發泡陶瓷保溫板及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種發泡陶瓷保溫板及其制備方法。該發泡陶瓷保溫板的原料按重量百分含量計包含：粉煤灰提取氧化鋁殘渣30％～60%、滑石5％～15%、煤矸石5％～15%、助熔劑熔30％～50%、以及適量的輔料。本發明通過以粉煤灰提取氧化鋁殘渣和煤矸石作為主要原料制作發泡陶瓷保溫板，不僅為粉煤灰提鋁殘渣和煤矸石的處置和利用提供了一種新的途徑，增加了經濟效益和環境效益；而且，還使得本發明的發泡陶瓷保溫板具有輕質和高抗拉強度的性能。
【專利說明】發泡陶瓷保溫板及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及陶瓷保溫板領域，具體而言，涉及一種發泡陶瓷保溫板及其制備方法。【背景技術】
[0002]粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國是個產煤大國，以煤炭為電力生產基本燃料，隨電力工業發展，燃煤電廠粉煤灰排放量逐年增加，2000年粉煤灰排放量約為1.5億噸，2010年達到3億噸。大量粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中有毒化學物質還會對人體和生物造成危害，大量粉煤灰的排放給我國國民經濟建設及生態環境造成巨大的壓力。另一方面，我國又是人均占有資源儲量有限的國家，粉煤灰的綜合利用，變廢為寶、變害為利，是我國經濟建設中一項重要技術經濟政策，是解決我國電力生產環境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手段。
[0003]為了將粉煤灰變廢為寶，進行再利用，在中國發明專利《閉氣孔發泡陶瓷保溫板的制備方法》(公開(公告)號:CN102603357A)公開了一種以粉煤灰為主要原料,輔助以寧海土微粉、滑石粉，并以玻璃粉為助溶劑在1230~1260°C氧化氣氛下燒結并保溫0.5~2h后隨爐冷卻得到發泡陶瓷保溫板，所得發泡陶瓷保溫板閉氣孔率75%以上，抗拉強度達到
0.2MPa。這種方法所制備發泡陶瓷保溫板抗拉強度值雖然能夠得到0.2MPa左右，其力學性能仍需提高以滿足使用需要。

【發明內容】

[0004]本發明旨在提供 一種發泡陶瓷保溫板及其制備方法，以提高所述發泡陶瓷保溫板的抗拉強度。
[0005]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種發泡陶瓷保溫板，該發泡陶瓷保溫板的原料按重量百分含量計包含:粉煤灰提取氧化鋁殘渣30%~60%、滑石5%~15%、煤矸石5%~15%、助熔劑熔30%~50%、以及適量的輔料。
[0006]進一步地，上述發泡陶瓷保溫板的原料按重量百分含量計包含:粉煤灰提取氧化鋁殘渣30%~50%、煤矸石5%~10%、滑石5%~10%、助熔劑熔35%~50%、以及適量的輔料。
[0007]進一步地，上述粉煤灰提取氧化鋁殘渣中SiO2的含量為總重量的30%~50%，Al2O3的含量為總重量的5.0%~30%，燒失量為總重量的25%~35%。
[0008]進一步地，上述煤矸石按重量百分含量計包含:Si0240.2%~55.0%、Α120330.0%~40.0%、Κ200.1% ~0.5%、Na200.05% ~0.3%,CaO0.5% ~1.0%、Mg00.05% ~0.5%,TiO20.1% ~
1.0%、Fe2O30.3% ~1.5%、燒失量 8.0% ~15.0%。
[0009]進一步地，上述輔料按上述發泡陶瓷保溫板的總重量計包含:穩定劑0.1 %~5%、發泡劑0.1%~ 5%、還原劑0.01%~ 5%O
