模具中即可送入高温炉中煅烧，制得花岗岩废石粉泡沫陶瓷。简化了成型工艺，提高了工作效率，同时适于大规模生产。同时，本工艺制备的泡沫陶瓷体积密度160-250kg/m3，轻质保温效果更加显著，且防火性能优异，防火等级达到A级。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：
1.本发明采用的原料来源广泛，尤其是以花岗岩废料为主要原料，解决了花岗岩废料堆积对环境的污染和资源浪费问题，实现了对废弃物的综合利用，降低成本、节能环保。
2.本发明制备的泡沫陶瓷为多孔结构，且大多数为闭合气孔，气孔率高、密度小(干密度160-250kg/m3)、导热系数低(0.05-0.08W/(m·k))、隔热保温效果显著。
3.本发明制备的泡沫陶瓷，表面吸水率低(小于3.1％)、阻燃防火(A级)、强度高(抗拉强度大于1.2MPa、抗压强度大于1.4MPa)、使用寿命长。
4.本发明采用的所有原料为无机材料，无化学污染，且可重复利用，废弃料重新配料后依然可以烧成。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
实施例1
一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷，按如下重量百分比的组分组成：花岗岩废料80.0％，陶土尾矿5.0％，废瓷粉4.0％，粘土10.0％，碳化硅粉1.0％。
一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
S1：首先按照配方组成称重配料并预混，随后质量比按照预混料：水＝1： 1的比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛；
S2：然后将混合均匀的球磨料置于耐火材料模具中并送入高温炉中 1100℃煅烧20min，煅烧后随炉冷却，制得花岗岩废石粉泡沫陶瓷。
本实施例制备的利用花岗岩废料为原料的泡沫陶瓷，体积密度为160 kg/m3、导热系数为0.05W/(m·k)、表面吸水率为2.9％、抗拉强度为1.3MPa、抗压强度为1.5MPa、防火等级为A级。
实施例2
一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷，按如下重量百分比的组分组成：花岗岩废料70.0％，陶土尾矿8.0％，废瓷粉14.5％，粘土7.0％，铁矿粉0.5％。
一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
S1：首先按照配方组成称重配料并预混，随后质量比按照预混料：水＝1： 1的比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛；
S2：然后将混合均匀的球磨料置于耐火材料模具中并送入高温炉中 1250℃煅烧10min，煅烧后随炉冷却，制得花岗岩废石粉泡沫陶瓷。
本实施例制备的利用花岗岩废料为原料的泡沫陶瓷，体积密度为185 kg/m3、导热系数为0.06W/(m·k)、表面吸水率为3.0％、抗拉强度为1.8MPa、抗压强度为1.9MPa、防火等级为A级。
实施例3
一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷，按如下重量百分比的组分组成：花岗岩废料85.0％，陶土尾矿2.0％，废瓷粉7.0％，粘土3.0％，碳粉3.0％。
一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
S1：首先按照配方组成称重配料并预混，随后质量比按照预混料：水＝1： 1的比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛；
S2：然后将混合均匀的球磨料置于耐火材料模具中并送入高温炉中 1050℃煅烧30min，煅烧后随炉冷却，制得花岗岩废石粉泡沫陶瓷。
本实施例制备的利用花岗岩废料为原料的泡沫陶瓷，体积密度为250 kg/m3、导热系数为0.08W/(m·k)、表面吸水率为2.7％、抗拉强度为2.7MPa、抗压强度为3.4MPa、防火等级为A级。
实施例4
一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷，按如下重量百分比的组分组成：花岗岩废料75.0％，陶土尾矿6.0％，废瓷粉12.0％，粘土5.0％，硫酸铝2.0％。
一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
S1：首先按照配方组成称重配料并预混，随后质量比按照预混料：水＝1： 1的比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛；
S2：然后将混合均匀的球磨料置于耐火材料模具中并送入高温炉中 1200℃煅烧15min，煅烧后随炉冷却，制得花岗岩废石粉泡沫陶瓷。
本实施例制备的利用花岗岩废料为原料的泡沫陶瓷，体积密度为200 kg/m3、导热系数为0.07W/(m·k)、表面吸水率为2.8％、抗拉强度为2.1MPa、抗压强度为2.6MPa、防火等级为A级。
花岗岩是一种深成酸性火成岩，二氧化硅含量高，主要由石英、长石和少量云母等矿物组成，具有不易风化、硬度高和耐磨损的特点，广泛用于建筑装饰、地面石料及雕刻用材等领域。然而，在石材加工过程产生了大量的废石粉废料，废料的大量排放和堆积严重污染了环境，同时造成资源浪费。本发明将花岗岩废料制备成泡沫陶瓷，实现了花岗岩废料的资源化综合利用，具有显著的经济和社会效益。
上述实施例中花岗岩废料的使用量最高可达85.0％，显著提高了废料的利用率；同时消耗了陶土尾矿和废瓷粉等废弃物，环境效益更加显著；使用了高温发泡剂，使得制备的泡沫陶瓷为多孔结构，且大多数为闭合气孔，气孔率高、密度小、导热系数低、隔热保温效果显著。现有技术中，利用发泡法制备的发泡陶瓷，普遍存在体积密度大、导热系数低及防火等级达不到A级等问题，且以花岗岩废料为原料开展的综合利用大都需要滚压或模压成型，工艺复杂。本发明实施例1～4中直接将混合料置于耐火材料模具中即可送入高温炉中煅烧，制得花岗岩废石粉泡沫陶瓷。简化了成型工艺，提高了工作效率，同时适于大规模生产。同时，本工艺制备的泡沫陶瓷体积密度160-250 kg/m3，轻质保温效果更加显著，且防火性能优异，防火等级达到A级。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (7)
1.一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷，其特征在于：按如下重量百分比的组分组成：
花岗岩废料70.0-85.0％，陶土尾矿2.0-8.0％，废瓷粉4.0-14.5％，粘土3.0-10.0％，高温发泡剂0.5-3.0％。
2.根据权利要求1所述的一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷，其特征在于：所述花岗岩废石粉泡沫陶瓷按如下重量百分比的组分组成：
花岗岩废料75.0-85.0％，陶土尾矿2.0-6.0％，废瓷粉7.0-12.0％，粘土3.0-5.0％，高温发泡剂2.0-3.0％。
3.根据权利要求1所述的一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷，其特征在于：所述花岗岩废石粉泡沫陶瓷按如下重量百分比的组分组成：
花岗岩废料85.0％，陶土尾矿2.0％，废瓷粉7.0％，粘土3.0％，碳粉3.0％。
4.根据权利要求1所述的一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷，其特征在于：所述高温发泡剂为碳化硅粉、铁矿粉、碳粉、碳酸钙、硫酸铝中的一种或多种任意比混合。
5.一种根据权利要求1～4任一项所述的花岗岩废石粉泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将花岗岩废料、陶土尾矿、废瓷粉、粘土和高温发泡剂按照配方组成称重配料并预混，随后将预混料和水按比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛；
S2：将混合均匀的球磨料置于耐火材料模具中并送入高温炉中煅烧，煅烧后随炉冷却，制得花岗岩废石粉泡沫陶瓷。
6.根据权利要求5所述的一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S1中，按照质量比为：预混料：水＝1：1的比例球磨，制得球磨料。
7.根据权利要求5所述的一种花岗岩废石粉泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述球磨料在高温炉中的煅烧温度为1050-1250℃，煅烧时间10-30min。
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