一种利用固体废弃物制备泡沫陶瓷及其方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210561368.6	申请日：	2012.12.21
公开号：	CN103011888A	公开日：	2013.04.03
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	专利权的转移IPC(主分类):C04B 38/06变更事项:专利权人变更前权利人:武汉理工大学变更后权利人:武汉中理环保科技有限公司变更事项:地址变更前权利人:430071 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号变更后权利人:430223 湖北省武汉市东湖新技术开发区武汉大学科技园内创业楼1楼3-4号登记生效日:20150723\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C04B 38/06申请日:20121221\|\|\|公开
IPC分类号：	C04B38/06; C04B35/14; C04B35/622	主分类号：	C04B38/06
申请人：	武汉理工大学
发明人：	吉晓莉; 翟成成
地址：	430071 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
优先权：
专利代理机构：	湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102	代理人：	王守仁
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内容摘要

本发明涉及一种利用固体废弃物制备泡沫陶瓷及其方法。该泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石20～50%，磷尾矿20～40%，长石18~32%，黄砂10～20%，发泡剂1～2%，均为质量百分比。该泡沫陶瓷的制备方法包括生料的制备、坯体的成型和烧结步骤。本发明对于煤矸石、磷尾矿等固体废弃物的高效利用，减少对环境的污染，从而改善自然环境、利用廉价原料和降低生产成本具有重要的意义；同时生产的泡沫陶瓷具有较高的强度、密度低、烧结温度和热导率较低的优势。

权利要求书

权利要求书一种泡沫陶瓷，其特征是该泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石20～50%，磷尾矿20～40%，长石18~32%，黄砂10～20%，发泡剂1～2%，均为质量百分比。
根据权利要求1所述的泡沫陶瓷，其特征在于该泡沫陶瓷由以下原料组成：煤矸石35%，磷尾矿27%，长石23.5%，黄砂13%，发泡剂1.5%，均为质量百分比。
根据权利要求1或2所述的泡沫陶瓷，其特征在于所述的发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅30～50%、碳酸钙30～40%、氧化铁20～40%。
一种泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于制备方法包括以下步骤：
1）生料的制备：
先将原料按以下质量百分比例混合：煤矸石20～50%，磷尾矿20～40%，长石18~32%，黄砂12～20%，发泡剂1～2%；混合后再加入于原料总质量50%的水，放入轻型球磨机中球磨12～18h，得到混合均匀的浆料；然后将浆料置于鼓风干燥箱中于110℃下烘干、制得粉体，再加入于粉体质量4~7%的水炼泥，得到混合均匀的生料；
2）成型：
将生料置于模具中，在粉末压片机上进行压制成型，再于80℃下干燥12～24h得坯体；
3）烧结：
将坯体放入烧结炉中，然后将炉体从室温升到1080℃~1160℃，烧结保温1~2小时，随炉冷却后得到泡沫陶瓷。
根据权利要求4所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于该泡沫陶瓷由以下质量百分比的原料组成：煤矸石35%，磷尾矿27%，长石23.5%，黄砂13%，发泡剂1.5%。
根据权利要求4所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比为：碳化硅30～50%、碳酸钙30～40%、氧化铁30～40%。
根据权利要求4所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于烧结时将烧结炉的温度按照2~6℃/min的升温速率匀速从室温升到1080℃~1160℃。
根据权利要求4所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述压制成型的工艺条件为：采用单面加压，加压大小为1～3MPa。
根据权利要求4所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于成型加压大小为2～3MPa，升温速率为2~4℃/min，烧结温度为1120℃~1140℃，烧结保温时间为1~1.5小时。
根据权利要求9所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于成型加压大小为2MPa，升温速率为3℃/min，烧结温度为1130℃，保温时间为1.5小时。

