CN116003114A - 一种发泡陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及危废物资源化利用技术领域，具体涉及一种发泡陶瓷材料及其制备方法。按原料重量份数计，本发明提供的发泡陶瓷材料包括以下组分：FCC废催化剂20～40份，钠长石30～50份，风积沙10～30份，滑石2～10份，碳化硅0.05～0.2份，三聚磷酸钠0.05～0.5份。以FCC废催化剂、钠长石、风积沙、滑石等为原料，按照比例加入发泡剂碳化硅和解胶剂三聚磷酸钠，经称量、球磨、干燥、布料、烧成等工艺流程制得具有多孔结构的高强度发泡陶瓷材料，解决了FCC废催化剂污染严重和现有发泡陶瓷产品韧性差、强度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及危废物资源化利用技术领域，具体涉及一种发泡陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
FCC催化剂是石油化工中加快催化裂化过程所使用的催化剂。由于该催化剂长期接触石油蒸汽而附着上V和Ni等重金属，所以失效后的FCC催化剂由于含有重金属而被列为危险废物。FCC废催化剂中含有40-60％Al2O3和30-50％SiO2，还含有2-5％La2O3和5-10％CeO2稀土元素。如果将其直接掩埋，不仅污染土壤和地下水，还造成资源浪费，如化学成分Al2O3、SiO2以及La2O3和CeO2稀土元素的浪费。所以，亟需要找到一条行之有效的技术和方法将FCC废催化剂进行资源化综合利用，既解决FCC废催化剂的污染问题，还可得到具有高经济附加值的产品。
发泡陶瓷是以固体废弃物为主要原料，加入助熔剂、发泡剂等辅助原料，经高温发泡而产生的一种新型绿色建材。发泡陶瓷具有轻质高强、防火阻燃、防水保温、隔声降噪等诸多优点，可作为内外墙板、装饰构件、雕刻艺术品等使用，具有较高的经济附加值，已应用于装配式建筑和装饰建材领域之中。但是利用FCC废催化剂为主原料制备发泡陶瓷技术鲜有报道，在CN104058594B专利中利用熔融法将原料化成玻璃再加入发泡剂制备了玻璃陶瓷，该方法存在生产温度较高、能耗高、生产周期长的缺点；专利CN110002855B中原料除FCC废催化剂外，加入大量的价格较高的Al2O3和SiO2粉作为原料，烧成温度高，烧成时间长、生产成本高，而且还加入增强剂、粘结剂等外加剂。与此同时，发泡陶瓷存在脆性大、抗折强度低的问题，制约发泡陶瓷的应用和推广。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发泡陶瓷材料及其制备方法，本发明以FCC废催化剂作为原料制备具有多孔结构的高强度发泡陶瓷材料，解决了FCC废催化剂污染严重和现有发泡陶瓷产品韧性差、强度低的问题。
本发明提供了一种发泡陶瓷材料，按原料重量份数计，包括以下组分：
优选的，按照重量百分比计，所述FCC废催化剂中各组分的占比为：Al2O340～60％，SiO230～50％，Fe2O30～1％，V2O51～3％，La2O32～5％，NiO0.5～5％，CeO25～10％；所述FCC废催化剂的粒径为10～150μm；所述FCC废催化剂的比表面积为5～100m2/g。
优选的，按照重量百分比计，所述钠长石中各组分的占比为：Al2O310～30％，SiO250～80％，Na2O5～15％，K2O1～5％，CaO2～10％，MgO2～10％，Fe2O30.2～1％，TiO20～1％；所述钠长石的粒度≤200目。
优选的，按照重量百分比计，所述风积沙中各组分的占比为：Al2O310～20％，SiO250～80％，Na2O1～5％，K2O1～5％，CaO2～5％，MgO2～4％，Fe2O34～10％；所述风积沙的粒度≤200目。
优选的，按照重量百分比计，所述滑石中各组分的占比为：Al2O30.1～1％，SiO230～60％，Na2O0.5～1％，K2O0.5～1％，CaO2～7％，MgO30～60％，Fe2O30.2～1％，TiO20～1％；所述滑石的粒度≤200目。
优选的，按照重量百分比计，所述发泡陶瓷材料中各组分的占比为：Al2O310～30％，SiO250～80％，Na2O1～10％，K2O1～5％，CaO2～10％，MgO5～15％，Fe2O30.2～2.5％，TiO20～1％，V2O50.2～1.5％，La2O30.2～1％，NiO0.1～1％，CeO21～5％。
优选的，所述发泡陶瓷材料的重金属Ni溶出率≤0.01mg/L，重金属V溶出率≤0.020mg/L。
本发明提供了一种上述技术方案所述的发泡陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
将FCC废催化剂、钠长石、风积沙、滑石、碳化硅、三聚磷酸钠与水混合湿磨，过筛，干燥，布料，烧成，得到发泡陶瓷材料。
优选的，所述水占FCC废催化剂、钠长石、风积沙、滑石、碳化硅、三聚磷酸钠与水合计质量的30～50％。
优选的，所述烧成的温度为1050～1250℃；所述烧成的时间为40～60min。