[0010]根據本發明的另一個方面，提供了一種要求I至5中任一項的發泡陶瓷保溫板的制備方法，該方法包括以下步驟:(I)將粉煤灰提鋁殘渣、煤矸石、滑石、助熔劑、以及輔料混合后濕法球磨制得漿料；(2)干燥上述漿料形成前驅體粉料；(3)燒結上述前驅體粉料，冷卻后形成上述發泡陶瓷保溫板。
[0011]進一步地，上述步驟(2)中，采用噴霧干燥工藝干燥上述漿料形成前驅體粉料，或者采用烘干干燥-粉碎分散工藝干燥上述漿料形成前驅體粉料。
[0012]進一步地，上述步驟(3)中，將上述前驅體粉料裝入耐火材料模具中，刮平后燒結處理；優選上述耐火材料模具的材質為剛玉質、堇青石質、或莫來石質。
[0013]進一步地，上述步驟(3)中，在將上述前驅體粉料裝入耐火材料模具之前，在上述耐火材料模具的內壁上形成耐火涂料或耐火材料層，優選上述耐火涂料或耐火材料層的厚度為I~2mm。
[0014]進一步地，上述步驟(3)中，上述燒結的溫度為1150°C~1200°C，上述燒結時間為30 ~120mino
[0015]應用本發明的技術方案一種發泡陶瓷保溫板及其制備方法。通過以粉煤灰提取氧化鋁殘渣和煤矸石作為主要原料制作發泡陶瓷保溫板，為粉煤灰提鋁殘渣和煤矸石的處置和利用提供了一種新的途徑，增加了經濟效益和環境效益。同時，使得本發明發泡陶瓷保溫板具有較輕的性能和較強的抗拉強度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0017]圖1示出了根據本發明實施例1發泡陶瓷保溫板XRD圖譜。`【具體實施方式】
[0018]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0019]正如【背景技術】部分所介紹的，在以粉煤灰為原料制備陶瓷保溫板的過程中，所制備的保溫板存在抗拉強度較差的問題，正是為了解決這一問題，在本發明中提供了一種發泡陶瓷保溫板，該發泡陶瓷保溫板的原料按重量百分含量計包含:粉煤灰提取氧化鋁殘渣30%~60%、滑石5%~15%、煤矸石5%~15%、助溶劑30%~50%、以及適量的輔料。
[0020]在本發明中，首次提出采用粉煤灰提取氧化鋁殘渣作為制備發泡陶瓷保溫板的原料，既可以合理地利用粉煤灰提鋁殘渣，變廢為寶提高粉煤灰提鋁殘渣的經濟利用效率，又可以變害為利改善環境。最重要的是，粉煤灰提取氧化鋁殘渣中含有較高的硅含量和鋁含量，當粉煤灰提取氧化鋁殘渣作為原料制作發泡陶瓷保溫板時，其中的二氧化硅和三氧化二鋁在高溫熔融時反應生成具有莫來石相的獨特結構，這種結構能夠使發泡陶瓷保溫板具有較高的抗拉強度。同時，這種粉煤灰提鋁殘渣顆粒粒徑較細，而顆粒表面及體積內存在介孔、活性很高，使得其作為原料制備發泡陶瓷保溫板時能夠在較低的溫度下就易達到熔融狀態形成熔體，而此時碳化硅氧化產生的氣體留在熔體中形成氣泡，使得到的發泡陶瓷保溫板的具有較高的氣孔率。氣孔率較高使發泡陶瓷保溫板不僅具有輕質的性能，而且導熱系數小，具有良好的保溫性能。
[0021]同時，煤矸石是在成煤過程中與煤共同沉積的有機化合物和無機化合物混合在一起的巖石。煤矸石是碳質、泥質和砂質頁巖的混合物，具有低發熱值。煤矸石成分主要是硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬，其化學組成為Si02、Al203、Fe203、Ca0、Mg0、Ti02、P205、(K2CHNa2O)、V2O5等。煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農田和水體。矸石山還會自燃發生火災，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。因此，煤矸石的處理和綜合利用越來越受到世界各國的重視。在本發明中采用煤矸石作為制備發泡陶瓷保溫板的原料，既減少了環境污染，又提高了煤矸石的有效利用率。