说明书

说明书一种利用固体废弃物制备泡沫陶瓷及其方法
技术领域
本发明涉及建筑陶瓷材料领域，具体涉及一种利用固体废弃物制备的泡沫陶瓷及其方法。
背景技术
煤矸石是在采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石；煤矸石是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值，含碳20%～30%，有些含腐殖酸。中国积存的煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，影响生态环境，在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害；矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放出的二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康。
我国磷矿资源相当丰富，储量仅次于摩洛哥，居世界第2位，八大磷矿主要分布在湖北、湖南、四川、江苏、贵州、云南等省份，但80%是中低品位磷矿石。磷尾矿是磷矿浮选精矿时排出的未能加以充分利用的固体废料。近年来，随着磷化工业的快速发展，且我国磷矿石原矿的品位不高，造成磷化工业每年产生大量的磷尾矿。磷尾矿一般呈细砂状形态自然堆积在尾矿库中，不仅耗费资金、占用大量土地，而且还带来许多环境问题和安全问题。目前，磷尾矿的利用率还很低，其综合利用途径主要有新药剂再浮选、重结晶再浮选、制备水泥、制备建筑用砖、制备微晶玻璃、制备磷镁肥等。
在公开号CN102674788A专利中，其处理煤矸石的方法是：“由煤矸石陶砂和粘结剂粘结制备而成的；所述煤矸石陶砂与所述粘结剂的质量比为2‑3:1；所述煤矸石陶砂由下述重量份的组分制备而成：煤矸石30‑70份；玻璃粉20‑70份；发泡剂2‑10份；水玻璃10‑25份。”该方法虽然烧结温度偏低，但是工艺较复杂，经过了二次烧结，能耗较大；制备出煤矸石陶砂后，再用大量的粘接剂粘接煤矸石陶砂而形成板材，原料的成本高；其板材的抗压强度不高。
在公开号CN1837129专利中，其处理磷尾矿的方法是：“在磷尾矿中加入硅石粉、焦碳粉(或煤矸石粉)、高岭土粉按一定比例混匀，加水，陈腐，用真空挤出机或压砖机生产线成型，烘干后浸釉，装窑车入隧道窑。经预热、升温后得到磷蒸气和一氧化碳，再经过水化塔吸收得到浓磷酸，砖块经过换热冷却后作为承重砖产品。”该发明对设备要求高、工序复杂，反应的温度(1280℃~1450℃)也高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种热导率低、密度低和抗压强度较高的泡沫陶瓷，并提供该泡沫陶瓷易于制备的方法。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的利用固体废弃物制备泡沫陶瓷，其主要组成为：煤矸石20～50%，磷尾矿20～40%，长石18~32%，黄砂10～20%，发泡剂1～2%，均为质量百分比。
上述泡沫陶瓷可由以下原料组成：煤矸石35%，磷尾矿27%，长石23.5%，黄砂13%，发泡剂1.5%，均为质量百分比。
所述的发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比可以为：碳化硅30～50%、碳酸钙30～40%、氧化铁20～40%。
本发明提供的泡沫陶瓷制备方法，其包括以下步骤：
（1）生料的制备：
先将原料按以下质量百分比例混合：煤矸石20～50%，磷尾矿20～40%，长石18~32%，黄砂10～20%，发泡剂1～2%，混合后再加入于原料总质量50%的水，放入轻型球磨机中球磨12～18h，得到混合均匀的浆料；然后将浆料置于鼓风干燥箱中于110℃下烘干、制得粉体，再加入于粉体质量4~7%的水炼泥，得到混合均匀的生料；
（2）成型：
将生料置于模具中，在粉末压片机上进行压制成型，再置于鼓风干燥箱中于80℃下干燥12～24h得坯体；
（3）烧结：
将坯体放入烧结炉中，然后将炉体从室温升到1080℃~1160℃，烧结保温1~2小时，随炉冷却后得到泡沫陶瓷。
上述步骤（1）中，所述的原料可以由以下质量百分比的原料替换：煤矸石35%，磷尾矿27%，长石23.5%，黄砂13%，发泡剂1.5%，均为质量百分比
上述步骤（1）中，所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径≤0.045mm，质量百分比可以为：碳化硅30～50%、碳酸钙30～40%、氧化铁30～40%。
上述步骤（2）中，所述压制成型的工艺条件可以为：采用单面加压，加压大小为1～4MPa。
上述步骤（2）中，成型加压大小可以为2～3MPa，升温速率为2~4℃/min，烧结温度为1120℃~1140℃，保温时间为1~1.5小时。
上述步骤（2）中，成型加压大小可以为2MPa，升温速率为3℃/min，烧结温度为1130℃，保温时间为1.5小时。
上述步骤（3）中，可以将烧结炉的温度按照2~6℃/min的升温速率匀速从室温升到1080℃~1160℃。
本发明的原理：煤矸石在烧成时具有较大的烧失量，长石提供陶瓷必要的组分、作为助溶剂来降低坯体的烧结温度，磷尾矿能提供陶瓷必要的组分并对烧成时玻璃相的形成有促进作用，黄砂提供SiO2增加烧成后坯体的强度。坯体在1080℃~1160℃时熔融并且具有一定的粘度；此时，发泡剂发生氧化还原反应并产生气体，由于高温熔融体内部表面张力的作用，气体被保留在熔体内，随炉冷却后即得泡沫陶瓷。
本发明与现有技术相比具有的优点主要是：
其一. 煤矸石与磷尾矿的利用量达90%，节约资源，有利于环保；
其二. 所得产品的可控性能好，能根据不同需求控制产品的孔径大小、密度，易再加工；
其三. 该材料生产具有烧成温度低(1080℃~1160℃)、周期短、成本低(原料廉价，能耗低的短周期生产)、热导率低、密度小、强度高等优点；当样品密度为0.283g/cm3时，抗压强度达到5.47MPa，热导率可达0.081W/(m·K)。
附图说明
图1、图2和图3分别是本发明制备的泡沫陶瓷的试样图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的说明，但不限定本发明。
实施例1：
1)泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石35%，磷尾矿27%，长石23.5%，黄砂13%，发泡剂1.5%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅30%、碳酸钙40%、氧化铁30%；
2) 原料混合后，再加入于原料总质量50%的水，在轻型球磨机中球磨混合18小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱110℃烘干、制得粉体，再加入于粉体质量6%的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为2MPa，再置于鼓风干燥箱中在80℃下干燥18h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以3℃/min匀速升温到1130℃，保温烧结1.5h后退火，得到泡沫陶瓷。