与现有技术相比，本发明提供了一种发泡陶瓷材料及其制备方法。按原料重量份数计，本发明提供的发泡陶瓷材料包括以下组分：FCC废催化剂20～40份，钠长石30～50份，风积沙10～30份，滑石2～10份，碳化硅0.05～0.2份，三聚磷酸钠0.05～0.5份。以FCC废催化剂、钠长石、风积沙、滑石等为原料，按照比例加入发泡剂碳化硅和解胶剂三聚磷酸钠，经称量、球磨、干燥、布料、烧成等工艺流程制得具有多孔结构的高强度发泡陶瓷材料，解决了FCC废催化剂污染严重和现有发泡陶瓷产品韧性差、强度低的问题。更具体来说，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
第一，将FCC废催化剂作为发泡陶瓷的主要原料，为发泡陶瓷提供铝源和部分硅源，减少含高铝高硅原料的使用量，降低发泡陶瓷生产成本；
第二，FCC废催化剂中的La2O3和CeO2可以作为增韧剂提高发泡陶瓷的抗折强度和韧性，抗折强度可达10MPa；
第三，在1200℃左右的温度下，废催化剂中的重金属V2O5和NiO在高温下产生共熔体，显著降低了FCC废催化剂中的重金属溶出和污染问题；
第四，经济附加值高，本申请采用FCC废催化剂、风积沙无需购买的材料作为最主要的原料，生产成本低；且FCC废催化剂作为危废处理可以得到经济补贴，经济附加值高；
第五，本发明还加入少量的碳化硅，碳化硅是一种性能优异的高温发泡剂，随着烧成温度的提高，陶粒在高温下熔融形成具有适宜黏度的硅酸盐玻璃相，进而包裹住由碳化硅氧化产生的CO2和CO等气体，形成大量的封闭孔隙结构，达到发泡的效果。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种发泡陶瓷材料，按原料重量份数计，包括以下组分：
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，按照重量百分比计，所述FCC废催化剂中各组分的占比优选为：Al2O340～60％，SiO230～50％，Fe2O30～1％，V2O51～3％，La2O32～5％，NiO0.5～5％，CeO25～10％；其中，所述Al2O3的占比具体可为40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％；所述SiO2的占比具体可为30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％；所述Fe2O3的占比具体可为0、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％；所述V2O5的占比具体可为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％或3％；所述La2O3的占比具体可为2％、2.3％、2.5％、2.7％、3％、3.2％、3.5％、3.7％、4％、4.2％、4.5％、4.7％或5％；所述NiO的占比具体可为0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％；所述CeO2的占比具体可为5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述FCC废催化剂的粒径优选为10～150μm，具体可为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm或150μm；所述FCC废催化剂的比表面积优选为5～100m2/g，具体可为5m2/g、10m2/g、15m2/g、20m2/g、25m2/g、30m2/g、35m2/g、40m2/g、45m2/g、50m2/g、55m2/g、60m2/g、65m2/g、70m2/g、75m2/g、80m2/g、85m2/g、90m2/g、95m2/g或100m2/g。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述的FCC废催化剂中的高含量的Al2O3和SiO2为发泡陶瓷建材制品提供铝源和部分硅源；所述的FCC废催化剂中的稀土氧化物CeO2和La2O3可作为发泡陶瓷建材制品的增韧剂，显著增强发泡陶瓷的韧性和强度。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述FCC废催化剂在原料组分中的含量具体可为20重量份、21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份、30重量份、31重量份、32重量份、33重量份、34重量份、35重量份、36重量份、37重量份、38重量份、39重量份或40重量份。