專利名稱：一種以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用尾礦以及陶瓷磚拋光廢料為原料制備的發(fā)泡陶瓷材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)泡陶瓷材料是一種通過在坯體配方中添加適量的發(fā)泡劑而制得的具有閉氣孔的陶瓷材料，具有輕質(zhì)、隔熱、保溫和隔音等優(yōu)點(diǎn)，作為一種功能性陶瓷材料已廣泛應(yīng)用于建筑、石油化工等領(lǐng)域。目前，現(xiàn)有技術(shù)發(fā)泡陶瓷材料的生產(chǎn)工藝為以長石、高嶺土、石英等硅酸鹽為基礎(chǔ)原料，添加碳酸鹽(如碳酸鈉、碳酸鈣)、碳粉等作為發(fā)泡劑，通過成形和高溫?zé)崽幚淼裙に嚩@得產(chǎn)品?，F(xiàn)有技術(shù)發(fā)泡陶瓷材料的制備，一方面需要使用大量的長石、高嶺土、石英等優(yōu)質(zhì)硅酸鹽原料，同時(shí)所添加的發(fā)泡劑材料價(jià)格較貴，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，從而限制了發(fā)泡陶瓷材料的生產(chǎn)發(fā)展以及進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。此外，尾礦作為礦山企業(yè)生產(chǎn)排放的廢棄物，長期堆積而形成尾礦壩，不僅占地面積大，存在著很大的安全隱患，而且對(duì)地下水和環(huán)境造成極大的污染，因此，如何有效處理和利用尾礦資源已受到日益廣泛的關(guān)注，同時(shí)也是決定礦區(qū)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)能否可持續(xù)發(fā)展的重要保證。其次，陶瓷磚拋光廢料是在對(duì)瓷磚表面進(jìn)行拋光的過程中，拋光盤和磚面之間相互摩擦所產(chǎn)生的廢料。隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，陶瓷磚的需求量迅速增加，因此陶瓷磚生產(chǎn)中所產(chǎn)生的拋光廢料也在迅猛 增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)廣東佛山陶瓷產(chǎn)區(qū)僅在2011年，各種拋光磚廢料的年產(chǎn)量已經(jīng)超過300萬噸，全國拋光磚廢料的年產(chǎn)量估計(jì)在500萬噸。而目前，對(duì)其主要是采取堆積或填埋的方式進(jìn)行處理，同樣地，不僅占地面積增大，而且也給企業(yè)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來很多不利的影響?？傊?，廢棄資源的再生利用其重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益已為全社會(huì)所重視和關(guān)注。而在眾多的尾礦中，稀土尾礦和蛇紋石尾礦是兩類典型的尾礦，其儲(chǔ)存量大、處理難度高。我國稀土儲(chǔ)量豐富，約占世界儲(chǔ)量的45%，其中江西、廣東、福建、廣西與湖南等地是稀土礦的主產(chǎn)區(qū)，其離子型稀土占全國儲(chǔ)量的95%以上。然而這類稀土礦品位較低，每生產(chǎn)I噸稀土產(chǎn)品約產(chǎn)生1500-2000噸尾礦。以江西贛南稀土礦的開采為例，在經(jīng)過近30年的開采后，目前稀土尾礦已堆積如山，多達(dá)近30億噸，且每年以數(shù)千萬噸的量新增，由于這些稀土尾礦沒有進(jìn)行科學(xué)的開發(fā)利用，給當(dāng)?shù)匾约案浇鼌^(qū)域的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來了嚴(yán)重影響。蛇紋石礦主要位于四川石棉縣、江蘇東海縣、河南信陽市、陜西寧強(qiáng)縣和江西弋陽縣等，已探明貯量超過五億噸，目前年開采量約為20(Γ300萬噸，主要作為鈣、鎂、磷肥的生產(chǎn)原料，在開采生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的蛇紋石尾礦，約占開采量的三分之一到三分之二。但目前蛇紋石尾礦的利用率很低，僅占排放量的2%左右，主要是利用蛇紋石尾礦制備氧化鎂、氧化鐵紅、二氧化硅和碳酸鈣等原料?？偠灾绾斡行?、科學(xué)地利用廢棄資源仍然需要進(jìn)行大量的研究開發(fā)工作。充分利用再生資源開發(fā)節(jié)能材料，不僅是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，也是建立資源、能源節(jié)約型社會(huì)的迫切要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用稀土尾礦和蛇紋石尾礦以及陶瓷磚拋光廢料為原料制備的發(fā)泡陶瓷材料，以充分利用廢棄資源，通過優(yōu)化和調(diào)控坯體配方而獲得性能優(yōu)異的發(fā)泡陶瓷材料。本發(fā)明的另一目的在于提供上述發(fā)泡陶瓷材料的制造方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的一種以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡劑；所述基礎(chǔ)坯料的組成為稀土尾礦30 60wt%、蛇紋石尾礦20 30wt%、低溫砂10 30wt%、滑石5 10wt%、蘇州土 5 10wt% ;所述發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的5 20wt%。