[发明专利]一种利用固体废弃物制备高强度发泡陶瓷的方法

说明书

本发明涉及陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种利用固体废弃物制备高强度发泡陶瓷的方法，以煤系固废、金属尾矿等工业固废为主要原料，含铬污泥作为晶相调控剂，添加0.1～1.0％的复合发泡剂与0.05～0.6％的分散剂，经干法球磨混合制成均匀的粉料，再添加0.5～5％的短切纤维作为增强剂，经湿法高速搅拌制成均匀分散的泥浆，后经干燥制粉、装模烧成、冷却晶化、切割成型制备而成；这种利用固体废弃物制备高强度发泡陶瓷的方法，既解决了现有发泡陶瓷原材料成本高、力学性能差的问题，又实现了固体废弃物的高附加值利用。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种利用固体废弃物制备高强度发泡陶瓷的方法。

背景技术

发泡陶瓷是利用粉末高温发泡法制得的一种闭孔陶瓷基材料，具有轻质高强、保温隔音、防水阻燃等优异的特性，已被用作建筑外墙保温材料及自保温隔墙材料。发泡陶瓷的原材料主要由铝硅质原料、熔剂性原料和发泡剂组成，但因其对原材料品质要求低，以固体废弃物制备发泡陶瓷已成为主要研究方向。然而，固体废弃物的组分通常与发泡陶瓷相差较大，使用单一固废制备发泡陶瓷需引入大量的矿物原料和化学添加剂，显著降低材料的固废利用率，并增加其制备成本。例如，在中国发明专利ZL201810378144.9中公开了一种利用粉煤灰制备高强度发泡陶瓷材料的方法，该方法除了利用粉煤灰以外，还需添加24～33％的粘土、3～6％的氧化镁、1～5％的碳酸钠、1～5％的碳酸钙，以及3～6％的偏磷酸钠，导致材料的制备成本显著提升。且使用的粘土属于不可再生资源，不利于其可持续发展。

力学性能是发泡陶瓷作为建筑墙体保温材料的重要性能指标，目前用于内隔墙的发泡陶瓷体积密度约400kg/m³，但抗压强度仅5～8MPa，制约了发泡陶瓷在装配式建筑中的应用。提升发泡陶瓷固相孔壁的强度，是实现其轻质高强化的关键。

发泡陶瓷的固相孔壁是由玻璃相包裹晶相构成，由于玻璃相具有较高的脆性，如何降低玻璃相的含量、提升结晶度，成为提高发泡陶瓷基体强度的重要方法。然而，玻璃相源于发泡阶段形成的高温熔体，形成充足的高温熔体是发泡陶瓷气孔形成的基本条件。若能在熔体冷却阶段促进晶相的析出，则可在不影响发泡陶瓷孔结构的同时，提升发泡陶瓷的强度。此外，纤维具有较高的断裂模量，与陶瓷基体的复合可显著提升陶瓷基体的断裂强度，但长纤维在高温下易受到熔体的侵蚀，且阻碍气孔的生长。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决如何通过降低玻璃相的含量、提升结晶度，提高发泡陶瓷基体强度的问题，提供了一种利用固体废弃物制备高强度发泡陶瓷的方法。

为了实现上述目的，本发明公开了一种利用固体废弃物制备高强度发泡陶瓷的方法，包括以下步骤：

S1：原材料预处理：将煤系固废、金属尾矿、含铬污泥在100～110℃烘干24h，并单独粉磨至粒度＜75μm；

S2：配方制备：将步骤S1中的原材料按照煤系固废20～40％，金属尾矿35～55％，含铬污泥5～30％，复合发泡剂0.1～1.0％，分散剂0.05～0.5％称量，在钢球磨中混合球磨1～4h，出磨粉料细度控制在45μm标准筛筛余≤10％；

S3：纤维复合：向混合均匀的配方粉料内添加0.5～5％的短切纤维，并按照水料比1:1加入自来水，利用行星式搅拌机高速搅拌10～60min，搅拌速度为280r/min，然后将泥浆在100～110℃干燥成粉料；

S4：装模烧成：将步骤S3得到的粉料装入耐火模具内，以3～5℃/min升温至1160～1240℃，烧成保温0.5～1.5h；

S5：冷却晶化：将步骤S4中烧成得到的材料由烧成温度冷却至析晶温度，并在析晶温度保温1～4h，再由析晶温度冷却至室温；

S6：切割成型：将步骤S5中冷却至常温的材料，由金刚石带锯切割成规定尺寸的产品。