德兴铜矿尾矿/钢渣/煤矸石体系高性能泡沫陶瓷制备方法

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德兴铜矿尾矿/钢渣/煤矸石体系高性能泡沫陶瓷制备方法

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来源

https://www.xjishu.com/zhuanli/25/202411534458.html

本发明涉及固体废弃物资循环利用、建筑物节能及新型建筑陶瓷材料领域，特别涉及一种以德兴铜矿尾矿/钢渣/煤矸石为原料制备的全固废体系高性能泡沫陶瓷制备方法。

背景技术

大量堆积的垃圾不仅侵占了土地资源，还会在露天散布灰尘，造成空气污染。因此,将工业固废高效资源化,既能减少工业固废占用土地,又能减少环境污染,社会效益和生态效益十分重要。
在钢铁冶炼过程中，钢渣排放作为副产品之一，约占粗钢总产量的15％-20％，并随着世界钢铁产量的增加而迅速增加。钢渣堆渣作为一种固体废物，不仅占用土地，还带来一系列生态环境污染问题，也在一定程度上造成宝贵资源的浪费。随着其总量的增加，极大地阻碍了环境的可持续发展。因此，钢渣的高效资源化利用势不容缓。
煤矸石作为煤炭开采加工过程中的主要固体废物。但由于煤矸石热值低，利用难，一般露天堆放，倾倒在矿区周边，容易造成土壤、地下水等环境污染，目前，煤矸石地面综合治理技术主要集中在煤矸石发电、铺路、建材生产上，已不能满足煤矸石处理量逐年增长的要求，煤矸石固体废物的无害化、资源化、大规模处置利用迫在眉睫。
泡沫陶瓷作为一种新型建筑材料，具有高温稳定性、绝热、气孔率高等多种优点，广泛应用于隔热保温、过滤器、催化剂载体等领域。目前已有大量关于利用工业固废制备泡沫陶瓷的研究报告，其成本低、使用温度高、环保等特点使其在建筑行业应用前景广阔，这将进一步的促进相关技术的转化和应用，有利于环境和能源节约等问题的合理解决。
在以铜矿尾矿、钢渣或煤矸石的固废资源化利用研究中，中国专利申请号cn202311298674.x公开了一种利用铜矿尾矿制备高白度陶瓷坯体及烧制方法。原料除铜矿尾矿以外，还包括高岭土、钾长石、钙基膨润土、硼泥和磁铁尾矿。该方法原料种类多，热处理制度复杂，制备过程中添加络合除铁剂，铜矿尾矿利用率不高，未涉及以全固废为原料制备材料，也未涉及钢渣和煤矸石的资源化利用。
中国专利申请号cn202410272599.8公开了一种利用钢渣、二氧化钛、石墨粉、淀粉和粘接剂制备陶瓷复合材料的方法。该方法制备工艺较复杂，制备过程中添加粘接剂，未涉及全固废体系泡沫陶瓷及其制备方法。
中国专利申请号cn202410374491.x公开了一种吸音隔音陶瓷材料的制备方法。该方法以尾矿、胶凝材料、发泡剂、造孔剂、稳泡剂为原料，其中尾矿包含铁尾矿、钨尾矿和长石尾矿，按比例称量各种原料，经过湿法球磨、成型、干燥、烧结处理后，制得了吸音隔音陶瓷材料。该方法制备的吸音隔音陶瓷材料需添加造孔剂、稳泡剂及发泡剂。生产成本较高，未涉及全固废体系泡沫陶瓷及其制备方法。

技术实现思路

为最大限度的利用工业固废，有效解决德兴铜矿尾矿/钢渣/煤矸石利用率低、污染重等问题，本发明提供了以德兴铜矿尾矿/钢渣/煤矸石为原料，充分利用三种原料化学组成间的协同-互补-相克效应，制备全固废体系高性能泡沫陶瓷材料，可用作建筑物墙体及隔热防火材料。
本发明的目的是这样实现的。一种全固废体系高性能泡沫陶瓷制备方法，其特征在于，其步骤如下：
1)德兴铜矿尾矿/钢渣/煤矸石经行星式球磨机球磨后，三种原料粒径均为200目以上；
2)将球磨好的三种原料干燥完全后，按预先设计的原料质量配比，与原料总质量3-5％的水在陶瓷研钵中混合均匀，获得配合料。各组成的质量百分比为：德兴铜矿尾矿64-69％、钢渣7-8％、煤矸石23-29％；
3)将所述配合料装入金属模具，采用小型手动压样机在20mpa压力下压制成型，得到泡沫陶瓷坯体；
4)将所述泡沫陶瓷坯体放入高温马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热到1200-1260℃，并保温1小时，随炉冷却，即得泡沫陶瓷。
优选地，方案中少量水的加入起到润湿和粘结性能，有利于原料的压制成型，赋予陶瓷坯体初始机械强度。
优选地，所述压制成型采用单面加压方式。
本发明根据德兴铜矿尾矿/钢渣/煤矸石的物理、化学性能特点,利用潜在的协同-互补-相克效应，科学组合搭配三种工业固废，在合成高性能泡沫陶瓷的基础上，实现三种固废的最大组合。原料组成中的sio2、al2o3在烧结过程中可以构造出泡沫陶瓷的骨架结构，使泡沫陶瓷具有良好的机械性能性能和化学稳定性。化学组成中一定数量的碱/碱土金属氧化物可作为烧结助剂。可用其他化学成分(如fe2o3)作为发泡组成，为泡沫陶瓷形成多孔结构提供条件。除可作为烧结助剂外，碱/碱土金属氧化物还可与sio2、al2o3反应生成硅酸盐、铝酸盐和硅铝酸盐，然后形成玻璃相。形成的玻璃相构成气孔壁，将发泡组成产生的气泡包裹，从而形成泡沫陶瓷的多孔结构。本发明最大限度地利用了德兴铜矿尾矿/钢渣/煤矸石，制备过程简单、成本低、生产可控性高。具有高透水性、高气孔率、高压缩强度，不会造成二次污染等特点，可作为建筑物墙体及隔热防火材料使用。

技术特征

一种全固废体系高性能环沫陶瓷制备方法，其特征在于，其步骤如下：
根据权利要求1所述的一种全固废体系高性能泡沫陶瓷制备方法，其特征在于，不添加任何粘结剂，工业固废利用率100％。
根据权利要求1所述的一种全固废体系高性能泡沫陶瓷制备方法，其特征在于，所述压制成型采用单面加压方式。

技术总结

德兴铜矿尾矿/钢渣/煤矸石体系高性能泡沫陶瓷制备方法。本发明公开了一种全固废体系高性能泡沫陶瓷制备方法，所选原料均来自工业固废，包括德兴铜矿尾矿、钢渣及煤矸石，原料粒径均为200目以上(≤74μm)，其质量百分比组分为：德兴铜矿尾矿64-69％，钢渣7-8％，煤矸石23-29％。将三种原料进行球磨、干燥完全后，与水在陶瓷研钵中混合均匀，获得配合料；以5℃/min的升温速率加热到1200-1260℃，并保温1小时，随炉冷却，即得泡沫陶瓷制品。本发明实现了德兴铜矿尾矿/钢渣/煤矸石的100％利用，成功制备出一种综合性能优异的全固废体系泡沫陶瓷。所制备泡沫陶瓷具有质轻(体积密度：0.23-0.90g/cm<supgt;3</supgt;)、高气孔率(31.59％-90.14％)、高压缩强度(0.52-10.82MPa)、特点，可作为建筑墙体和隔热防火材料。