本發(fā)明以稀土尾礦和蛇紋石尾礦作為主要原料，同時(shí)輔助使用低溫砂、滑石和蘇州土原料，使得高溫下產(chǎn)生合適的液相量，通過包裹陶瓷磚拋光廢料中所含碳化硅高溫下分解產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，在坯體中形成氣泡，在保證產(chǎn)品具有輕質(zhì)的情況下，同時(shí)具有足夠的強(qiáng)度，從而獲得所需要的發(fā)泡陶瓷材料。上述方案中，本發(fā)明所述陶瓷磚拋光廢料中碳化硅的含量以10 20wt%為宜。進(jìn)一步地,本發(fā)明所述稀土尾礦含有高嶺石10 20wt%、云母15 20wt%、石英55 60wt%、長石10 15wt% ;所述蛇紋石尾礦含有蛇紋石45 50wt%、撤攬石20 25wt%、透閃石5 10wt%、高嶺石10 15wt%、方解石3 5wt%。、磁鐵礦5 8wt%。上述方案中，本發(fā)明所述稀土尾礦其化學(xué)組成含有Si026 5 70wt%、Al20315 20wt%、K20+Na206 10wt%、Fe203+Ti022 3wt%、燒失量3 5wt% ;所述蛇紋石尾礦其化學(xué)組成含有 Mg035 40wt%、Si023`5 40wt%、Al2035 10wt%、Ca02 3wt%、Fe203+Ti025 8wt%、燒失量 10 15wt%。本發(fā)明的另一目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的上述以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料的制造方法，包括以下步驟(I)將所述基礎(chǔ)坯料、陶瓷磚拋光廢料配料后，加入泥漿稀釋劑和懸浮劑進(jìn)行濕法球磨得到料漿；(2)所述料漿經(jīng)噴霧造粒、干壓成形而獲得生坯；(3)所述生坯脫模、干燥后，在1150 1250°C溫度下燒成、保溫10 45min即得
到產(chǎn)品。進(jìn)一步地，本發(fā)明制造方法所述步驟(I)中泥漿稀釋劑為三聚磷酸鈉，懸浮劑為羧甲基纖維素鈉，其添加量分別為基礎(chǔ)坯料的2 3wt%。和I 2wt%。。所述濕磨的時(shí)間以30 45min為宜。所述步驟(3)中在100 120°C溫度下干燥60 lOOmin。本發(fā)明具有以下有益效果(I)大量利用了稀土尾礦和蛇紋石尾礦作為基礎(chǔ)坯料的主要原料(用量大于50%)，通過優(yōu)化和調(diào)控坯體配方，保證了坯體具有良好的壓制成型性能和燒結(jié)性能，并利用陶瓷磚拋光廢料作為發(fā)泡劑，從而充分實(shí)現(xiàn)了廢棄物的資源化綜合利用，降低了生產(chǎn)成本，為發(fā)泡陶瓷材料的生產(chǎn)發(fā)展提供了新的途徑，并有助于發(fā)泡陶瓷材料的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。(2)通過調(diào)節(jié)尾礦在基礎(chǔ)坯料中的引入量以及燒成溫度，可調(diào)控坯體的燒結(jié)性能(即坯體中產(chǎn)生液相量以及高溫粘度);通過調(diào)節(jié)陶瓷磚拋光廢料的引入量，可調(diào)控坯體在燒成過程中產(chǎn)生的氣體量，從而獲得具有不同性能的發(fā)泡陶瓷材料，滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求。(3)本發(fā)明制備工藝穩(wěn)定可靠，易于控制和實(shí)現(xiàn)，有利于大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例采用的稀土尾礦來源于江西贛南尋烏縣，主要含有高嶺石10 20wt%、云母15 20wt%、石英55 60wt%、長石10 15wt% ;其化學(xué)組成含有Si026 5 70wt%、Al20315 20wt%、K20+Na206 10wt%、Fe203+Ti022 3wt%、燒失量 3 5wt%。蛇紋石尾礦來源于江西戈陽縣，主要含有蛇紋石45 50wt%、橄欖石20 25wt%、透閃石5 10wt%、高嶺石10 15wt%、方解石3 5wt%。、磁鐵礦5 8wt% ;其化學(xué)組成含有Mg035 40wt%、Si023 5 40wt%、Al2035 10wt%、Ca02 3wt%、Fe203+Ti025 8wt%、燒失量 10 15wt%。實(shí)施例一1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡齊[J，基礎(chǔ)坯料的組成為稀土尾礦60wt%、蛇紋石尾礦20wt%、低溫砂10wt%、滑石5wt%、蘇州土5wt% ;發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的10wt%，陶瓷磚拋光廢料中含碳化硅15wt%。2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法如下
(I)將上述基礎(chǔ)坯料、陶瓷磚拋光廢料配料后，加入用量分別為基礎(chǔ)坯料的3wt%。和Iwt%。的泥漿稀釋劑三聚磷酸鈉和懸浮劑羧甲基纖維素鈉，并加入水進(jìn)行濕法球磨30min得到料衆(zhòng)；(2)料漿經(jīng)噴霧造粒、干壓成形而獲得生坯；(3)生坯脫模后，在100°C溫度下干燥lOOmin，然后在1150°C溫度下燒成、保溫30min即得到產(chǎn)品。實(shí)施例二 1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡齊[J，基礎(chǔ)坯料的組成為稀土尾礦30wt%、蛇紋石尾礦30wt%、低溫砂30wt%、滑石5wt%、蘇州土5wt% ;發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的10wt%。2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法同實(shí)施例一。實(shí)施例三1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，其配方組成同實(shí)施例