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，按照重量百分比计，所述钠长石中各组分的占比优选为：Al2O310～30％，SiO250～80％，Na2O5～15％，K2O1～5％，CaO2～10％，MgO2～10％，Fe2O30.2～1％，TiO20～1％；其中，所述Al2O3的占比具体可为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％；所述SiO2的占比具体可为50％、52％、55％、57％、60％、62％、65％、67％、70％、72％、75％、77％或80％；所述Na2O的占比具体可为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％；所述K2O的占比具体可为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％；所述CaO的占比具体可为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％；所述MgO的占比具体可为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％；所述Fe2O3的占比具体可为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％；所述TiO2的占比具体可为0、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述钠长石的粒度优选≤200目，具体可为50目、60目、70目、80目、90目、100目、110目、120目、130目、140目、150目、160目、170目、180目、190目或200目。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述钠长石在原料组分中的含量具体可为30重量份、31重量份、32重量份、33重量份、34重量份、35重量份、36重量份、37重量份、38重量份、39重量份、40重量份、41重量份、42重量份、43重量份、44重量份、45重量份、46重量份、47重量份、48重量份、49重量份或50重量份。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述风积沙作为主要硅源；按照重量百分比计，所述风积沙中各组分的占比优选为：Al2O310～20％，SiO250～80％，Na2O1～5％，K2O1～5％，CaO2～5％，MgO2～4％，Fe2O34～10％；其中，所述Al2O3的占比具体可为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％；所述SiO2的占比具体可为50％、52％、55％、57％、60％、62％、65％、67％、70％、72％、75％、77％或80％；所述Na2O的占比具体可为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％；所述K2O的占比具体可为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％；所述CaO的占比具体可为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％；所述MgO的占比具体可为2％、2.3％、2.5％、2.7％、3％、3.2％、3.5％、3.7％或4％；所述Fe2O3的占比具体可为4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述风积沙的粒度优选≤200目，具体可为50目、60目、70目、80目、90目、100目、110目、120目、130目、140目、150目、160目、170目、180目、190目或200目。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述风积沙在原料组分中的含量具体可为10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份、21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份或30重量份。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，按照重量百分比计，所述滑石中各组分的占比优选为：Al2O30.1～1％，SiO230～60％，Na2O0.5～1％，K2O0.5～1％，CaO2～7％，MgO30～60％，Fe2O30.2～1％，TiO20～1％；其中，所述Al2O3的占比具体可为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％；所述SiO2的占比具体可为30％、32％、35％、37％、40％、42％、45％、47％、50％、52％、55％、57％或60％；所述Na2O的占比具体可为0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％；所述K2O的占比具体可为0