一种发泡陶瓷保温材料的制备方法及其产品

1.本发明涉及材料领域，尤其是保温材料领域，具体为一种发泡陶瓷保温材料的制备方法及其产品。更具体地，本技术提供一种利用磷石膏作为发泡剂制得的发泡陶瓷保温材料，其能有效降低材料的制备成本，且具有较好的物理性能，能够满足建筑墙体材料的性能要求，增强建筑的保温性能，有利于节能材料的发展。


背景技术：

2.磷石膏是湿法磷酸生产过程副产的一种固体废渣，其主要成分为caso4•
2h2o，并包含磷、氟、碱金属元素、硅、铝、铁、镁等对环境有害的杂质。据统计，湿法磷酸生产每1吨磷酸（以p2o5计），就会产生4.5～5.0吨磷石膏。目前，磷石膏的全球累积排放量约为60亿吨，预计2025—2045年间磷石膏堆存总量将增长至现有存量的2倍，而我国磷石膏堆存量已超过7亿吨，每年新增约8000万吨。如何处理大量的磷石膏，推进磷石膏的资源化利用，已成为解决“三磷”问题的重中之重。
3.目前，我国磷石膏废料主要集中于云、贵、川、鄂、皖等地，主要以露天堆放、倾入大海的方式进行处理，只有少部分得到有效利用。现阶段，我国磷石膏的利用途径主要集中在建材、水泥、农业等领域，对磷石膏的资源化利用水平仍有待提升。
4.为此，如何实现磷石膏的有效利用，降低其处理成本，成为迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的发明目的在于，针对上述存在的问题，提供一种发泡陶瓷保温材料的制备方法及其产品。本技术以磷石膏为发泡剂，以氟碳铈型稀土尾矿为主要原料，通过与其他组分之间的相互配合，在降低烧结温度的前提下，实现发泡陶瓷材料的制备。同时，本技术向原料中添加过量mgo，通过控制反应条件，生成新的骨架材料，有效提升了成品的抗压强度，对于拓展材料的应用领域和适用范围，具有重要的意义。进一步，本技术巧妙的将氟碳铈型稀土尾矿、磷石膏两种废物进行联用，实现了以废治废的目的。本技术工艺合理、操作简单、生产成本低，实现了废弃物的有效利用，具有经济、环保的特点，对于解决磷石膏的污染问题，减少其对环境的危害，具有重要的意义。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种发泡陶瓷保温材料的制备方法，包括如下步骤：（1）按配比称取各组分，混合均匀，得到第一中间物；（2）将第一中间物进行球磨，制备成浆料；（3）将制备的浆料干燥，并压制成型，制得发泡陶瓷坯体；（4）将制备的发泡陶瓷坯体放入高温炉中进行烧结，烧结过程如下：先以4~5.5℃/min的升温速率，升温至350~400℃；而后以7~10℃/min的升温速率升至700~750℃，保温40~100min；待保温完成后，以6~7℃/min的升温速率，升温至1150~1200℃，保温时间为20~40min；最后，冷却成型，即可；
所述步骤（1）中，各组分的质量百分比如下：30~45wt%氟碳铈型稀土尾矿、6~9wt%mgo、15~20wt%磷石膏、5~10wt%长石、余量粉煤灰，所述氟碳铈型稀土尾矿、mgo、磷石膏、长石与粉煤灰的质量百分比之和为100%；所述氟碳铈型稀土尾矿的矿物组成为：45~55wt%长石、20~30wt%石英、6~14wt%重晶石、5~10wt%萤石、1~3wt%氟碳铈矿；所述氟碳铈型稀土尾矿的化学组成为：55~65wt%sio2、7~10wt%al2o3、3~6wt%k2o、1~3wt%na2o、6~14wt%baso4、5~10wt%caf2、1~3wt%reo。
7.所述步骤2所得的浆料中，各组分的粒度均小于200目。
8.所述步骤3中，将步骤2球磨得到的浆料在100~130℃温度下干燥1~2h，得到生料；再将干燥后的生料压制成型，制得发泡陶瓷坯体。
9.采用前述方法所制备的产品。
10.针对前述问题，本技术提供一种发泡陶瓷保温材料的制备方法。在前期检索中，发明人发现，中国专利申请cn112979336a公开了一种利用氟碳铈型稀土尾矿低能耗制备发泡陶瓷保温材料的方法及产品，其所采用的发泡剂为碳化硅、氧化铁、二氧化锰中的一种或多种。