[0022]本發明首次以粉煤灰提取氧化鋁殘渣和煤矸石作為主要原料，并在其他輔料的作用下制作發泡陶瓷保溫板，為粉煤灰提鋁殘渣和煤矸石的處置和利用提供了一種新的途徑，增加了經濟效益和環境效益。同時，通過將本發明上述范圍的各成分為原料能夠使制得的發泡陶瓷保溫板具有較輕的性能和較強的抗拉強度。
[0023]為了使得到的發泡陶瓷保溫板的性能更好，在本發明的一種優選是實施例中，上述發泡陶瓷保溫板的原料按重量百分含量計包含:粉煤灰提取氧化鋁殘渣30%~50%、滑石5%~10%、煤矸石5%~10%、助熔劑35%~50%、以及適量的輔料。上述范圍的各成分含量能夠值得的發泡陶瓷保溫板具有更輕的性能和更強的抗拉強度。
[0024]在本發明的發泡陶瓷保溫板的原料中，對粉煤灰提取氧化鋁殘渣的選擇并沒有特殊要求，只要能夠用于制備發泡陶瓷保溫板即可。在本發明一種典型的實施例中，優選上述粉煤灰提取氧化鋁殘渣中SiO2的含量為總重量的30%~50%，Al2O3的含量為總重量的
5.0 %~30%，燒失量的含量為總重量的25%~35%。在上述范圍內的各成分含量有利于形成力學性能優良的發泡陶瓷保溫板。尤其是在30%~50%的SiO2和5.0%~30%范圍的Al2O3對發泡陶瓷保溫板的高抗拉強度有重要作用。
[0025]在本發明的發泡陶瓷保溫板的原料中，對煤矸石的成分及其中各成分的含量也沒有特殊要求，只要其 中含有SiO2和Al2O3即可。在本發明一種優選的實施例中，煤矸石按重量百分含量計包含:Si0240.2% ~55.0%、Α120330.0% ~40.0%、Fe2O30.3% ~1.5%、TiO20.1% ~1.0%、Ca00.5% ~1.0%、Mg00.05% ~0.5%,K2O0.1% ~0.5%,Na2O0.05% ~0.3%、燒失量8.0%~15.0%。含有上述范圍的SiO2和Al2O3成分的煤矸石也利于使制得的發泡陶瓷保溫板具有優異的力學性能，提高了其作為建筑用保溫材料的適用性。
[0026]為了使制得發泡陶瓷保溫板具有適用于建筑外墻保溫的性能，通常在制作發泡陶瓷保溫板時還加入一些輔料以增強其防火阻燃、抗老化能力、穩定性以及降低其導熱性等性能。本領域技術人員在本發明的教導下，有能力選擇適當的輔料。
[0027]上述輔料包含按發泡陶瓷保溫板的總重量計0.1%~5%穩定劑。穩定劑的用量并不限于上述范圍，將其控制在上述范圍內能夠使發泡陶瓷保溫板的穩定性能好，安全穩固性好。在本發明中可以使用的穩定劑包括但不限于氧化鈣、氧化亞鐵、氧化鐵或金屬鐵，優選氧化鐵作為穩定劑。上述輔料還包含按發泡陶瓷保溫板的總重量計0.1%~5%的發泡劑。發泡劑的用量并不限于上述范圍，將其控制在該范圍內有利于使發泡陶瓷保溫板的氣孔率比較高，使發泡陶瓷保溫板的干密度小，進而使發泡陶瓷保溫板具有輕質的性能。在本發明中可以使用的發泡劑包括但不限于碳酸鈣、碳化硅或白云石，優選氮化硅作為發泡劑。上述輔料還包含按發泡陶瓷保溫板的總重量計0.01%~5%的還原劑。將還原劑的用量并不限于上述范圍，將其控制在上述范圍內有利于提高發泡陶瓷保溫板的抗老化能力，使其能夠與建筑物同壽命，更重要的是能夠增加其阻燃防火能力。本發明中可以使用的還原劑包括但不限于焦炭粉、石墨粉或無煙煤粉，優選焦炭粉。
[0028]本發明所提供的上述發泡陶瓷保溫板，可以通過采用上述發泡陶瓷保溫板的原料，通過發泡陶瓷保溫板的常規生產工藝制備即可。在本發明的一種優選實施方式中，上述發泡陶瓷保溫板的制備方法包括以下步驟:(I)將粉煤灰提鋁殘渣、煤矸石、滑石、助溶劑、以及輔料混合后濕法球磨制得漿料；(2)干燥漿料形成前驅體粉料；(3)燒結前驅體粉料，冷卻后形成發泡陶瓷保溫板。
