一种利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷及其制备方法与流程

本发明涉及粉煤灰基建筑材料制备领域，更确切地说，它涉及一种利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、轻质发泡陶瓷的气孔率高达50％以上，孔径可在0.1～5mm之间调节，体积密度介于0.2-0.3g/cm3左右。气孔多以闭孔形式存在，导热系数和吸水率较低。作为墙体保温材料，具有轻质、隔音、高强、耐火、环保等优点；相比于传统有机保温材料，具有耐高温、耐久性好的优势。轻质发泡陶瓷是一种理想的墙体保温材料，具有显著的建筑墙体保温节能效果，可应用于船用耐火分隔、垒墙、防火隔离带等多个领域。

2、发泡陶瓷的合成所需原料多种多样。目前工业上主要是将尾矿作为原料，添加石英、粘土和长石等优质的硅酸盐材料作为其基础原料，以碳化硅、碳黑等作为其发泡剂，添加硼酸、三氧化二锑等作为助熔剂和稳泡剂烧结而成。总体而言高质量的发泡陶瓷产品对原料的矿物成分和配比、对工艺过程和条件调控要求极高，高投入、高成本、低产量是目前发泡陶瓷行业急需解决的共性难题。

3、粉煤灰是我国燃煤电厂的固体废弃物，存量庞大。粉煤灰中富含丰富的al2o3和sio2，两者含量在60％以上，主要以莫来石、刚玉、非晶态二氧化硅、铝硅酸盐玻璃相等形式存在，具备制备铝硅发泡陶瓷材料的基本化学组成。以粉煤灰为原料制备发泡陶瓷材料，可成为粉煤灰大掺量高值化利用的新方向，同时也可以缓解发泡陶瓷产业发展中的成本制约，提高最终产品的市场竞争力。然而当前以粉煤灰为原料制备的发泡陶瓷研究中存在以下问题：(1)粉煤灰掺量较低，大多低于40％，难以实现大掺量应用。(2)煅烧温度高，烧结温度一般均大于1250℃，能耗较大。(3)难以得到轻质高强度发泡陶瓷。轻质高强发泡陶瓷密度一般为0.18-0.35g/cm3，同时压缩强度≥0.5mpa，导热系数小于0.10w/m·k，一般的粉煤灰基发泡陶瓷难以同时满足上述指标。

4、专利cn104744070 b公开了一种粉煤灰轻质隔热发泡陶瓷保温板及其制法，粉煤灰掺量≥65％，烧结温度≤1200℃，密度为0.2-0.35g/cm3，抗压强度大于等于2mpa。但是，该方法在煅烧过程中使用了氧化气氛，不仅增加了能耗成本还具有一定的危险性。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷及其制备方法。

2、第一方面，提供了一种利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷，由粉煤灰、滑石、钠长石、钾长石、发泡剂及氟锆酸盐合成；按重量份计，粉煤灰40-80份，滑石0-20份，钠长石5-35份，钾长石5-35份，发泡剂0.2-5份，氟锆酸盐1-10份。

3、作为优选，所述粉煤灰主要由以下成分组成：按重量份计，sio2 40-80份，al2o310-40份，fe2o3 2-10份，cao 4-8份，其余镁、钾、钠元素的氧化物占5-15％。

4、作为优选，所述滑石主要由以下成分组成：按重量份计，sio2 15-80份，mgo 20-50份，fe2o3 0-1份，cao 0-1份。

5、作为优选，所述钠长石主要由以下成分组成：按重量份计，sio2 40-80份，al2o310-30份，fe2o3 0-2份，cao 0-5份，k2o 1-4份，na2o 4-15份。

6、作为优选，所述钾长石主要由以下成分组成：按重量份计，sio2 40-80份，al2o310-30份，fe2o3 0-2份，cao 0-5份，k2o 4-15份，na2o 1-4份。