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％；所述CaO的占比具体可为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％或7％；所述MgO的占比具体可为30％、32％、35％、37％、40％、42％、45％、47％、50％、52％、55％、57％或60％；所述Fe2O3的占比具体可为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％；所述TiO2的占比具体可为0、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述滑石的粒度优选≤200目，具体可为50目、60目、70目、80目、90目、100目、110目、120目、130目、140目、150目、160目、170目、180目、190目或200目。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述滑石在原料组分中的含量具体可为2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份或10重量份。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述碳化硅在原料组分中的含量具体可为0.05重量份、0.06重量份、0.07重量份、0.08重量份、0.09重量份、0.1重量份、0.11重量份、0.12重量份、0.13重量份、0.14重量份、0.15重量份、0.16重量份、0.17重量份、0.18重量份、0.19重量份或0.2重量份。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述三聚磷酸钠在原料组分中的含量具体可为0.05重量份、0.07重量份、0.1重量份、0.12重量份、0.15重量份、0.17重量份、0.2重量份、0.23重量份、0.25重量份、0.27重量份、0.3重量份、0.32重量份、0.35重量份、0.37重量份、0.4重量份、0.42重量份、0.45重量份、0.47重量份或0.5重量份。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，按照重量百分比计，所述发泡陶瓷材料中各组分的占比优选为：Al2O310～30％，SiO250～80％，Na2O1～10％，K2O1～5％，CaO2～10％，MgO5～15％，Fe2O30.2～2.5％，TiO20～1％，V2O50.2～1.5％，La2O30.2～1％，NiO0.1～1％，CeO21～5％；其中，所述Al2O3的占比具体可为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％；所述SiO2的占比具体可为50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％或80％；所述Na2O的占比具体可为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％；所述K2O的占比具体可为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％；所述CaO的占比具体可为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％；所述MgO的占比具体可为5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％或15％；所述Fe2O3的占比具体可为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％或2.5％；所述TiO2的占比具体可为0、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％；所述V2O5的占比具体可为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％或1.5％；所述La2O3的占比具体可为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％；所述NiO的占比具体可为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％；所述CeO2的占比具体可为1％、1.2％、1.5％、1.7％、2％、2.3％、2.5％、2.7％、3％、3.2％、3.5％、3.7％、4％、4.2％、4.5％、4.7％或5％。