一种基于木鱼石尾矿的发泡陶瓷板及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于木鱼石尾矿的发泡陶瓷，各组分及其所占质量百分比包括：木鱼石尾矿60‑85％，石英9‑20％，长石5‑25％，发泡剂0.1‑0.4％。本发明以木鱼石尾矿为主要原料，辅以多种低品位原料，通过对配方组成和制备工艺进行优化设计，可有效兼顾所得发泡陶瓷制品的力学性能和保温隔热性能。所得发泡陶瓷保温具有闭气孔率高、装饰效果好、保温隔热和防火性能好等优点，并可实现高掺量木鱼石尾矿的高附加值利用，具有显著的环境和经济效益。

说明书

技术领域

本发明属于绿色建筑材料和建筑节能技术领域，具体涉及一种基于木鱼石尾矿的发泡陶瓷板及其制备方法。

背景技术

木鱼石是一种空心矿石，主要成分为褐铁矿，具有很高的医用价值和收藏价值。木鱼石尾矿是木鱼石矿藏经开采、切割、雕磨等工序加工后所排放的固体废弃物，大量堆放不仅占用土地，也对生态环境造成比较严重的污染。目前，木鱼石除收藏把玩、医用、食用、家用外，也有用作陶瓷砖、紫砂茶具等。如，中国发明专利《一种木鱼石陶瓷砖及其制备方法》(CN103936404B)公开了一种以木鱼石、硅微粉、伊利石等为原料制备具有保健功能陶瓷砖的方法；中国发明专利《木鱼石紫砂制品及其制备方法》(CN102060511B)公开了一种利用木鱼石和紫砂泥制备茶具、口杯等制品的方法。

发泡陶瓷板是以各种粘土矿物或固体废弃物为主要原料，引入无机或有机发泡剂，经高温焙烧而成的高闭气孔率陶瓷材料，具有质量轻、强度高、保温隔热性能好等优点，可广泛用于建筑内外墙保温和隔断等。目前，国内外学者采用熔炼废渣、石材废料、陶瓷砖抛光渣等为原料制备发泡陶瓷。如中国发明专利《一种发泡陶瓷及其生产方法》(CN110483006A)公开了一种以熔炼废渣(12-14份)为主要原料制备发泡陶瓷的方法，烧成温度为1000-1200℃；中国发明专利《环保型保温装饰发泡陶瓷板及其制备方法》(CN110590332A)公开了一种以石材废料(50-65％)为主要原料制备发泡陶瓷板的方法，烧成温度为950-1110℃；中国发明专利《一种发泡陶瓷保温板及其制备方法》(CN102887721B)公开了一种以陶瓷砖抛光渣(40-75份)为主要原料制备发泡陶瓷保温板的制备方法，烧成温度为1130-1180℃；巴西学者在《Characterization of cellular ceramics made byporcelain tile residues》一文中介绍了以抛光瓷渣为主要原料制备发泡陶瓷的方法，烧成温度为1200℃。然而，目前暂无利用木鱼石尾矿制备发泡陶瓷的报道，且木鱼石尾矿中较高的Fe

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种基于木鱼石尾矿的发泡陶瓷，该发泡陶瓷保温具有闭气孔率高、装饰效果好、保温隔热和防火性能好的优点，并可实现高掺量木鱼石尾矿的资源化利用，具有显著的环境和经济效益，且涉及的制备方法简单，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于木鱼石尾矿的发泡陶瓷，各组分及其所占质量百分比包括：木鱼石尾矿60-85％，石英9-20％，长石5-25％，发泡剂0.1-0.4％。

上述方案中，所述木鱼石尾矿中各化学成分及其所占质量百分比包括：SiO

上述方案中，所述石英中SiO

上述方案中，所述长石中各化学成分及其所占质量百分比包括：SiO

上述方案中，所述长石为钾长石和钠长石中的一种或两者按任意比例的混合物；其粒径为325-400目。

上述方案中，所述石英的粒径为325-400目。

上述方案中，所述发泡剂为碳化硅炭黑、碳化硅、煤粉中的一种或几种；其粒径为500-600目。

上述一种基于木鱼石尾矿的发泡陶瓷的制备方法，它包括以下步骤：

1)按配比称取各原料，并球磨混合均匀，得混合料备用；

2)坯体成型：将所得混合料装填入模具中，进行压制，干燥，得坯体；

3)发泡陶瓷板烧成：将所得坯体平放于耐高温的匣钵中，放入辊道窑内，在1100-1200℃温度条件下进行烧制；进行切割打磨即得所述发泡陶瓷板。

上述方案中，所述烧成制度为：首先以8-10℃/min的速率升温至950-1050℃，保温10-20min，然后以3-5℃/min的速率升温至设定的烧制温度，保温10-80min。

