CN108546144A - 一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法。该方法以陶瓷抛光渣、城市污泥、矿山尾矿、建筑废弃物为主要原料，辅以助剂和发泡剂，通过料浆配制、注模成型和烧成等工艺，制备一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。本发明工艺简单，生产成本低，制备周期短，适合产业化生产。制备的陶瓷具有孔隙率高、容重低、机械强度高、吸音性能优良等特点，是一种优良的环保型高强度多孔吸音材料。
Description
技术领域
本发明涉及多孔陶瓷材料领域，具体涉及一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法。
背景技术
随着社会的高速发展，噪声污染日趋严重，已成为环境治理过程中的热点问题之一。采用多孔吸音陶瓷是一种有效的噪声治理手段，但是现有的多孔吸音陶瓷存在机械强度比较低、吸音性能不高等缺点，大大限制了其推广应用。
目前已有申请CN 104671821 A公开了“一种低成本多孔陶瓷吸音材料及其制备工艺”，但是该材料一方面抗压强度只有5.43MPa，易变形、易开裂，另一方面其原料含有氢氧化钠溶液，有强烈腐蚀性，危害环境。申请CN 106316140 A公开了“一种高强度电气工程消声材料的制备方法”，其原料添加了莫来石纤维，成本贵又不环保，易造成粉尘污染，同时其抗压强度也只有4～6MPa，在生产、加工过程中易于破损，良品率低。申请CN 105565783 A公开了“一种氧化铝多孔泡沫陶瓷吸声材料的制备方法”，其原料为氧化铝，成本高，还有其抗压强度为4～8MPa，力学性能也比较低。申请CN 105174999 A“一种多孔陶瓷吸声材料及其制备方法”，其原料包括章村土，白胶泥，成本高，并且其抗压强度也仅有7MPa，力学性能仍然比较低。
因此，开发一种利用固体废弃物制备环保型高强度多孔吸音陶瓷技术，具有十分重要的社会意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法。该多孔吸音陶瓷具有孔隙率高、容重低、机械强度高、吸音性能优良等特点，能够解决城市街道、高速公路和地铁的噪音污染问题。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现。
一种环保型高强度多孔吸音陶瓷，该环保型高强度多孔吸音陶瓷由以下质量份数的原料制备得到：陶瓷抛光废渣0～50份、城市污泥0～20份、矿山尾矿0～20份、建筑废弃物0～50份、助剂0～10份和发泡剂0～20份，水30～120份。
优选的，所述助剂包括增强剂、增粘剂、增稠剂、助磨剂、分散剂和润滑剂中的一种或几种。
进一步优选的，所述助剂包括羧甲基纤维素钠、三聚磷酸钠、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或几种。
优选的，所述发泡剂为金属粉末和合金粉末中的一种或几种。
进一步优选的，所述发泡剂为铝粉、铝硅合金粉、铝镁合金粉和镁粉中的一种或几种。
制备以上所述的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷的方法，包括以下步骤：
(1)料浆配制：将预处理后的陶瓷抛光废渣、城市污泥、矿山尾矿、建筑废弃物中的一种或几种，辅以助剂和发泡剂，加水混合，用球磨机球磨，制得料浆；
(2)注模成型：将步骤(1)得到的陶瓷料浆注入模具内，在20～100℃条件下保温发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体；
(3)烧成：将步骤(2)所得到的坯体，在900～1400℃下烧成，保温后，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
优选的，步骤(2)中，所述保温发泡的时间为0.1～36小时。
优选的，步骤(3)中，所述保温的时间为0.5～48小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明工艺简单，生产成本低，制备周期短，适合产业化生产。
(2)本发明以金属粉末或合金粉末为发泡剂，具有双重优势。一方面在发泡温度下，其在呈碱性的料浆中反应生成大量气泡，使得料浆体积膨胀；另一方面，其在高温烧成中被氧化，有利于莫来石晶相的生长，提高陶瓷的强度。
(3)本发明制备的环保型高强度多孔吸音陶瓷，抗压强度为33～45MPa，力学性能优良，和现有技术相比，具有显著进步。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器设备未注明生产厂商者，均为可以通过市售渠道购买的常规产品。
实施例1
本实施例的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法，它包括以下步骤:
(1)原料预处理：将陶瓷抛光废渣、城市污泥、矿山尾矿、建筑废弃物分别烘干24小时，然后球磨过30目筛；
(2)配料：将步骤(1)中的原料按重量份配比进行称量配料，该原料的配料比例为：陶瓷抛光废渣40份、城市污泥13份、矿山尾矿10份、建筑废弃物20份、聚乙二醇2份和200目的铝粉15份，水100份；
(3)球磨：将步骤(2)配制好的原料，加入球磨机中，以100r/min球磨4小时，制得料浆；
(4)注模成型：将步骤(3)得到的料浆注入模具内，再将模具置于温度60℃的烘箱中保温8小时，进行发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体。
(5)烧成：将步骤(4)得到的坯体，以5℃/min的升温速率升温到1200℃，保温2小时，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
实施例2
本实施例的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法，它包括以下步骤:
(1)原料预处理：将陶瓷抛光废渣、矿山尾矿、建筑废弃物分别烘干24小时，然后球磨过30目筛；