11.发明人检索发现，采用磷石膏制备制作发泡陶瓷的公开专利信息较少。例如，中国专利申请cn115385718a公开了一种以磷石膏为原料的发泡陶瓷及其生产工艺，包括发泡陶瓷基体，所述发泡陶瓷基体包括如下重量份数原料：磷石膏50~70份、水泥10~20份、粉煤灰30~35份、复合碳化硅15~17份、煤矸石10~12份、造孔剂2~4份、固化剂5~6份、分散剂2~4份。
12.中国专利申请cn110606755a公开了一种高耐火极限性能发泡陶瓷的生产方法，该发泡陶瓷的生产原料以重量百分比计包括工业固废或矿产尾矿60-98%，粘土2-20%，助熔剂0-15%，发泡剂0.1-5%，含锰化合物0-10%，二氧化钛微粒0-10%。所述生产原料的工业固废或矿产尾矿为粉煤灰、高炉渣、钢渣、抛光砖废渣、垃圾焚烧工业固废或花岗岩、长石、萤石、页岩、珍珠岩、硫铁矿、锌矿、锂矿、锰铁矿、金矿、稀土、钨矿、铅锌矿、磷石膏、石墨矿矿产尾矿中的一种或多种。
13.中国专利申请cn111533516a公开了一种自流平砂浆和发泡陶瓷表面封孔装饰方法，其包括按照质量份数计的以下原料：硅酸盐水泥：30-35份，铝酸盐水泥：0-5份，抛磨细粉骨料：45-60份、助剂15-37份以及流平剂：0.2-3份；其中，所述抛磨细粉骨料包括发泡陶瓷细粉或瓷砖抛光渣中的至少一种。该方案中，所述激发剂包括石灰、水泥熟料、石膏、磷石膏以及氟石膏中的一种或多种。
14.近年来，为了降低能耗、节约能源，我国大力推进建筑节能工作的开展，全面推广节能建筑材料的研发和应用。由于发泡陶瓷保温材料具有节能保温、安全防火、抗老化、轻质高强、绿色环保、可与建筑同寿命、性价比高等优良特性，是一种优良的节能建筑材料，具有广阔的应用前景。能否将磷石膏应用于陶瓷保温材料，成为发明人研究的焦点。
15.发明人在前期研究过程中，以磷石膏为发泡剂，通过与其他组分之间的相互配合，在降低烧结温度的前提下，成功制备出多孔陶瓷发泡保温材料。然而，发明人同时发现，在相同的烧成温度和粉煤灰用量前提下，随着磷石膏用量的增加，多孔陶瓷出现钙长石和钙钠斜长石相，提高了孔隙的致密度，阻碍了发泡进程。在此前提下，为了保证发泡陶瓷保温材料的性能，必须减少磷石膏在原料中的占比，这与提升磷石膏在建筑材料中的用量，降低
2017）进行总磷、氟浓度的检测，测试结果表明：本技术的磷石膏发泡陶瓷保温材料中，氟杂质和有机物杂质被高温转化为气体飘出，磷杂质被煅烧成稳定、惰性的难溶性磷酸盐，所制备的材料安全、可靠。
20.综上所述，本技术具有成本低廉、运行经济可行等优点，符合节能减排的要求，同时能大幅降低处理成本，有效提升本技术的附加价值，具有巨大的社会效益和经济效益，市场应用前景广阔。本技术的磷石膏发泡陶瓷保温材料有望成为一种高附加值的磷石膏制品，其的成功应用有利于引导磷石膏的综合利用向多途径、大规模、高附加值方向发展，形成多元化产业格局。本技术将磷石膏和工业固废应用于发泡陶瓷保温材料生产，能够带动和促进促进建材生产企业、磷石膏产生企业和工业固废排放企业之间的合作，提升经济效益，形成在国内外市场具有竞争力的产品。
具体实施方式
21.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
22.本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
23.本技术实施例中的磷石膏来四川某磷化工集团，粉煤灰来自四川某热电厂，氟碳铈型稀土尾矿来自四川某矿场，mgo、长石均为市售产品。选取不同的氟碳铈型稀土尾矿进行测定，其矿物组成如下：45~55wt%长石、20~30wt%石英、6~14wt%重晶石、5~10wt%萤石、1~3wt%氟碳铈矿；其化学组成为：55~65wt%sio2、7~10wt%al2o3、3~6wt%k2o、1~3wt%na2o、6~14wt%baso4、5~10wt%caf2、1~3wt%reo。
24.实施例1本实施例制备磷石膏发泡陶瓷保温材料的过程如下。