[0029]本發明的上述制備方法通過粉煤灰提鋁殘渣、煤矸石為主要原料，并與其他輔料混合后，進行濕法球磨制得漿料，然后干燥該漿料形成前驅體粉料，最后燒結前驅體粉料，冷卻后就形成了發泡陶瓷保溫板。該制備方法不含過篩除鐵、粉料陳腐、成型等工序，且無需對粉煤灰提鋁殘渣進行水洗等預處理，制備工藝簡單易行。且以粉煤灰提鋁殘渣和煤矸石為原料按上述制備方法制備發泡陶瓷保溫板具有顯著的經濟效益和環境效益，且所得的發泡陶瓷保溫板具有輕質和高抗拉強度的特點。
[0030]本發明的上述制備方法中，對所形成的漿料進行干燥時，采用常規的干燥方法均可，只要能實現使漿料干燥的效果即可。在本發明一種優選的實施例中，優選但不限于采用噴霧干燥工藝或干燥-粉碎分散工藝干燥漿料形成前驅體粉料。
[0031]采用上述噴霧干燥工藝能夠在使漿料干燥的同時形成前驅體粉料。在采用這種噴霧干燥工藝制備前軀體粉末時，采用常規噴霧干燥工藝，形成干燥的粉末即可。在本發明的一種優選實施方式中，上述噴霧干燥工藝中，進料泵頻率為20~80Hz，進料速度為5~12kg/hr，干燥溫度為150~220°C ;采用上述進料泵頻率和進料速度與上述干燥溫度配合，能夠使所有的漿料以較適合的速度進行干燥，使漿料干燥利于后續燒結過程中發泡劑產生氣泡以形成孔隙。在本發明上述方法所形成的前驅體粉料只要是顆粒狀，且干燥的即可，對其顆粒粒徑并沒有特殊的要求。在一種優選方式中，前驅體粒徑分布范圍為D5(i=30~70 μ m。將前驅體粒徑分布范圍控制在上述范圍內，有利于使所形成的粉料性能良好。
[0032]采用烘干干燥-粉碎分散工藝干燥漿料形成前驅體粉料的方法時，需要先對漿料進行干燥，在將干燥后的固體研磨成粉末。這種方法雖然需要分步驟進行操作，但是其對設備的要求較低。更適用于沒有設置噴霧干燥裝置的工廠使用。在這種方法的干燥步驟中，采用常規的干燥手段即可，在本發明中優選為在90~120°C的烘干溫度下烘干30~60min。采用上述烘干溫度和烘干時間有利于在保持漿料中各成分性能不變的情況下進行徹底干燥，在這種方法的粉碎步驟中采用常規裝置即可，在本發明中優選采用盤磨儀或球磨機進行粉碎。在本發明上述方法所形成的前驅體粉料只要是顆粒狀，且干燥的即可，對其顆粒粒徑并沒有特殊的要求。
[0033] 本發明的上述制備方法的步驟(3)中，對前驅體粉料進行燒結的步驟中，優選將將上述前驅體粉料裝入耐火材料模具中，刮平后燒結處理；優選耐火材料模具的材質為剛玉質、堇青石質、莫來石質。這些材料具有較好的耐火性能，將前驅體粉料裝入其中進行高溫燒結時穩定性好，不易變形，進而使具有一定形狀的發泡陶瓷保溫板保持穩定的形狀和性倉泛。
[0034]優選上述步驟(3)中，在將前驅體粉料裝入耐火材料模具之前，在耐火材料模具的內壁上形成耐火涂料或耐火纖維紙，優選耐火涂料或耐火纖維紙的厚度為I~2_，本發明采用在耐火材料模具的內壁上形成耐火涂料或耐火纖維紙使得到的發泡陶瓷保溫板不與耐火材料模具粘聯。I~2_厚度的耐火涂料或耐火纖維紙即可使發泡陶瓷保溫板具有優良的耐火性能，太厚造成原料的浪費并增加生產成本。在本發明中可以使用的耐火涂料為氧化鋁耐火涂料，可以使用的耐火纖維紙為硅酸鋁耐火纖維紙..。
[0035]本發明的上述制備方法的指導下，本領域技術人員可以根據所使用的發泡劑和對孔隙率及孔徑大小的要求不同，對燒結步驟中的燒結溫度進行合理調整。在本發明一種優選的實施例中，上述步驟(3)中，燒結的溫度為1150°C~1200°C，燒結時間為30~120min。本發明中采用上述燒結溫度是利用發泡劑在該溫度下能夠分解生成二氧化碳來形成空隙，而選擇上述范圍的燒結時間能夠使得到的發泡陶瓷保溫材料的空隙率比較高，進而使得到的發泡陶瓷保溫材料的干密度比較小，這使得最終形成的發泡陶瓷保溫材料具有輕質的性倉泛。
[0036]從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果:本發明針對現有技術之缺失，利用粉煤灰提鋁殘渣及煤矸石為主要原料制備發泡陶瓷保溫板，既是處置和利用粉煤灰提鋁殘渣和煤矸石的較好途徑，又具有顯著地經濟效益和環境效益。同時，大幅度地提高發泡陶瓷保溫板的力學性能。