(2)配料：将步骤(1)中的原料按重量份配比进行称量配料，该原料的配料比例为：陶瓷抛光废渣50份、矿山尾矿20份、建筑废弃物10份、羧甲基纤维素钠5份和325目的铝硅合金粉15份，水120份；
(3)球磨：将步骤(2)配制好的原料，加入球磨机中，以100r/min球磨4小时，制得料浆；
(4)注模成型：将步骤(3)得到的料浆注入模具内，再将模具置于温度80℃的烘箱中保温6小时，进行发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体。
(5)烧成：将步骤(4)得到的坯体，以5℃/min的升温速率升温到1100℃，保温12小时，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
实施例3
本实施例的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法，它包括以下步骤:
(1)原料预处理：将陶瓷抛光废渣、城市污泥、建筑废弃物分别烘干24小时，然后球磨过30目筛；
(2)配料：将步骤(1)中的原料按重量份配比进行称量配料，该原料的配料比例为：陶瓷抛光废渣32份、城市污泥20份、建筑废弃物30份、聚乙二醇8份和200目的铝粉10份，水80份；
(3)球磨：将步骤(2)配制好的原料，加入球磨机中，以100r/min球磨4小时，制得料浆；
(4)注模成型：将步骤(3)得到的料浆注入模具内，再将模具置于温度40℃的烘箱中保温30小时，进行发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体。
(5)烧成：将步骤(4)得到的坯体，以5℃/min的升温速率升温到1300℃，保温1小时，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
实施例4
本实施例的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法，它包括以下步骤:
(1)原料预处理：将陶瓷抛光废渣、城市污泥、矿山尾矿分别烘干24小时，然后球磨过30目筛；
(2)配料：将步骤(1)中的原料按重量份配比进行称量配料，该原料的配料比例为：陶瓷抛光废渣30份、城市污泥19份、矿山尾矿30份、三聚磷酸钠1份和200目的镁粉20份，水60份；
(3)球磨：将步骤(2)配制好的原料，加入球磨机中，以100r/min球磨4小时，制得料浆；
(4)注模成型：将步骤(3)得到的料浆注入模具内，再将模具置于温度20℃的烘箱中保温36小时，进行发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体。
(5)烧成：将步骤(4)得到的坯体，以5℃/min的升温速率升温到900℃，保温48小时，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
实施例5
本实施例的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法，它包括以下步骤:
(1)原料预处理：将城市污泥、矿山尾矿、建筑废弃物分别烘干24小时，然后球磨过30目筛；
(2)配料：将步骤(1)中的原料按重量份配比进行称量配料，该原料的配料比例为：城市污泥15份、矿山尾矿20份、建筑废弃物50份、聚乙烯醇5份和400目的铝粉10份，水100份；
(3)球磨：将步骤(2)配制好的原料，加入球磨机中，以100r/min球磨4小时，制得料浆；
(4)注模成型：将步骤(3)得到的料浆注入模具内，再将模具置于温度50℃的烘箱中保温24小时，进行发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体。
(5)烧成：将步骤(4)得到的坯体，以5℃/min的升温速率升温到1300℃，保温4小时，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
实施例6
本实施例的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法，它包括以下步骤:
(1)原料预处理：将陶瓷抛光废渣、建筑废弃物分别烘干24小时，然后球磨过30目筛；
(2)配料：将步骤(1)中的原料按重量份配比进行称量配料，该原料的配料比例为：陶瓷抛光废渣40份、建筑废弃物40份、聚乙二醇5份和500目的铝镁合金粉15份，水40份；
(3)球磨：将步骤(2)配制好的原料，加入球磨机中，以100r/min球磨4小时，制得料浆；
(4)注模成型：将步骤(3)得到的料浆注入模具内，再将模具置于温度90℃的烘箱中保温1小时，进行发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体。
(5)烧成：将步骤(4)得到的坯体，以5℃/min的升温速率升温到1100℃，保温24小时，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
实施例7
本实施例的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法，它包括以下步骤:
(1)原料预处理：将陶瓷抛光废渣、城市污泥、矿山尾矿、建筑废弃物分别烘干24小时，然后球磨过30目筛；
(2)配料：将步骤(1)中的原料按重量份配比进行称量配料，该原料的配料比例为：陶瓷抛光废渣30份、城市污泥15份、矿山尾矿15份、建筑废弃物30份、聚乙二醇8份、200目的铝粉1份和200目的铝硅合金粉1份，水30份；
(3)球磨：将步骤(2)配制好的原料，加入球磨机中，以100r/min球磨4小时，制得料浆；
(4)注模成型：将步骤(3)得到的料浆注入模具内，再将模具置于温度100℃的烘箱中保温0.1小时，进行发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体。
(5)烧成：将步骤(4)得到的坯体，以5℃/min的升温速率升温到1400℃，保温0.5小时，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
实施例8