7、作为优选，所述发泡剂为碳化硅、氧化铁、二氧化锰中的一种或多种。

8、作为优选，所述氟锆酸盐为氟锆酸钾、氟锆酸钠、氟锆酸铵中的一种或多种。

9、作为优选，所述轻质发泡陶瓷体积密度为0.15-0.30g/cm3，抗压强度为0.5-2.0mpa，导热系数为0.05-0.1w/(m·k)。

10、第二方面，提供了一种如第一方面所述轻质发泡陶瓷的制备方法，包括：

11、步骤1、将原料均匀混合，利用球磨机湿磨制成浆料；浆料中水的重量百分比为30-60％；

12、步骤2、将所述浆料进行喷雾造粒，得到粉体颗粒，充填到模具中空气气氛进行煅烧处理；烧结温度为1200-1300℃，保温时间为15-180min；

13、步骤3、自然冷却，依照所需尺寸进行切割得到发泡陶瓷材料。

14、粉煤灰为燃煤电厂高温煅烧后的产物，高温晶相复杂，成分偏析严重且晶粒形状不规则，在发泡陶瓷的制备过程中，会造成煅烧温度较高，孔分布不均且结构差别较大，孔壁晶相量低材料硬度不高等问题，本发明中加入适量的氟锆酸盐，一方面可促进原料中基体的熔融，在较低温度下实现气泡的发生与长大；另一方面可显著降低高温下硅酸盐熔体的粘度，促进气孔的完整度与均匀分布；同时还能在自然冷却阶段，实现二次析晶，提高了孔壁中结晶晶粒的含量进行增韧补强；更为重要的是还能对二次析晶的晶粒进行结构调整，促进稳定性及硬度极高的三角晶粒的出现；在上述多种作用的协同作用下，可在空气烧结气氛下得到密度小、硬度高同时导热系数极低的发泡陶瓷材料。

15、本发明的有益效果是：

16、1、本发明可实现粉煤灰的大掺量应用，有效解决因粉煤灰堆积导致的环境污染问题。。

17、2、本发明提供的制备工艺中无需进行特殊气氛处理，工艺流程简单，设备投资少，危险性降低。

18、3、本发明所得发泡陶瓷产品原料来源丰富且成本低、能耗低、设备投资低，同时产品密度小强度高导热系数低，综合性能优异，具有显著的市场竞争力。

19、4、本发明所得产品可应用于墙面节能保温领域，解决有机保温材料易老化、耐久性差、易燃烧等问题，实现建筑节能的目的。

技术特征：

1.一种利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷，其特征在于，由粉煤灰、滑石、钠长石、钾长石、发泡剂及氟锆酸盐合成；按重量份计，粉煤灰40-80份，滑石0-20份，钠长石5-35份，钾长石5-35份，发泡剂0.2-5份，氟锆酸盐1-10份。

2.根据权利要求1所述的利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷，其特征在于，所述粉煤灰主要由以下成分组成：按重量份计，sio2 40-80份，al2o3 10-40份，fe2o3 2-10份，cao 4-8份，其余镁、钾、钠元素的氧化物占5-15％。

3.根据权利要求1所述的利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷，其特征在于，所述滑石主要由以下成分组成：按重量份计，sio2 15-80份，mgo 20-50份，fe2o3 0-1份，cao 0-1份。

4.根据权利要求1所述的利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷，其特征在于，所述钠长石主要由以下成分组成：按重量份计，sio2 40-80份，al2o3 10-30份，fe2o3 0-2份，cao 0-5份，k2o 1-4份，na2o 4-15份。

5.根据权利要求1所述的利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷，其特征在于，所述钾长石主要由以下成分组成：按重量份计，sio2 40-80份，al2o3 10-30份，fe2o3 0-2份，cao 0-5份，k2o 4-15份，na2o 1-4份。

6.根据权利要求1所述的利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷，其特征在于，所述发泡剂为碳化硅、氧化铁、二氧化锰中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷，其特征在于，所述氟锆酸盐为氟锆酸钾、氟锆酸钠、氟锆酸铵中的一种或多种。

8.根据权利要求1至7任一所述的利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷，其特征在于，所述轻质发泡陶瓷体积密度为0.15-0.30g/cm3，抗压强度为0.5-2.0mpa，导热系数为0.05-0.1w/(m·k)。

9.一种如权利要求1所述轻质发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及一种利用粉煤灰合成的轻质发泡陶瓷及其制备方法，轻质发泡陶瓷由粉煤灰、滑石、钠长石、钾长石、发泡剂及氟锆酸盐合成；按重量份计，粉煤灰40‑80份，滑石0‑20份，钠长石5‑35份，钾长石5‑35份，发泡剂0.2‑5份，氟锆酸盐1‑10份。本发明的有益效果是：本发明所得发泡陶瓷产品原料来源丰富且成本低、能耗低、设备投资低，同时产品密度小强度高导热系数低，综合性能优异，具有显著的市场竞争力。

技术研发人员：廖达琛,常星岚,孙盛睿,陈彪,陈瑶姬,刘阳桥,孙科,顾雅洁,奚爽,邱鹤,周捷,蒋楠,张林
受保护的技术使用者：浙江天地环保科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12