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述发泡陶瓷材料的密度优选为350～800kg/m3，具体可为350kg/m3、400kg/m3、450kg/m3、500kg/m3、550kg/m3、600kg/m3、650kg/m3、700kg/m3、750kg/m3或800kg/m3；所述发泡陶瓷材料的抗压强度优选为10～30MPa，具体可为10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa、20MPa、21MPa、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa或30MPa；所述发泡陶瓷材料的抗折强度优选为4～10MPa，具体可为4MPa、4.2MPa、4.5MPa、4.7MPa、5MPa、5.2MPa、5.5MPa、5.7MPa、6MPa、6.2MPa、6.5MPa、6.7MPa、7MPa、7.2MPa、7.5MPa、7.7MPa、8MPa、8.2MPa、8.5MPa、8.7MPa、9MPa、9.2MPa、9.5MPa、9.7MPa或10MPa。
在本发明提供的发泡陶瓷材料中，所述发泡陶瓷材料的重金属Ni溶出率优选为≤0.01mg/L，重金属V优选为溶出率≤0.020mg/L。上述溶出率数值远小于国标GB5085.3-2007的要求，对环境更加友好。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的发泡陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
将FCC废催化剂、钠长石、风积沙、滑石、碳化硅、三聚磷酸钠与水混合湿磨，过筛，干燥，布料，烧成，得到发泡陶瓷材料。
在本发明提供的制备方法中，更进一步的，制备过程具体包括：
S1、称量：按照重量百分比将FCC废催化剂、钠长石、风积沙、滑石、碳化硅和三聚磷酸钠分别进行称量；
S2、球磨：加入水和步骤S1的原料进行湿磨，湿磨完成后过筛；
S3、干燥：将步骤S2得到的筛完的原料进行干燥，得到干料；
S4、布料和烧成：将步骤S3得到的干料进行布料刮平，随后送入窑炉进行烧成，再经冷却后切割加工，得到发泡陶瓷材料。
在本发明提供的制备方法中，所述水优选占FCC废催化剂、钠长石、风积沙、滑石、碳化硅、三聚磷酸钠与水合计质量的30～50％，具体可为30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％。
在本发明提供的制备方法中，所述过筛的筛网目数优选为100～500目，具体可为100目、150目、200目、250目、300目、350目、400目、450目或500目；所述的湿磨后的原料筛余量优选控制在1％以下。
在本发明提供的制备方法中，述干燥的方式为喷雾干燥；所述喷雾干燥后得到颗粒料，所述颗粒料的粒径优选为0.5～2mm，具体可为0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2mm。
在本发明提供的制备方法中，所述烧成的温度优选为1050～1250℃，具体可为1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃或1250℃；所述烧成的时间优选为40～60min，具体可为40min、41min、42min、43min、44min、45min、46min、47min、48min、49min、50min、51min、52min、53min、54min、55min、56min、57min、58min、59min或60min。
在本发明提供的制备方法中，所述的FCC废催化剂中的重金属V2O5和NiO在高温烧成下与发泡陶瓷其他成分产生共熔体而固化进入发泡陶瓷中。
本发明提供的技术方案以FCC废催化剂、钠长石、风积沙、滑石等为原料，按照比例加入发泡剂碳化硅和解胶剂三聚磷酸钠，经称量、球磨、干燥、布料、烧成等工艺流程制得具有多孔结构的高强度发泡陶瓷材料，解决了FCC废催化剂污染严重和现有发泡陶瓷产品韧性差、强度低的问题。
为更清楚起见，下面通过以下实施例和对比例进行详细说明。
实施例1
按照重量百分比将FCC废催化剂20份、钠长石35份、风积沙35份、滑石10份、碳化硅0.06份、三聚磷酸钠0.25份称量后加入球磨机中；按照水料质量比4:6的比例向球磨机中加入水进行湿磨，湿磨完成后过250目筛，湿磨后的原料筛余量控制在0.8％；将筛完的原料输送至喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到球形的原料颗粒；将得到的球形原料颗粒用布料机进行布料并刮板刮平，送入窑炉进行高温发泡烧成，烧成温度为1120℃，保温时间为60分钟；经冷却后切割加工，最后包装入库。
本实施例中，FCC废催化剂的化学组成按照重量百分比为：42.5％Al2O3、44.1％SiO2、0.3％Fe2O3、1.4％V2O5、3.2％La2O3、0.7％NiO、7.8％CeO2。
本实施例中，钠长石的化学组成按照重量百分比为：20％Al2O3、62％SiO2、7.7％Na2O、2.5％K2O、4.0％CaO、3.2％MgO、0.5％Fe2O3、0.1％TiO2。