--O2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法與實(shí)施例二不同之處在于步驟(3)中，燒成溫度為1250°C。實(shí)施例四
1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡齊[J，基礎(chǔ)坯料的組成為稀土尾礦45wt%、蛇紋石尾礦25wt%、低溫砂20wt%、滑石5wt%、蘇州土5wt% ;發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的15wt%，陶瓷磚拋光廢料中含碳化硅20wt%o2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法與實(shí)施例一不同之處在于步驟⑴中，泥漿稀釋劑三聚磷酸鈉和懸浮劑羧甲基纖維素鈉的用量分別為基礎(chǔ)還料的2￥丨％。和1. 5wt%。,濕法球磨時(shí)間為45min。實(shí)施例五1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡齊[J，基礎(chǔ)坯料的組成為稀土尾礦30wt%、蛇紋石尾礦20wt%、低溫砂30wt%、滑石10wt%、蘇州土 10wt% ;發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的5wt%，陶瓷磚拋光廢料中含碳化娃 10wt%o2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法與實(shí)施例一不同之處在于步驟⑴中，泥漿稀釋劑三聚磷酸鈉和懸浮劑羧甲基纖維素鈉的用量分別為基礎(chǔ)還料的3wt%。和1. 5wt%。,濕法球磨時(shí)間為40min。步驟(3)中，燒成保溫時(shí)間為IOmin。實(shí)施例六
1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡齊[J，基礎(chǔ)坯料的組成為稀土尾礦45wt%、蛇紋石尾礦20wt%、低溫砂20wt%、滑石7. 5wt%、蘇州土 7. 5wt% ;發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的5wt%，陶瓷磚拋光廢料中含碳化娃18wt%02、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法與實(shí)施例一不同之處在于步驟(I)中，泥漿稀釋劑三聚磷酸鈉和懸浮劑羧甲基纖維素鈉的用量分別為基礎(chǔ)還料的3wt%。和2wt%。,濕法球磨時(shí)間為45min。步驟(3)中，干燥溫度為120°C,干燥時(shí)間為60min。實(shí)施例七1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡齊U，基礎(chǔ)坯料的組成同實(shí)施例四；發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的20wt%。2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法與實(shí)施例四不同之處在于步驟(3)中，干燥溫度為120°C,干燥時(shí)間為80min。實(shí)施例八1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡齊U，基礎(chǔ)坯料的組成同實(shí)施例四；發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的I0wt%，陶瓷磚拋光廢料中含碳化硅12wt%。2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法與實(shí)施例四不同之處在于步驟(I)中，濕法球磨時(shí)間為40min。步驟(3)中，干燥溫度為120°C，干燥時(shí)間為60min ;燒成溫度為1200°C，保溫時(shí)間為 lOmin。實(shí)施例九
1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，其配方組成同實(shí)施例八。2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法與實(shí)施例八不同之處在于步驟(3)中，燒成保溫時(shí)間為20min。實(shí)施例十1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，其配方組成同實(shí)施例八。2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法與實(shí)施例八不同之處在于步驟(3)中，燒成保溫時(shí)間為30min。實(shí)施例^^一1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡齊[J，基礎(chǔ)坯料的組成為稀土尾礦45wt%、蛇紋石尾礦25wt%、低溫砂15wt%、滑石5wt%、蘇州土10wt% ;發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的10wt%。