本發(fā)明屬于無機材料制備技術(shù)領(lǐng)域，也屬于固體廢棄物利用技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷的制備方法，尤其涉及一種利用鎳渣和生物質(zhì)粉制備輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷的方法。

背景技術(shù)：

鎳渣是指在鎳金屬冶煉過程中排放的一種工業(yè)廢渣，即在冶煉鎳過程中所形成的熔融物經(jīng)水淬后形成的粒化爐渣。據(jù)統(tǒng)計，我國鎳渣累計堆積量已超過1000萬噸。這些渣中除了含有SiO₂、Fe₂O₃和MgO外，還含有鉻、鉛、銅和鋅等多種重金屬元素。在堆積、填埋處置過程中，鉻、鉛、銅和鋅等元素在雨水、地表水和滲濾液等的淋溶、浸泡、沖刷作用下，進入土壤、地表水及地下水，然后遷移進入食物鏈，造成環(huán)境污染，危害人類健康。針對利用鎳渣制備高附加值產(chǎn)品的研究，回收利用其中主要成分SiO₂、MgO等，來制備高溫發(fā)泡陶瓷。

高溫發(fā)泡陶瓷材料具有密度輕、導熱系數(shù)低、強度高、不燃燒和抗腐蝕的特性。隨著生活水平的提高和能源危機的日益突出，現(xiàn)代社會對高溫發(fā)泡陶瓷材料提出了越來越高的要求，不但有良好的隔熱保溫，而且還要有耐火、隔聲及裝飾效果等功能。但是一般高溫發(fā)泡陶瓷材料價格昂貴，應用范圍較窄，所以選擇一種存量較大、成分穩(wěn)定的原料并制備強度較高的高溫發(fā)泡陶瓷材料，具有重要的經(jīng)濟和技術(shù)價值。

公開了專利(CN 104326762 A)公開了一種高純石英發(fā)泡陶瓷的制備方法，將SiO₂與SiC微粉均勻混合，在真空或氬氣氣氛中、1700～1750℃下保溫20～60分鐘制成石英發(fā)泡玻璃，然后，再將石英發(fā)泡玻璃熱處理產(chǎn)生晶化制成高純石英發(fā)泡陶瓷。專利(CN 104310974 A)一種高純氧化鋁發(fā)泡陶瓷的制備方法，將Al₂O₃與Al₄C₃微粉均勻混合，在真空氬氣氣氛中、2100～2250℃下保溫20～60分鐘制成高純氧化鋁發(fā)泡陶瓷。這兩種發(fā)泡陶瓷強度雖高，但是原料價格昂貴，生產(chǎn)條件受限，導致成本過高，不利于規(guī)?；a(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明以鎳渣為主要原料，添加生物質(zhì)粉為造孔劑和發(fā)泡劑制備發(fā)泡陶瓷。本發(fā)明不僅可以獲得性能較高的發(fā)泡陶瓷，而且還解決了現(xiàn)有技術(shù)中鎳渣的循環(huán)利用難的問題，解決了發(fā)泡陶瓷成本高的問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種利用鎳渣和生物質(zhì)粉制成的輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷及其制備方法，包括以下步驟：

1)將鎳渣、硅鋁廢渣、生物質(zhì)粉和發(fā)泡劑混合，按質(zhì)量份數(shù)計，配比為鎳渣27～72份、硅鋁廢渣28～73份，外加生物質(zhì)粉15～30份和發(fā)泡劑1～6份；

2)將上述稱取好的的原料混合均勻，成型，得到坯體；

3)將坯體在高溫爐內(nèi)進行燒結(jié)，冷卻至室溫，得到輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷。

具體的，本發(fā)明所采用的的鎳渣化學成分質(zhì)量組成為：SiO₂為40.38～55.99％、MgO為17.19～28.31％、Fe₂O₃為4.89～10％、Al₂O₃為4.86～7.29％、CaO為0.92～4.02％和K、Na小于3％。所述的鎳渣先用顎式破碎機進行粗破碎，再用行星球磨機磨細，過120目篩，得到粉料。

