[发明专利]一种利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体废弃物综合利用技术领域，特别是指一种利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法。

背景技术

我国固体废弃物的排放及危害，随着能耗不断增加而逐年增大。如何变废为宝，是我们面临的重大挑战。陶瓷砖在我国建筑陶瓷行业是一种具有相对优势的产品，我国陶瓷砖的产量占世界总产量的80％以上。大量的陶瓷砖产量不光意味着需要消费大量的原材料，还意味着会产生大量的废弃物。目前，我国陶瓷砖的主要产地为广东、江西和山东等，其中以广东为代表。据统计，仅广东地区一年的陶瓷抛光废渣的排放已超过1000万吨，估计全国年排放量将有可能超过1400万吨。目前，每年竣工的房屋建筑面积为20亿m²，而预计到2020年，我国的建筑面积将新增加250～300亿m²。随着建筑面积的增加，陶瓷砖的需求将大幅度增加，因此陶瓷废渣废料将会成为急要解决的重大问题。

陶瓷废渣是陶瓷企业在陶瓷砖的生产制作过程中，由于制品磨边和打磨等加工工序，产生的一种大量陶瓷工业固体废弃渣。据统计，生产1m²的陶瓷砖，经过磨边和打磨处理后，会产生1.5kg的废料，并损失0.6kg的磨头原料，因此共产生2.1kg左右的陶瓷废渣。陶瓷废渣的组成和其形成过程有很大的关系，所以陶瓷废渣是由陶瓷产品被磨削下的废料和磨头上的杂质。陶瓷废渣中所含的主要化学成分为二氧化硅SiO₂和氧化铝Al₂O₃。据有关文献可知，陶瓷废渣也含有大量的碱金属和碱土金属氧化物，另外磨头损失也会带入碳化硅磨料和氯氧镁水泥粘结剂。

由于陶瓷废渣含有不同的杂质，在直接作为原料循环再利用过程中会造成产品的发泡膨胀现象，从而使得陶瓷砖的砖体造成严重变形破坏，甚至造成窑炉的毁坏，因此陶瓷废渣还无法在制陶过程中重新利用。目前，对陶瓷废渣的研究停留在表面，还不够深入。在我国，90％以上的陶瓷废渣还不能得到很好的资源化循环再利用，其主要还是采用填埋的方法处理。陶瓷废渣堆放不仅耗费了大量的人力、物力和财力，而且会占用大量宝贵的土地资源。另外，陶瓷废渣的粒度很小，颗粒细小，粒径一般可以维持在100μm以下，因此很容易形成扬尘现象，造成粉尘污染，对人体健康产生危害。此外，陶瓷废渣经雨水淋滤后，还会与水混合流入附近的土地、河流等，改变土壤结构，妨碍植物生长，甚至破坏生态环境，造成严重的环境污染。如何减少陶瓷废渣的污染，将其变废为宝，促进陶瓷废渣的高效循环利用，是一个值得关注的问题。

多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料。由于其独有的结构特点使其具有低密度、低导热和高比表面积的特点，所以多孔材料具有广泛的应用范围。早在多年前的古埃及金字塔中就已经使用了木制建材，在罗马时代软木就被用作酒瓶的瓶塞。而到了近代，人们便开始尝试自己制造多孔材料，其中最简单的是由大量相似的棱形孔洞组成的蜂窝状材料，可用作轻质构件。更常见的是高分子泡沫材料，其用途广泛，可用于小到随处可见的咖啡杯，大到飞机坐舱的减震垫。现代技术的发展使得金属、陶瓷、玻璃等材料也能像聚合物那样发泡。这些新型泡沫材料正逐渐地被用作绝缘、缓冲、吸收冲击能量的材料，从而发挥了其由多孔结构决定的独特的综合性能。

由于陶瓷多孔材料具有硬度大、耐热、抗腐蚀性、质量轻等特点,在宇航、化工、民用等多个领域应用广泛,开发利用陶瓷渣制备多孔材料具有较好的应用前景,这不仅有效利用陶瓷渣废渣,避免了资源浪费,同时解决了由于陶瓷废渣大量堆放造成的环境污染问题；此外，制备的多孔材料还具有很高的附加价值。因此，采用陶瓷废渣直接制备高性能高附加价值的多孔材料变得至关重要。

发明内容

本发明针对目前陶瓷废渣由于杂质的存在，无法循环再利用，且大量堆放造成环境污染等缺点，提供一种利用陶瓷废渣制备多孔材料的方法。

该方法充分利用陶瓷废渣本身的化学组成的特点，(主要组成以SiO₂和Al₂O₃为主，并含有大量的碱金属和碱土金属氧化物)，充分利用陶瓷废渣中杂质造成的发泡缺点，转变为制备多孔材料的优点，结合添加剂的调节作用，采在碳化硅为化学发泡剂，利用高温发泡的方法制备得到一种高性能的多孔材料，其具有很广的应用范围。

该方法首先将陶瓷渣与添加剂、发泡剂通过球磨混合均匀，加入粘结剂后，搅拌混匀，然后将所得物料干燥造粒后预压成型，采用高温化学发泡，最后经干燥后烧制，得到多孔材料。