[0037]下面結合具體的實施例進一步說明本發明的有益效果。
[0038]實施例1
[0039]發泡陶瓷保溫板的原料:粉煤灰提鋁殘渣30kg、煤矸石10kg、滑石15kg、助熔31kg、穩定劑氧化亞鐵粉3.5kg、發泡劑碳化硅粉3kg、還原劑焦炭粉2.5kg。其中粉煤灰提鋁殘渣和煤矸石成分如表1所示。
[0040]表1
【權利要求】
1.一種發泡陶瓷保溫板，其特征在于，所述發泡陶瓷保溫板的原料按重量百分含量計包含:粉煤灰提取氧化鋁殘渣30%~60%、滑石5%~15%、煤矸石5%~15%、助熔劑熔30%~50%、以及適量的輔料。
2.根據權利要求1所述的發泡陶瓷保溫板，其特征在于，所述發泡陶瓷保溫板的原料按重量百分含量計包含:粉煤灰提取氧化鋁殘渣30%~50%、煤矸石5%~10%、滑石5%~10%、助熔劑熔35%~50%、以及適量的輔料。
3.根據權利要求1或2所述的發泡陶瓷保溫板，其特征在于，所述粉煤灰提取氧化鋁殘渣中SiO2的含量為總重量的30%~50%,Al2O3的含量為總重量的5.0%~30%，燒失量為總重量的25%~35%。
4.根據權利要求1或2所述的發泡陶瓷保溫板，其特征在于，所述煤矸石按重量百分含量計包含:Si0240.2% ~55.0%、Α120330.0% ~40.0%、K2O0.1% ~0.5%、Na2O0.05% ~0.3%、CaO0.5% ~1.0%、MgO0.05% ~0.5%、TiO20.1% ~1.0%、Fe2O30.3% ~1.5%、燒失量 8.0% ~15.0%。
5.根據權利要求1或2所述的發泡陶瓷保溫板，其特征在于，所述輔料按所述發泡陶瓷保溫板的總重量計包含:穩定劑0.1%~5%、發泡劑0.1%~5%、還原劑0.01%~5%。
6.一種權利要求1至5中任一項所述的發泡陶瓷保溫板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將粉煤灰提鋁殘渣、煤矸石、滑石、助熔劑、以及輔料混合后濕法球磨制得漿料； (2)干燥所述漿料形成前驅體粉料； (3)燒結所述前驅體粉料，冷卻后形成所述發泡陶瓷保溫板。
7.根據權利要求6所述制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，采用噴霧干燥工藝干燥所述漿料形成前驅體粉料，或者采用烘干干燥-粉碎分散工藝干燥所述漿料形成前驅體粉料。
8.根據權利要求6所述制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，將所述前驅體粉料裝入耐火材料模具中，刮平后燒結處理；優選所述耐火材料模具的材質為剛玉質、堇青石質、或莫來石質。
9.根據權利要求8所述制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在將所述前驅體粉料裝入耐火材料模具之前，在所述耐火材料模具的內壁上形成耐火涂料或耐火材料層，優選所述耐火涂料或耐火材料層的厚度為I~2mm。
10.根據權利要求6至9中任一項所述制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述燒結的溫度為1150°C~1200°C，所述燒結時間為30~120min。
【文檔編號】C04B30/00GK103803943SQ201310687782
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】郭昭華, 栗海峰, 陳東, 雷新榮, 袁明, 周俊, 羅學維, 王丹妮 申請人:中國神華能源股份有限公司, 神華準能資源綜合開發有限公司