所述的硅鋁廢渣為粉煤灰、鋰渣、硅錳渣或硫酸鋁渣的中一種或兩種以上。其中，鋰渣中含：SiO₂為55.6～58.54％、Al₂O₃為4.86～7.29％；硅錳渣中含：SiO₂為38.10～40.80％、Al₂O₃為18.03～19.10％；硫酸鋁渣中含：SiO₂為71.56～74.40％、Al₂O₃為8.30～12.64％。

作為優(yōu)選，鎳渣、鋰渣、粉煤灰的最佳配比為：鎳渣45份，鋰渣12份，粉煤灰43份，外加25份稻殼粉、4份硬石膏。

所述的生物質(zhì)粉是稻殼、稻稈、玉米稈、麥稈或棉稈，經(jīng)清洗、烘干、粉磨后得到。

作為優(yōu)選，稻殼為25份。

所述的高溫發(fā)泡劑是硬石膏、硫酸鈉、二氧化錳或碳化硅的中一種或兩種以上混合。

所述的成型為，模壓成型、注漿或注模成型。其中，模壓成型時，在混合好的坯料中加入占坯料總量5～15％的聚乙烯醇(5wt％)溶液，研磨造粒，過120目篩，最后在4～10MPa下成型。注漿或注模成型時，稱取好的的原料加30～35％的水(或其他溶劑)研磨形成漿料；再注入石膏模型，脫水成型，再將坯體于150℃以下干燥。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)采用模壓成型的方式有原料的損失小、產(chǎn)品尺寸精度高，重復性好的特點，與另外兩種成型方式相比，制的干坯強度高，制品的收縮率小，機械性能較穩(wěn)定。因此，優(yōu)選模壓成型，跟進一步的，模壓成型時，優(yōu)選加入10％的聚乙烯醇(5wt％)溶液，施加壓力為7MPa；注漿或注模成型時，加32％的水研磨形成漿料。

所述的燒結(jié)，是于1300～1600℃保溫60～120min。

采用本發(fā)明所述方法所制得的輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷材料體積密度為0.21～0.45g/cm³，抗壓強度1.98～5.87MPa，導熱系數(shù)為0.295～0.628W/(m·℃)。

本發(fā)明的一個最佳方案是：將鎳渣、鋰渣、粉煤灰按質(zhì)量比45:12:43稱量，與25份稻殼粉、4份硬石膏混合均勻，加入10％的聚乙烯醇(5wt％)溶液，研磨造粒，過120目篩，得到坯料；將坯料在7MPa下模壓成型，得到坯體；將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，升溫至1450℃保溫90min，得到輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷。其中，氧化鋁粉可重復使用。

有益效果：(1)利用鎳渣中在一定溫度下主要分解物生成SiO₂和MgO，再添加不同的生物質(zhì)粉為造孔劑和不同的發(fā)泡劑；其中，鎳渣中的其他雜質(zhì)礦物成分在燒結(jié)過程中可以起到助熔作用。

(2)采用鎳渣和其他工業(yè)廢渣為原料，是固體廢棄物的有效利用，是變廢為寶；既解決大量工業(yè)廢渣堆積產(chǎn)生的環(huán)境問題，又產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益，改變目前企業(yè)解決環(huán)保問題需要大量資金投入的困境；充分利用鎳渣中的有價組分，解決現(xiàn)有資源回收利用低效粗放的弊端，既降低生產(chǎn)成本又保護了環(huán)境。

(3)采用本發(fā)明所提供的方法制成的發(fā)泡陶瓷材料輕質(zhì)且強度較高，且保溫隔熱性能優(yōu)異。

具體實施方式：

以下參照具體的實施例來說明本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，其不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