本实施例中，风积沙的化学组成按照重量百分比为：12.45％Al2O3、70.68％SiO2、3.85％Na2O、2.86％K2O、3.15％CaO、2.45％MgO、4.56％Fe2O3。
本实施例中，滑石的化学组成按照重量百分比为：0.2％Al2O3、47.46％SiO2、0.83％Na2O、0.63％K2O、2.29％CaO、48.48％MgO、0.11％Fe2O3。
本实施例中，发泡陶瓷的化学组成按照重量百分比为：18.75％Al2O3、52.55％SiO2、3.50％Na2O、1.62％K2O、2.37％CaO、6.54％MgO、1.64％Fe2O3、0.03％TiO2、0.45％V2O5、0.55％La2O3、0.12％NiO、1.62％CeO2。
本实施例中，FCC废催化剂的粒径为50μm，比表面积为60m2/g；钠长石、风积沙、滑石的粒度均为120目。
本实施例中性能指标见表1。
实施例2
按照重量百分比将FCC废催化剂30份、钠长石40份、风积沙20份、滑石10份、碳化硅0.06份、三聚磷酸钠0.25份称量后加入球磨机中；按照水料质量比4:6的比例向球磨机中加入水进行湿磨，湿磨完成后过250目筛，湿磨后的原料筛余量控制在0.8％；将筛完的原料输送至喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到球形的原料颗粒；将得到的球形原料颗粒用布料机进行布料并刮板刮平，送入窑炉进行高温发泡烧成，烧成温度为1170℃，保温时间为60分钟；经冷却后切割加工，最后包装入库。
本实施例中，FCC废催化剂的化学组成按照重量百分比为：43.1％Al2O3、43.7％SiO2、0.3％Fe2O3、1.3％V2O5、3.5％La2O3、0.5％NiO、7.6％CeO2。
本实施例中，钠长石的化学组成按照重量百分比为：18.5％Al2O3、61.6％SiO2、8.1％Na2O、2.7％K2O、4.7％CaO、3.6％MgO、0.7％Fe2O3、0.1％TiO2。
本实施例中，风积沙的化学组成按照重量百分比为：13.1％Al2O3、71.0％SiO2、3.9％Na2O、2.7％K2O、3.0％CaO、2.1％MgO、4.2％Fe2O3。
本实施例中，滑石的化学组成按照重量百分比为：0.3％Al2O3、49.7％SiO2、0.7％Na2O、0.6％K2O、2.0％CaO、46.5％MgO、0.2％Fe2O3。
本实施例中，发泡陶瓷的化学组成按照重量百分比为：22.98％Al2O3、56.92％SiO2、4.09％Na2O、1.68％K2O、2.68％CaO、6.51％MgO、1.23％Fe2O3、0.04％TiO2、0.45％V2O5、1.05％La2O3、0.15％NiO、2.28％CeO2。
本实施例中，FCC废催化剂的粒径为100μm，比表面积为30m2/g；钠长石、风积沙、滑石的粒度均为150目。
本实施例中性能指标见表1。
实施例3
按照重量百分比将FCC废催化剂40份、钠长石45份、风积沙10份、滑石5份、碳化硅0.06份、三聚磷酸钠0.25份称量后加入球磨机中；按照水料质量比4:6的比例向球磨机中加入水进行湿磨，湿磨完成后过250目筛，湿磨后的原料筛余量控制在0.8％；将筛完的原料输送至喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到球形的原料颗粒；将得到的球形原料颗粒用布料机进行布料并刮板刮平，送入窑炉进行高温发泡烧成，烧成温度为1230℃，保温时间为60分钟；经冷却后切割加工，最后包装入库。
本实施例中，FCC废催化剂的化学组成按照重量百分比为：45.3％Al2O3、40.5％SiO2、0.5％Fe2O3、2％V2O5、3％La2O3、0.6％NiO、8.1％CeO2。
本实施例中，钠长石的化学组成按照重量百分比为：15.8％Al2O3、67.0％SiO2、8.6％Na2O、3.2％K2O、2.7％CaO、2.4％MgO、0.2％Fe2O3、0.1％TiO2。
本实施例中，风积沙的化学组成按照重量百分比为：14.4％Al2O3、72.2％SiO2、2.9％Na2O、1.4％K2O、2.2％CaO、2.8％MgO、4.1％Fe2O3。
按照重量百分比，滑石的化学组成为：0.6％Al2O3、44.9％SiO2、0.6％Na2O、0.7％K2O、3.2％CaO、50.7％MgO、0.2％Fe2O3、0.1％TiO2。
按照重量百分比，发泡陶瓷的化学组成为：29.65％Al2O3、55.8％SiO2、1.6％Na2O、1.6％K2O、4.2％CaO、3.9％MgO、0.25％Fe2O3、0.27％TiO2、0.8％V2O5、1.2％La2O3、0.24％NiO、3.22％CeO2。
本实施例中，FCC废催化剂的粒径为20μm，比表面积为100m2/g；钠长石、风积沙、滑石的粒度均为80目。
本实施例中性能指标见表1。
实施例4