25.（1）称取原料按配比称取各组分：31wt%氟碳铈型稀土尾矿、6wt%mgo、16wt%磷石膏、10wt%长石、37wt%粉煤灰。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。
26.（2）湿法球磨向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。
27.（3）压制成型将步骤2球磨好的浆料于120~130℃温度下、干燥70min后，得到生料。将干燥后的生料压制成型后，制得发泡陶瓷坯体。
28.（4）烧结将制备的发泡陶瓷坯体放入高温炉中进行烧结，烧结过程如下：先以5℃/min的升温速率，升温至400℃；而后以8℃/min的升温速率升至740~750℃，保温50min；待保温完成后，以6℃/min的升温速率，升温至1150~1160℃，保温时间为40min；最后，冷却成型，得到发泡陶瓷保温材料。
29.实施例2
本实施例制备磷石膏发泡陶瓷保温材料的过程如下。
30.（1）称取原料按配比称取各组分：45wt%氟碳铈型稀土尾矿、9wt%mgo、20wt%磷石膏、6wt%长石、20wt%粉煤灰。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。
31.（2）湿法球磨向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。
32.（3）压制成型将步骤2球磨好的浆料于100~105℃温度下、干燥110min后，得到生料。将干燥后的生料压制成型后，制得发泡陶瓷坯体。
33.（4）烧结将制备的发泡陶瓷坯体放入高温炉中进行烧结，烧结过程如下：先以5℃/min的升温速率，升温至400℃；而后以8℃/min的升温速率升至700~720℃，保温80min；待保温完成后，以6℃/min的升温速率，升温至1150~1160℃，保温时间为20min；最后，冷却成型，得到发泡陶瓷保温材料。
34.实施例3本实施例制备磷石膏发泡陶瓷保温材料的过程如下。
35.（1）称取原料按配比称取各组分：40wt%氟碳铈型稀土尾矿、8wt%mgo、19wt%磷石膏、6wt%长石、27wt%粉煤灰。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。
36.（2）湿法球磨向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。
37.（3）压制成型将步骤2球磨好的浆料于100~105℃温度下、干燥120min后，得到生料。将干燥后的生料压制成型后，制得发泡陶瓷坯体。
38.（4）烧结将制备的发泡陶瓷坯体放入高温炉中进行烧结，烧结过程如下：先以5℃/min的升温速率，升温至400℃；而后以8℃/min的升温速率升至700~720℃，保温70min；待保温完成后，以6℃/min的升温速率，升温至1150~1160℃，保温时间为25min；最后，冷却成型，得到发泡陶瓷保温材料。
39.实施例4本实施例制备磷石膏发泡陶瓷保温材料的过程如下。
40.（1）称取原料按配比称取各组分：35wt%氟碳铈型稀土尾矿、6wt%mgo、15wt%磷石膏、9wt%长石、35wt%粉煤灰。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。
41.（2）湿法球磨向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。
42.（3）压制成型将步骤2球磨好的浆料于110~120℃温度下、干燥80min后，得到生料。将干燥后的生料压制成型后，制得发泡陶瓷坯体。
43.（4）烧结将制备的发泡陶瓷坯体放入高温炉中进行烧结，烧结过程如下：先以4℃/min的升温速率，升温至360℃；而后以8℃/min的升温速率升至740~750℃，保温60min；待保温完成后，以6℃/min的升温速率，升温至1150~1160℃，保温时间为35min；最后，冷却成型，得到发泡陶瓷保温材料。