进一步优选的，上述烧成制度中，升温至90-120℃和190-220℃时各保温60-90min；升温至290-320℃时保温30-60min。

上述方案中，步骤2)中所述成型压力为10-20MPa；干燥步骤为置于90-100℃的红外干燥箱中干燥16-20h。

根据上述方案，将所得发泡陶瓷板作为基体，进一步进行釉面装饰制备建筑装饰用陶瓷发泡板，包括如下步骤：在发泡陶瓷板表面均匀涂布釉浆，室温下放置，最后放入辊道窑中，在950-1050℃烧结30-50min，其中采用的升温速率为5-8℃/min，且分别在90-120℃、190-220℃、290-320℃、390-420℃、490-520℃保温20-30min；即得所述建筑装饰用发泡陶瓷。

上述方案中，所述釉浆中主要原料及其所占质量百分比为：熔块85-95％，苏州土5-15％；另外色料、添加剂和水分别占熔块和苏州土总质量的5-10％、0.2-0.4％和35-45％。

上述方案中，所述熔块为锆白熔块、透明熔块、亚光熔块中的一种；色料为桃红、镨黄、氯化铷中的一种；添加剂为羧甲基纤维素、三聚磷酸钠中的一种或二者混合物。

上述方案中，步骤4)中所述室温放置时间为10-12h。

经测试，本发明的泡陶瓷隔热保温板的平均孔径为0.7～1.5mm，体积密度≤500Kg/m

本发明以木鱼石尾矿为主要原料，辅以多种低品位原料，通过结合配方组成和烧结工艺的优化设计，可使木鱼石尾矿中较高含量的Fe

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)木鱼石尾矿的添加比例高；本发明以木鱼石尾矿为主要原料制备发泡陶瓷，其添加量可达85％；并进一步结合配方设计和烧结工艺优化手段，使Fe

2)隔热保温性能好，装饰效果好；本发明结合配方设计、颗粒级配、烧成制度和液相粘度控制手段，所得发泡陶瓷内部结构为微小孤立的闭气孔且分布均匀，闭气孔率大于75％，隔热保温性能良好；

3)随着木鱼石添加量增加，发泡陶瓷孔径增大，本发明通过对烧成过程和保温时间的控制，可实现产品孔径的可控调节；

4)发泡陶瓷表面辅以不同色釉，装饰效果良好，可根据用户需要进行个性化定制，适用性广。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的发泡陶瓷断面的体视显微镜图。

图2为本发明实施例1所制备发泡陶瓷的断面SEM形貌图。

图3为本发明实施例1所制备发泡陶瓷的孔径分布图。

图4为本发明实施例1所制备发泡陶瓷的XRD图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中，采用的木鱼石尾矿来自山东济南，其主要化学组成如下：

实施例1

一种基于木鱼石尾矿的建筑装饰用发泡陶瓷板，其制备方法包括以下步骤：

1)原料球磨：按1:2的料球比，将木鱼石尾矿、石英、长石、发泡剂分别球磨2h，过筛，得到球磨好的原料；其中，木鱼石尾矿过270目筛，石英和长石过325目筛，发泡剂过500目筛；

2)原料混合：将各原料按质量百分比：木鱼石尾矿60％，石英20％，钾长石19.7％，碳化硅0.3％，称料，用球磨机混料1h，得到混合料备用；

3)坯体成型：将混合后的坯料装填入符合产品预定形状的钢模中，采用液压机压制成发泡陶瓷坯体，成型压力为20MPa；将成型好的坯体放入100℃的红外干燥箱中干燥20h；

4)发泡陶瓷板基体烧成：将坯体平放于耐高温的匣钵中，放入辊道窑内，经1100℃烧成，制得发泡陶瓷基体；采用的烧成制度具体如下：首先以8℃/min的速率升温至1000℃保温10min，然后以5℃/min的升温速率升温至1100℃保温30min；其中升温至120℃、220℃各保温60min，320℃保温30min；

5)表面装饰：将上述烧制产品进行切割打磨，获得规整的发泡陶陶瓷板基体；将釉浆均匀布施其上，等待釉浆凝固，再行布施，重复3次；

上述釉浆的组成为锆白熔块85％，苏州土15％，色料(熔块和苏州土总质量的10％)，羧甲基纤维素(熔块和苏州土总质量的0.2％)，水(熔块和苏州土总质量的35％)；

6)产品烧成：将表面装饰后的发泡陶瓷在室温下放置10h，然后放入辊道窑中，经1000℃烧成，获得建筑装饰用发泡陶瓷；烧成制度为：升温速率5℃/min，分别在100℃、200℃、300℃、400℃以及500℃各保温30min，1000℃保温30min。

图1为本实施例所得发泡陶瓷制品的断面体视显微镜照片；图2为本实施例所得发泡陶瓷的断面SEM形貌图；可以看出所得发泡陶瓷内部结构为微小孤立的闭气孔且分布均匀，闭气孔率高。

