[發(fā)明專利]一種固廢基高強(qiáng)度泡沫陶瓷及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010143278.X
• 申請(qǐng)日: 2020-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN111320489A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀治國(guó);李夢(mèng)珂;鐘慧;胡亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B38/02
• 分類號(hào): C04B38/02;C04B35/622
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發(fā)明公開了一種固廢基高強(qiáng)度泡沫陶瓷及其制備方法。將包括硅酸鹽尾礦、錳渣、鋼渣、鉀長(zhǎng)石、膨潤(rùn)土及發(fā)泡劑在內(nèi)的原料通過濕式球磨，得到漿料；所得漿料經(jīng)過干燥、過篩后，壓制成型，得到陶瓷坯體，陶瓷坯體經(jīng)過燒結(jié)，即得高強(qiáng)度泡沫陶瓷，該方法且工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)能耗低，有利于陶瓷工業(yè)化生產(chǎn)，且原料主要來(lái)自固體廢棄物，有利于緩解尾礦和冶金渣帶來(lái)的環(huán)境壓力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種固廢基泡沫陶瓷，具體涉及一種利用硅酸鹽尾礦和冶金渣等固體廢棄物制備的高強(qiáng)度泡沫陶瓷，還涉及高強(qiáng)度泡沫陶瓷的制備方法，屬于二次資源利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

資源和環(huán)境是當(dāng)今社會(huì)所面臨的兩大難題。我國(guó)礦山開采量以及有色冶金的產(chǎn)量不斷增加，給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的物質(zhì)財(cái)富；與此同時(shí)，礦山采選產(chǎn)生大量尾礦，冶金過程排了大量的冶金渣。這些尾礦和冶金渣，不僅嚴(yán)重影響著人類生存環(huán)境的質(zhì)量，同時(shí)也造成資源的巨大浪費(fèi)。因此，合理而有效地利用尾礦和冶金渣已成為當(dāng)今迫切需要解決的固廢處理問題之一。

大多數(shù)尾礦和冶金渣含有大量的活性硅(鋁)氧四面體、豐富的氧化物類有用組分以及尚未被認(rèn)識(shí)和有待被發(fā)掘的有用性質(zhì)，資源和材料屬性明顯。多孔陶瓷材料不僅具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、耐腐蝕等多種優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理、建筑材料、生物醫(yī)藥中得到廣泛應(yīng)用，受到人們廣泛的關(guān)注。到目前為止，國(guó)內(nèi)外多孔陶瓷的主要制備原料大多以純的Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂等為主，再添加黏土、高嶺土、CaO、MgO等作為助熔劑。這些原材料的制作工藝復(fù)雜，原料成本相對(duì)來(lái)說(shuō)都比較高。現(xiàn)有利用冶煉渣及尾礦制備多孔陶瓷的工藝存在燒結(jié)溫度高、能耗大、工藝流程長(zhǎng)以及所制備的多孔陶瓷強(qiáng)度不高等缺點(diǎn)，例如專利(CN109053217 A)中利用鎳冶金渣制備多孔陶瓷，雖然實(shí)現(xiàn)對(duì)固廢的利用，但是強(qiáng)度不夠高，只有3.01MPa；專利(CN 107903033 A)中利用鐵尾礦制備泡沫陶瓷，制備工藝造孔劑添加量高，而且需要通過先造粒，再燒結(jié)，操作復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；專利(CN 109608167 A)中利用煤矸石、鐵尾礦和粉煤灰制備發(fā)泡陶瓷保溫板，制備溫度相對(duì)較高，最低在1200℃，能耗大。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中利用尾礦和冶金廢渣等制備泡沫陶瓷產(chǎn)品存在的缺陷，本發(fā)明的第一個(gè)目的是在于提供一種高強(qiáng)度多孔泡沫陶瓷，該多孔泡沫陶瓷以尾礦與冶金渣等固體廢棄物為主要成分，不僅可以解決工業(yè)固體廢棄物堆放所引起的礦區(qū)水體、大氣、土壤等環(huán)境污染及占?jí)和恋氐膯栴}，而且還可以變廢為寶，利用固體廢棄物獲得高性能、高附加值的多孔陶瓷，可以實(shí)現(xiàn)固廢的大宗、高值、高效、安全的利用。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是在于提供一種利用尾礦與冶金渣等固體廢棄物為主要成分搭配少量鉀長(zhǎng)石、膨潤(rùn)土等制備高強(qiáng)度泡沫陶瓷的方法，該方法原料主要來(lái)自工業(yè)廢棄物，成本低，制備過程簡(jiǎn)單，無(wú)需添加高純助熔劑，燒結(jié)溫度較低，解決現(xiàn)有利用固體廢棄物制備泡沫陶瓷過程中，需要添加高純助熔劑，操作復(fù)雜，燒結(jié)溫度高等固有缺點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種固廢基高強(qiáng)度泡沫陶瓷的制備方法，該方法是將包括硅酸鹽尾礦、錳渣、鋼渣、鉀長(zhǎng)石、膨潤(rùn)土及發(fā)泡劑在內(nèi)的原料通過濕式球磨，得到漿料；所得漿料經(jīng)過干燥、過篩后，壓制成型，得到陶瓷坯體，陶瓷坯體經(jīng)過燒結(jié)，即得。

本發(fā)明的泡沫陶瓷采用以硅鋁酸鹽成分為主的尾礦為泡沫陶瓷提供框架元素，如硅，鋁，通過合理復(fù)配冶金渣，利用冶金渣中的金屬元素與基礎(chǔ)元素或者輔助料中的元素共溶，其中，鋼渣和錳渣中的鈣離子可以促進(jìn)形成硅鈣系晶相，而錳元素和鐵元素等過渡金屬元素起到促進(jìn)致密化和增強(qiáng)晶相兩方面作用；在二次析晶過程中，初晶相能固溶含鐵、錳等更多離子而形成新的晶相。這些晶相的強(qiáng)度相對(duì)于傳統(tǒng)硅鋁系陶瓷的強(qiáng)度更高。通過礦相間的交互反應(yīng)，燒結(jié)所需的溫度也相對(duì)較低。

優(yōu)選的方案，所述原料由以下質(zhì)量百分比組分組成：硅酸鹽尾礦30％～60％，錳渣8％～40％，鋼渣5％～35％，鉀長(zhǎng)石5％～8％，膨潤(rùn)土2％～5％，碳化硅發(fā)泡劑0.1％～0.5％。