2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法與實(shí)施例一不同之處在于步驟(I)中，泥漿稀釋劑三聚磷酸鈉和懸浮劑羧甲基纖維素鈉的用量分別為基礎(chǔ)坯料的 2. 5wt%。和1. 5wt%0o實(shí)施例十二 1、本實(shí)施例以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡齊[J，基礎(chǔ)坯料的組成為稀土尾礦45wt%、蛇紋石尾礦25wt%、低溫砂15wt%、滑石10wt%、蘇州土 5wt% ;發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的10wt%。2、本實(shí)施例發(fā)泡陶瓷材料的制備方法與實(shí)施例1^一不同之處在于步驟(3)中，燒成保溫時(shí)間為45min。本發(fā)明實(shí)施例一 十二發(fā)泡陶瓷材料的性能指標(biāo)如表I所示。表I本發(fā)明實(shí)施例一 十二發(fā)泡陶瓷材料的性能指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡劑；其特征在于所述基礎(chǔ)還料的組成為稀土尾礦30 60wt%、蛇紋石尾礦20 30wt%、低溫砂10 30wt%、滑石5 10wt%、蘇州土 5 10wt% ;所述發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的5 20wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，其特征在于所述陶瓷磚拋光廢料中含碳化娃10 20wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，其特征在于所述稀土尾礦含有高嶺石10 20wt%、云母15 20wt%、石英55 60wt%、長石10 15wt% ;所述蛇紋石尾礦含有蛇紋石45 50wt%、橄欖石20 25wt%、透閃石5 10wt%、高嶺石10 15wt%、方解石3 5wt%。、磁鐵礦5 8wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，其特征在于所述稀土尾礦其化學(xué)組成含有Si026 5 70wt%、Al20315 20wt%、K20+Na206 10wt%、Fe203+Ti022 3wt%、燒失量3 5wt% ;所述蛇紋石尾礦其化學(xué)組成含有Mg035 40wt%、Si0235 40wt%、Al2035 10wt%、Ca02 3wt%、Fe203+Ti025 8wt%、燒失量 10 15wt%。
5.權(quán)利要求1-4之一所述以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料的制造方法， 其特征在于包括以下步驟(1)將所述基礎(chǔ)坯料、陶瓷磚拋光廢料配料后，加入泥漿稀釋劑和懸浮劑進(jìn)行濕法球磨得到料漿；(2)所述料漿經(jīng)噴霧造粒、干壓成形而獲得生坯；(3)所述生坯脫模、干燥后，在1150 1250°C溫度下燒成、保溫10 45min即得到產(chǎn)品O
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料的制造方法， 其特征在于所述步驟(I)中泥漿稀釋劑為三聚磷酸鈉，懸浮劑為羧甲基纖維素鈉，其添加量分別為基礎(chǔ)坯料的2 3wt%。和I 2wt%0。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料的制造方法， 其特征在于所述步驟(I)中濕磨時(shí)間為30 45min。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料的制造方法， 其特征在于所述步驟(3)中在100 120°C溫度下干燥60 lOOmin。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以尾礦和陶瓷磚拋光廢料制備的發(fā)泡陶瓷材料，包括基礎(chǔ)坯料和發(fā)泡劑；所述基礎(chǔ)坯料的組成為稀土尾礦30～60wt%、蛇紋石尾礦20～30wt%、低溫砂10～30wt%、滑石5～10wt%、蘇州土5～10wt%；所述發(fā)泡劑為陶瓷磚拋光廢料，其用量為基礎(chǔ)坯料的5～20wt%。此外還公開了上述發(fā)泡陶瓷材料的制造方法。本發(fā)明充分利用廢棄資源，通過優(yōu)化和調(diào)控坯體配方而獲得了性能優(yōu)異的發(fā)泡陶瓷材料，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)也減少了對(duì)環(huán)境所造成的壓力，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本發(fā)明制造方法工藝穩(wěn)定可靠，易于控制和實(shí)現(xiàn)，有利于大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。
文檔編號(hào)C04B38/02GK103044066SQ20131001482
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月12日
發(fā)明者李家科, 劉欣, 程凱, 周健兒, 王艷香, 劉陽 申請(qǐng)人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院