利用工業尾礦生產陶瓷保溫板的研究

劉 娥 盧慶陽

(咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000)

關健詞 工業尾礦 發泡劑 陶瓷保溫板 體積密度 導熱系數

前言

目前，我國工業尾礦的主要處理方式是堆放、填埋和綜合利用，其中堆放或填埋既占用了耕地，又污染了環境。而在我國現有的建筑保溫系統中有機保溫材料誘發的火災時有發生，給人民生命安全和財產造成極大損失。

為此，國家建設部和公安部于2009年聯合頒布了《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾 防火暫行規定》，又于2011年3月14日發布了《關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監督管理有關要求的通知》，該《通知》規定：民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料。

因此，通過對工業尾礦進行研究、開發，生產一種新型的建筑陶瓷保溫材料產品，既可以降低建筑保溫能耗，又能減少工業尾礦對環境的污染。

1 輕質陶瓷產品的發泡原理

輕質陶瓷產品是通過加入發泡劑，使陶瓷產品內部產生大量均勻的閉口氣孔而形成的。輕質陶瓷產品形成的必須具備以下兩個條件：

1)產品在加熱軟化或冷卻時，坯體內必須有足夠的高粘度玻璃相。

2)為了使玻璃粘彈體發生膨脹，必須有一種發泡劑的揮發溫度恰好在這個溫度范圍內，而且所產生的氣體量能夠保證使陶瓷體系形成細密而均勻的氣泡，達到產品性能的要求。

2 實驗原料

實驗用尾礦均來源于陜西省各個冶金企業的尾礦庫。實驗用原料有鉬礦尾礦、鐵礦尾礦1、鐵礦尾礦2、鐵礦尾礦3、鎳礦尾礦、金礦尾礦、鉛鋅礦尾礦1、鉛鋅礦尾礦2、鉛鋅礦尾礦3、礬礦尾礦1、礬礦尾礦2、涇陽高嶺土、瓷石、廢瓷粉、長石、玻璃粉、發泡劑等。原料的化學成分如表1所示。

由表1可以看出，各種尾礦的化學成分差異較大。我們經過對各種尾礦的反復試驗，在保證陶瓷保溫板性能的前提下：鉬礦尾礦的加入量為50%～65%；鐵礦尾礦3的加入量為45%～52%；鉛鋅礦尾礦1的加入量為40%～50%；其他尾礦的加入量為10%～20%。

表1 原料的化學成分(wt%)

3 陶瓷保溫板的制備

3.1 基礎配比的確定

本項目以K2O—Al2O3—SiO2系統相圖為理論依據，筆者通過查閱相關資料，分別采用鉬礦尾礦、鐵礦尾礦3、鉛鋅礦尾礦1與廢瓷粉、長石、玻璃粉、瓷石6種原料進行樣品試制，配制成40多組可行性配方進行實驗。分別考察不同的配方對燒成溫度范圍、成孔性能、產品強度的影響，并尋找最佳性能的坯體配方。滿足產品性能要求的坯體配比如表2所示。

表2 陶瓷保溫板坯體配比(wt%)

3.2 工藝流程

3.3 工藝參數

料∶球=1∶2；泥漿含水量為46%；研磨時間為18 h；造粒料含水量 ≤1.5%；陳腐時間 ≥24 h；成形壓力為0.5 MPa；干燥溫度為105 ℃；干燥時間為14 h；燒成溫度為1 180～1 220 ℃。

3.4 樣品性能(見表4)

表4 不同樣品在同一燒成溫度的性能參數

4 結果與討論

4.1 泥漿細度及噴霧造粒料粒徑分布對產品性能的影響

若要生產出合格的陶瓷保溫板，對泥漿細度、噴霧料粒徑要進行嚴格控制。我們用3種不同細度的泥漿制備原料，并進行對比試驗。

4.1.1 泥漿細度對產品性能的影響

泥漿細度對產品性能的影響結果如表5所示。

表5 泥漿細度對產品性能的影響

由表5可以看出，在成孔劑加入量和燒成溫度相同的情況下，隨泥漿的細度增加，產品的體積密度、導熱系數有增大的趨勢。

4.1.2 噴霧造粒料粒徑分布對產品性能影響(見表6)

表6 噴霧造粒料粒徑分布對產品性能影響

4.2 成孔劑加入量對產品性能的影響

表8 成孔劑加入量對產品性能的影響

生產輕質陶瓷產品，目前采用的成孔方法很多，有加入有機物、微珠、經過物質間反應產生氣體形成孔等方法。我們通過大量的實驗，最后確定了一種較適合本產品的發泡劑，并進行了定量試驗，從而確定了最佳加入量。

由表8可以看出，當溫度一定時，隨著成孔劑加入量的增加，樣品的體積密度減小；當成孔劑加入量達到一定時，隨著燒成溫度的提高，樣品的體積密度減小。因此，選擇燒成溫度為1 180～1 220 ℃，成孔劑的加入量在0.6%～0.8%為最佳。

5 結語

利用工業尾礦可以制備出附合輕質墻體材料標準要求的陶瓷保溫板。尾礦用量可達50%以上，綠色環保、節約資源。該產品具有質量輕、保溫隔熱、隔音、防火、不透水、強度高與建筑體同壽命等特點。該產品可以用作室內隔墻材料，也可以作外墻、屋面、窯爐等保溫材料，根據需要可以加工成不同的形狀尺寸。