本实施例的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法，它包括以下步骤:
(1)原料预处理：将陶瓷抛光废渣、城市污泥、矿山尾矿、建筑废弃物分别烘干24小时，然后球磨过30目筛；
(2)配料：将步骤(1)中的原料按重量份配比进行称量配料，该原料的配料比例为：陶瓷抛光废渣30份、城市污泥15份、矿山尾矿10份、建筑废弃物20份、聚乙二醇5份、三聚磷酸钠5份和200目的铝粉15份，水80份；
(3)球磨：将步骤(2)配制好的原料，加入球磨机中，以100r/min球磨4小时，制得料浆；
(4)注模成型：将步骤(3)得到的料浆注入模具内，再将模具置于温度70℃的烘箱中保温10小时，进行发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体。
(5)烧成：将步骤(4)得到的坯体，以5℃/min的升温速率升温到1000℃，保温36小时，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
实施例9
本实施例的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法，它包括以下步骤:
(1)原料预处理：将陶瓷抛光废渣、城市污泥、矿山尾矿、建筑废弃物分别烘干24小时，然后球磨过30目筛；
(2)配料：将步骤(1)中的原料按重量份配比进行称量配料，该原料的配料比例为：陶瓷抛光废渣40份、城市污泥15份、矿山尾矿15份、建筑废弃物20份、羧甲基纤维素钠3份、聚乙二醇2份、和200目的铝粉5份，水100份；
(3)球磨：将步骤(2)配制好的原料，加入球磨机中，以100r/min球磨4小时，制得料浆；
(4)注模成型：将步骤(3)得到的料浆注入模具内，再将模具置于温度80℃的烘箱中保温12小时，进行发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体。
(5)烧成：将步骤(4)得到的坯体，以5℃/min的升温速率升温到1200℃，保温1小时，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
实施例10
本实施例的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷及其制备方法，它包括以下步骤:
(1)原料预处理：将陶瓷抛光废渣、城市污泥、矿山尾矿、建筑废弃物分别烘干24小时，然后球磨过30目筛；
(2)配料：将步骤(1)中的原料按重量份配比进行称量配料，该原料的配料比例为：陶瓷抛光废渣40份、城市污泥10份、矿山尾矿10份、建筑废弃物20份、羧甲基纤维素钠3份、聚乙二醇2份、200目的铝粉10份和200目的镁粉5份，水110份；
(3)球磨：将步骤(2)配制好的原料，加入球磨机中，以100r/min球磨4小时，制得料浆；
(4)注模成型：将步骤(3)得到的料浆注入模具内，再将模具置于温度60℃的烘箱中保温24小时，进行发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体。
(5)烧成：将步骤(4)得到的坯体，以5℃/min的升温速率升温到1200℃，保温8小时，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
经测试，由实施例1～10制得的环保型高强度多孔吸音陶瓷的各项性能如表1所示。
表1
表1结果显示，本发明制备的环保型高强度多孔吸音陶瓷的容重0.59～0.78g/cm3、孔隙率60～70％、抗压强度33～45MPa、2000Hz以下的平均吸音系数大于0.4，是一种优良的环保型高强度多孔吸音材料。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，在未背离本发明的精神实质与原理下所作的任何改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种环保型高强度多孔吸音陶瓷，其特征在于，该环保型高强度多孔吸音陶瓷由以下质量份数的原料制备得到：陶瓷抛光废渣0~50份、城市污泥0~20份、矿山尾矿0~20份、建筑废弃物0~50份、助剂0~10份、发泡剂0~20份和水30~120份。
2.根据权利要求1所述的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷，其特征在于，所述助剂包括增强剂、增粘剂、增稠剂、助磨剂、分散剂和润滑剂中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷，其特征在于，所述助剂包括羧甲基纤维素钠、三聚磷酸钠、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷，其特征在于，所述发泡剂为金属粉末和合金粉末中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷，其特征在于，所述发泡剂为铝粉、铝硅合金粉、铝镁合金粉和镁粉中的一种或几种。
6.制备权利要求1-5任一项所述的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）料浆配制：将预处理后的陶瓷抛光废渣、城市污泥、矿山尾矿、建筑废弃物中的一种或几种，辅以助剂和发泡剂，加水混合，用球磨机球磨，制得料浆；
（2）注模成型：将步骤（1）得到的料浆注入模具内，在20~100 ℃条件下保温发泡，然后干燥成型，脱模获得坯体；
（3）烧成：将步骤（2）所得到的坯体在900~1400℃下烧成，保温后，随炉冷却得到一种环保型高强度多孔吸音陶瓷。
7.根据权利要求6所述的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述保温发泡的时间为0.1~36小时。
8.根据权利要求6所述的一种环保型高强度多孔吸音陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述保温的时间为0.5~48小时。
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