按照重量百分比将FCC废催化剂40份、钠长石45份、风积沙10份、滑石5份、碳化硅0.06份、三聚磷酸钠0.25份称量后加入球磨机中；按照水料质量比4:6的比例向球磨机中加入水进行湿磨，湿磨完成后过250目筛，湿磨后的原料筛余量控制在0.8％；将筛完的原料输送至喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到球形的原料颗粒；将得到的球形原料颗粒用布料机进行布料并刮板刮平，送入窑炉进行高温发泡烧成，烧成温度为1230℃，保温时间为50分钟；经冷却后切割加工，最后包装入库。
本实施例中，FCC废催化剂的化学组成按照重量百分比为：45.3％Al2O3、40.5％SiO2、0.5％Fe2O3、2％V2O5、3％La2O3、0.6％NiO、8.1％CeO2。
本实施例中，钠长石的化学组成按照重量百分比为：15.8％Al2O3、67.0％SiO2、8.6％Na2O、3.2％K2O、2.7％CaO、2.4％MgO、0.2％Fe2O3、0.1％TiO2。
本实施例中，风积沙的化学组成按照重量百分比为：14.4％Al2O3、72.2％SiO2、2.9％Na2O、1.4％K2O、2.2％CaO、2.8％MgO、4.1％Fe2O3。
按照重量百分比，滑石的化学组成为：0.6％Al2O3、44.9％SiO2、0.6％Na2O、0.7％K2O、3.2％CaO、50.7％MgO、0.2％Fe2O3、0.1％TiO2。
按照重量百分比，发泡陶瓷的化学组成为：29.65％Al2O3、55.8％SiO2、1.6％Na2O、1.6％K2O、4.2％CaO、3.9％MgO、0.25％Fe2O3、0.27％TiO2、0.8％V2O5、1.2％La2O3、0.24％NiO、3.22％CeO2。
本实施例中，FCC废催化剂的粒径为100μm，比表面积为10m2/g；钠长石、风积沙、滑石的粒度均为150目。
本实施例中性能指标见表1。
实施例5
按照重量百分比将FCC废催化剂40份、钠长石45份、风积沙10份、滑石5份、碳化硅0.06份、三聚磷酸钠0.25份称量后加入球磨机中；按照水料质量比4:6的比例向球磨机中加入水进行湿磨，湿磨完成后过250目筛，湿磨后的原料筛余量控制在0.8％；将筛完的原料输送至喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到球形的原料颗粒；将得到的球形原料颗粒用布料机进行布料并刮板刮平，送入窑炉进行高温发泡烧成，烧成温度为1230℃，保温时间为40分钟；经冷却后切割加工，最后包装入库。
本实施例中，FCC废催化剂的化学组成按照重量百分比为：45.3％Al2O3、40.5％SiO2、0.5％Fe2O3、2％V2O5、3％La2O3、0.6％NiO、8.1％CeO2。
本实施例中，钠长石的化学组成按照重量百分比为：15.8％Al2O3、67.0％SiO2、8.6％Na2O、3.2％K2O、2.7％CaO、2.4％MgO、0.2％Fe2O3、0.1％TiO2。
本实施例中，风积沙的化学组成按照重量百分比为：14.4％Al2O3、72.2％SiO2、2.9％Na2O、1.4％K2O、2.2％CaO、2.8％MgO、4.1％Fe2O3。
按照重量百分比，滑石的化学组成为：0.6％Al2O3、44.9％SiO2、0.6％Na2O、0.7％K2O、3.2％CaO、50.7％MgO、0.2％Fe2O3、0.1％TiO2。
按照重量百分比，发泡陶瓷的化学组成为：29.65％Al2O3、55.8％SiO2、1.6％Na2O、1.6％K2O、4.2％CaO、3.9％MgO、0.25％Fe2O3、0.27％TiO2、0.8％V2O5、1.2％La2O3、0.24％NiO、3.22％CeO2。
本实施例中，FCC废催化剂的粒径为100μm，比表面积为10m2/g；钠长石、风积沙、滑石的粒度均为150目。
本实施例中性能指标见表1。
对比例1
按照重量百分比将FCC废催化剂0份、钠长石35份、风积沙35份、滑石10份、碳化硅0.06份、三聚磷酸钠0.25份称量后加入球磨机中；按照水料质量比4:6的比例向球磨机中加入水进行湿磨，湿磨完成后过250目筛，湿磨后的原料筛余量控制在0.8％；将筛完的原料输送至喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到球形的原料颗粒；将得到的球形原料颗粒用布料机进行布料并刮板刮平，送入窑炉进行高温发泡烧成，烧成温度为1050℃，保温时间为60min；经冷却后切割加工，最后包装入库。
本对比例中，钠长石的化学组成按照重量百分比为：13.4％Al2O3、64.8％SiO2、9.5％Na2O、4.3％K2O、5.7％CaO、1.6％MgO、0.2％Fe2O3、0.5％TiO2。
本对比例中，风积沙的化学组成按照重量百分比为：10.3％Al2O3、78.6％SiO2、1.2％Na2O、1.0％K2O、2.3％CaO、2.1％MgO、4.5％Fe2O3。
本对比例中，滑石的化学组成按照重量百分比为：0.7％Al2O3、44.7％SiO2、0.9％Na2O、0.5％K2O、2.8％CaO、50.6％MgO、0.2％Fe2O3、0.3％TiO2。