下述實施例中所用的原料、試劑材料等，如無特殊說明，均為市售購買產(chǎn)品。

實施例1

原料制備：將稻殼清洗，烘干，粉磨，制備成稻殼粉；鎳渣用顎式破碎機和行星球磨機磨細，過120目篩，得到粉料；

混料：將鎳渣、鋰渣、粉煤灰按質(zhì)量比45:12:43稱量，與25份稻殼粉、4份硬石膏混合均勻，加入10％聚乙烯醇(5wt％)，研磨造粒，過120目篩，得到坯料；

成型：將坯料在7MPa下模壓成型，得到坯體；

燒成：將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，升溫至1450℃保溫90min，得到輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷。

性能測試：測得發(fā)泡陶瓷材料的體積密度為0.21g/cm³，其抗壓強度為5.43MPa，導熱系數(shù)為0.295W/(m·℃)。

實施例2

原料制備：將玉米稈清洗，烘干，粉磨，制備成玉米稈粉；鎳渣用顎式破碎機和行星球磨機磨細，過120目篩，得到粉料；

混料：將鎳渣、鋰渣、硅錳渣按質(zhì)量比72:21:7稱量，與30份玉米粉、3份碳化硅和3份硫酸鈉混合均勻，加入15％聚乙烯醇(5wt％)溶液，研磨造粒，過120目篩，得到坯料；

成型：將坯料在10MPa下模壓成型，得到坯體；

燒成：將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，升溫至1600℃保溫120min，得到輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷。

性能測試：測得發(fā)泡陶瓷材料的體積密度為0.35g/cm³，其抗壓強度為5.87MPa，導熱系數(shù)為0.560W/(m·℃)。

實施例3

原料制備：將棉稈清洗，烘干，粉磨，制備成棉稈粉；鎳渣用顎式破碎機和行星球磨機磨細，過120目篩，得到粉料；

混料：將鎳渣、鋰渣、硅錳渣、硫酸鋁渣按質(zhì)量比27:23:15:35稱量，另稱量15份棉稈粉、1份二氧化錳，加32％的水研磨形成漿料；

成型：將漿料注入石膏模型，脫水成型，再將坯體于150℃以下干燥。

燒成：將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，升溫至1300℃保溫60min，得到輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷。

性能測試：測得發(fā)泡陶瓷材料的體積密度為0.45g/cm³，其抗壓強度為1.98MPa，導熱系數(shù)為0.628W/(m·℃)。

實施例4

原料制備：將麥稈清洗，烘干，粉磨，制備成麥稈粉；鎳渣用顎式破碎機和行星球磨機磨細，過120目篩，得到粉料；

混料：將鎳渣、鋰渣、硅錳渣、硫酸鋁渣按質(zhì)量比50:13:26:11稱量，另稱量25份麥稈粉、5份硫酸鈉，加35％的乙醇研磨形成漿料；

成型：將漿料注入石膏模型，脫水成型，再將坯體于150℃以下干燥。

燒成：將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，升溫至1350℃保溫90min，得到輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷。

性能測試：測得發(fā)泡陶瓷材料體積密度為0.41g/cm³，其抗壓強度為3.34MPa，導熱系數(shù)為0.547W/(m·℃)。

實施例5

原料制備：將稻稈清洗，烘干，粉磨，制備成稻稈粉；鎳渣用顎式破碎機和行星球磨機磨細，過120目篩，得到粉料；

混料：將鎳渣、鋰渣、粉煤灰按質(zhì)量比57:18:25稱量，與20份稻稈粉，3份碳化硅鈉混合均勻后，加入5％聚乙烯醇(5wt％)溶液，研磨造粒，過120目篩，得到坯料；

成型：將坯料在4MPa下模壓成型，得到坯體；

燒成：將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，升溫至1550℃保溫90min，得到輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷。

性能測試：測得發(fā)泡陶瓷的體積密度為0.29g/cm³，其抗壓強度為4.95MPa，，導熱系數(shù)為0.496W/(m·℃)。