图3为本实施例所得发泡陶瓷制品的孔径分布图，其平均孔径为0.8mm左右。

图4为本实施例所制得发泡陶瓷的XRD图，结果表明，采用本发明所述配方体系和烧结制度，可在所得发泡陶瓷产物中形成铁辉石相(而非Fe

经测试，本实施例所得发泡陶瓷制品的平均孔径为0.8mm，体积密度450Kg/m

实施例2

一种基于木鱼石尾矿的建筑装饰用发泡陶瓷板，其制备方法包括以下步骤：

1)原料球磨：按1:2的料球比，将木鱼石尾矿、石英、长石、发泡剂分别球磨1h，过筛，得到球磨好的原料；其中，木鱼石尾矿过200目筛，石英和长石过325目筛，发泡剂过600目筛；

2)原料混合：将各原料按质量百分比：木鱼石尾矿85％，石英9％，钠长石5.5％，炭黑0.5％，称料，用球磨机混料0.5h，得到混合料备用；

3)坯体成型：将混合后的坯料装填入符合产品预定形状的钢模中，采用液压机压制成发泡陶瓷坯体，成型压力为10MPa；将成型好的坯体放入90℃的红外干燥箱中干燥16h；

4)发泡陶瓷板基体烧成：将坯体平放于耐高温的匣钵中，放入辊道窑内，经1200℃烧成，制得发泡陶瓷基体；采用的烧成制度具体如下：首先以10℃/min的速率升温至1050℃保温20min，然后以3℃/min的升温速率升温至1200℃保温50min；其中升温至100℃、200℃各保温90min，300℃保温60min；

5)表面装饰：将上述烧制产品进行切割打磨，获得规整的发泡陶陶瓷板基体；将釉浆均匀布施其上，等待釉浆凝固，再行布施，重复3次；

上述釉浆的组成为透明熔块95％，苏州土5％，色料(熔块和苏州土总质量的5％)，三聚磷酸钠(熔块和苏州土总质量的0.4％)，水(熔块和苏州土总质量的45％)；

6)产品烧成：将表面装饰后的发泡陶瓷在室温下放置12h，然后放入辊道窑中，经950℃烧成，获得建筑装饰用发泡陶瓷。烧成制度为：升温速率5℃/min，分别在100℃、200℃、300℃、400℃以及500℃各保温20min，950℃保温50min。

经测试，本实施例所得发泡陶瓷制品的平均孔径为1.3mm左右，体积密度420Kg/m

实施例3

一种基于木鱼石尾矿的发泡陶瓷板，其制备方法包括以下步骤：

1)原料球磨：按1:2的料球比，将木鱼石尾矿、石英、长石、发泡剂分别球磨1.5h，过筛，得到球磨好的原料；其中，木鱼石尾矿过250目筛，石英和长石过350目筛，发泡剂过500目筛；

2)原料混合：将各原料按质量百分比：木鱼石尾矿70％，石英9.6％，长石20％，煤粉0.4％，称料，用球磨机混料0.8h，得到混合料备用。其中，长石由钾长石和钠长石按质量百分比1:1组成；

3)坯体成型：将混合后的坯料装填入符合产品预定形状的钢模中，采用液压机压制成发泡陶瓷坯体，成型压力为15MPa；将成型好的坯体放入95℃的红外干燥箱中干燥18h；

4)发泡陶瓷板基体烧成：将坯体平放于耐高温的匣钵中，放入辊道窑内，经1150℃烧成，制得发泡陶瓷基体；采用的烧成制度具体如下：首先以8℃/min的速率升温至980℃保温10min，然后以3℃/min的升温速率升温至1150℃保温40min；其中升温至90℃、190℃各保温70min，290℃保温40min；

经测试，本实施例所得发泡陶瓷基体的平均孔径为1.0mm左右，体积密度440Kg/m

对比例

一种基于木鱼石尾矿的建筑装饰用发泡陶瓷板，其制备方法包括以下步骤：

1)原料球磨：按1:2的料球比，将木鱼石尾矿、石英、发泡剂分别球磨1h，过筛，得到球磨好的原料；其中，木鱼石尾矿过200目筛，石英过325目筛，发泡剂过600目筛；

2)原料混合：将各原料按质量百分比：木鱼石尾矿70％，石英14.5％，滑石15％，炭黑0.5％，称料，用球磨机混料0.5h，得到混合料备用；

3)坯体成型：将混合后的坯料装填入符合产品预定形状的钢模中，采用液压机压制成发泡陶瓷坯体，成型压力为10MPa；将成型好的坯体放入90℃的红外干燥箱中干燥16h；

4)发泡陶瓷板基体烧成：将坯体平放于耐高温的匣钵中，放入辊道窑内，经1200℃烧成；采用的烧成制度具体如下：首先以10℃/min的速率升温至1000℃保温20min，然后以3℃/min的升温速率升温至1200℃保温50min；其中升温至100℃、200℃各保温90min，300℃保温60min；

经测试，本对比例所得发泡陶瓷板基体孔径尺寸大小不一，表面存在大量破损开口气孔，强度不足1MPa，无法继续施釉工序。造成该问题的主要原因在烧结过程中没有引入长石，烧结体系中游离的Fe

上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。