44.实施例5本实施例制备磷石膏发泡陶瓷保温材料的过程如下。
45.（1）称取原料按配比称取各组分：38wt%氟碳铈型稀土尾矿、7wt%mgo、18wt%磷石膏、7wt%长石、30wt%粉煤灰。将称取的组分混合均匀，得到第一中间物。
46.（2）湿法球磨向第一中间物中加入第一中间物质量50wt%的水后，放入球磨机中进行湿法球磨，得到混合均匀的浆料，要求浆料中各组分粒度均小于200目。
47.（3）压制成型将步骤2球磨好的浆料于110~115℃温度下、干燥90min后，得到生料。将干燥后的生料压制成型后，制得发泡陶瓷坯体。
48.（4）烧结将制备的发泡陶瓷坯体放入高温炉中进行烧结，烧结过程如下：先以4℃/min的升温速率，升温至350℃；而后以7℃/min的升温速率升至720~730℃，保温60min；待保温完成后，以6℃/min的升温速率，升温至1150~1160℃，保温时间为30min；最后，冷却成型，得到发泡陶瓷保温材料。
49.对上述实施例1~5中所制备发泡陶瓷保温材料的性能进行测试，结果见表1。
50.表1磷石膏发泡陶瓷保温材料的性能测试结果
51.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：
1.一种发泡陶瓷保温材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按配比称取各组分，混合均匀，得到第一中间物；（2）将第一中间物进行球磨，制备成浆料；（3）将制备的浆料干燥，并压制成型，制得发泡陶瓷坯体；（4）将制备的发泡陶瓷坯体放入高温炉中进行烧结，烧结过程如下：先以4~5.5℃/min的升温速率，升温至350~400℃；而后以7~10℃/min的升温速率升至700~750℃，保温40~100min；待保温完成后，以6~7℃/min的升温速率，升温至1150~1200℃，保温时间为20~40min；最后，冷却成型，即可；所述步骤（1）中，各组分的质量百分比如下：30~45wt%氟碳铈型稀土尾矿、6~9wt%mgo、15~20wt%磷石膏、5~10wt%长石、余量粉煤灰，所述氟碳铈型稀土尾矿、mgo、磷石膏、长石与粉煤灰的质量百分比之和为100%；所述氟碳铈型稀土尾矿的矿物组成为：45~55wt%长石、20~30wt%石英、6~14wt%重晶石、5~10wt%萤石、1~3wt%氟碳铈矿；所述氟碳铈型稀土尾矿的化学组成为：55~65wt%sio2、7~10wt%al2o3、3~6wt%k2o、1~3wt%na2o、6~14wt%baso4、5~10wt%caf2、1~3wt%reo。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2所得的浆料中，各组分的粒度均小于200目。3.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，将步骤2球磨得到的浆料在100~130℃温度下干燥1~2h，得到生料；再将干燥后的生料压制成型，制得发泡陶瓷坯体。4.采用前述权利要求1~3任一项所述制备方法所制备的产品。

技术总结
本发明公开了一种发泡陶瓷保温材料的制备方法及其产品，属于保温材料领域，目的在于解决磷石膏利用率较低的问题。该方法包括如下步骤：（1）按配比称取各组分，混合均匀，得到第一中间物；（2）将第一中间物进行球磨，制备成浆料；（3）将制备的浆料干燥，并压制成型，制得发泡陶瓷坯体；（4）将制备的发泡陶瓷坯体放入高温炉中进行烧结。本申请以磷石膏为发泡剂，以氟碳铈型稀土尾矿为主要原料，通过与其他组分之间的相互配合，在降低烧结温度的前提下，实现发泡陶瓷材料的制备。同时，本申请向原料中添加过量MgO，通过控制反应条件，生成新的骨架材料，有效提升了成品的抗压强度，对于拓展材料的应用领域和适用范围，具有重要意义。具有重要意义。


技术研发人员：李华 龚伟 周若涵 龚辉 韦良晨 徐昱 苏雪梅 宋文琪
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/6