本对比例中，发泡陶瓷的化学组成按照重量百分比为：13.86％Al2O3、64.23％SiO2、5.34％Na2O、2.44％K2O、3.62％CaO、8.31％MgO、2.17％Fe2O3、0.04％TiO2。
本实施例中，FCC废催化剂的粒径为80μm，比表面积为25m2/g；钠长石、风积沙、滑石的粒度均为120目。
本对比例中性能指标见表1。
表1实施例与对比例性能统计表
从表1中看出：在密度相似的条件下，对比例1原料中不加入FCC废催化剂时，发泡陶瓷的组分稀土元素和Al2O3的含量相对较低，对比例1的抗压强度和抗折强度都比较低。在实施例1～3中，随着FCC废催化剂的加入量的增加，CeO2+La2O3的添加量增加，发泡陶瓷板材的抗折强度和抗压强度均显著增加。实施例3～5，对于同一个生产配方，随着烧成时间的缩短板材的密度增加，板材的强度也显著增加。实施例1～3中，重金属的溶出量也随着烧成温度的升高而减小，镍和钒在发泡陶瓷板材中的溶出量最大值分别为0.01mg/L和0.02mg/L，均远远小于国标GB5085.3-2007的要求。
本发明具有以下优点：
1、能根本解决FCC废催化剂的重金属污染问题。发泡陶瓷制备须在1000℃以上的温度下进行，在如此高温下，废催化剂中的重金属V2O5和NiO产生共熔体，使其重金属溶出率远小于国标GB5085.3-2007的要求，杜绝了FCC废催化剂中的污染问题；
2、降低发泡陶瓷的生产成本。将FCC废催化剂作为发泡陶瓷的主要原料，为发泡陶瓷提供铝源和部分硅源，减少含高铝高硅原料的使用量，降低发泡陶瓷生产成本；
3、发泡陶瓷的强度和韧性好。FCC废催化剂中的La2O3和CeO2稀土元素可以作为增韧剂提高发泡陶瓷的抗压抗折强度和韧性；
4、经济附加值高。一方面，采用FCC废催化剂、风积沙无需购买的材料作为最主要的原料，生产成本低；另外，FCC废催化剂作为危废处理可以得到经济补贴，经济附加值高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种发泡陶瓷材料，其特征在于，按原料重量份数计，包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的发泡陶瓷材料，其特征在于，按照重量百分比计，所述FCC废催化剂中各组分的占比为：Al2O340～60％，SiO230～50％，Fe2O30～1％，V2O51～3％，La2O32～5％，NiO 0.5～5％，CeO25～10％；所述FCC废催化剂的粒径为10～150μm；所述FCC废催化剂的比表面积为5～100m2/g。
3.根据权利要求1所述的发泡陶瓷材料，其特征在于，按照重量百分比计，所述钠长石中各组分的占比为：Al2O310～30％，SiO250～80％，Na2O 5～15％，K2O 1～5％，CaO 2～10％，MgO 2～10％，Fe2O30.2～1％，TiO20～1％；所述钠长石的粒度≤200目。
4.根据权利要求1所述的发泡陶瓷材料，其特征在于，按照重量百分比计，所述风积沙中各组分的占比为：Al2O310～20％，SiO250～80％，Na2O 1～5％，K2O 1～5％，CaO 2～5％，MgO 2～4％，Fe2O34～10％；所述风积沙的粒度≤200目。
5.根据权利要求1所述的发泡陶瓷材料，其特征在于，按照重量百分比计，所述滑石中各组分的占比为：Al2O30.1～1％，SiO230～60％，Na2O 0.5～1％，K2O 0.5～1％，CaO 2～7％，MgO 30～60％，Fe2O30.2～1％，TiO20～1％；所述滑石的粒度≤200目。
6.根据权利要求1所述的发泡陶瓷材料，其特征在于，按照重量百分比计，所述发泡陶瓷材料中各组分的占比为：Al2O310～30％，SiO250～80％，Na2O1～10％，K2O 1～5％，CaO 2～10％，MgO 5～15％，Fe2O30.2～2.5％，TiO20～1％，V2O50.2～1.5％，La2O30.2～1％，NiO0.1～1％，CeO21～5％。
7.根据权利要求1所述的发泡陶瓷材料，其特征在于，所述发泡陶瓷材料的重金属Ni溶出率≤0.01mg/L，重金属V溶出率≤0.020mg/L。
8.一种权利要求1～7任一项所述的发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将FCC废催化剂、钠长石、风积沙、滑石、碳化硅、三聚磷酸钠与水混合湿磨，过筛，干燥，布料，烧成，得到发泡陶瓷材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述水占FCC废催化剂、钠长石、风积沙、滑石、碳化硅、三聚磷酸钠与水合计质量的30～50％。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述烧成的温度为1050～1250℃；所述烧成的时间为40～60min。
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