采用阿基米德排水法测密度、回弹法测试抗压强度、平板法测试热导率，所得泡沫陶瓷的密度为0.283g/cm3，抗压强度为5.47MPa，热导率为0.081W/(m·K)。
实施例2：
1)泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石20%，磷尾矿30%，长石32%，黄砂17%，发泡剂1%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅30%、碳酸钙30%、氧化铁40%；
2) 原料混合后，再加入于原料总质量50%的水，在轻型球磨机中球磨混合15小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱110℃烘干、制得粉体，再加入于粉体质量5.5%的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为1MPa，再置于鼓风干燥箱中在80℃下干燥14h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以2℃/min匀速升温到1080℃，保温烧结1h后退火，得到泡沫陶瓷。
测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.327g/cm3，抗压强度为6.52MPa，热导率为0.115W/(m·K)。
实施例3：
1)泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石29%，磷尾矿20%，长石30%，黄砂20%，发泡剂1%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅40%、碳酸钙35%、氧化铁25%；
2) 原料混合后，再加入于原料总质量50%的水，在轻型球磨机中球磨混合17小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱110℃烘干、制得粉体，再加入于粉体质量7%的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为3MPa，再置于鼓风干燥箱中在80℃下干燥15h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以2℃/min匀速升温到1120℃，保温烧结2h后退火，得到泡沫陶瓷。
测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.320g/cm3，抗压强度为6.48MPa，热导率为0.109W/(m·K)。
实施例4：
1)泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石50%，磷尾矿20%，长石18%，黄砂10%，发泡剂2%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅40%、碳酸钙40%、氧化铁20%；
2) 原料混合后，再加入于原料总质量50%的水，在轻型球磨机中球磨混合16小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱110℃烘干、制得粉体，再加入于粉体质量4%的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为2MPa，再置于鼓风干燥箱中在80℃下干燥12h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以2℃/min匀速升温到1160℃，保温烧结1h后退火，得到泡沫陶瓷。
测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.272g/cm3，抗压强度为4.13MPa，热导率为0.085W/(m·K)。
实施例5：
1)泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石23%，磷尾矿40%，长石25%，黄砂10.5%，发泡剂1.5%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅50%、碳酸钙30%、氧化铁20%；
2) 原料混合后，再加入于原料总质量40%的水，在轻型球磨机中球磨混合16小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱110℃烘干、制得粉体，再加入于粉体质量4.5%的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为3MPa，再置于鼓风干燥箱中在80℃下干燥12h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以4℃/min匀速升温到1090℃，保温烧结1.5h后退火，得到泡沫陶瓷。
测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.304g/cm3，抗压强度为6.19MPa，热导率为0.098W/(m·K)。
实施例6：
1)泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石41%，磷尾矿22%，长石20%，黄砂15%，发泡剂2%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅42%、碳酸钙34%、氧化铁24%；
2) 原料混合后，再加入于原料总质量50%的水，在轻型球磨机中球磨混合17小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱110℃烘干、制得粉体，再加入于粉体质量7%的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为1.5MPa，再置于鼓风干燥箱中在80℃下干燥21h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以4℃/min匀速升温到1140℃，保温烧结1h后退火，得到泡沫陶瓷。
测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的料密度为0.294g/cm3，抗压强度为5.83MPa，热导率为0.092W/(m·K)。
实施例7：
1)泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石37%，磷尾矿33%，长石19%，黄砂10%，发泡剂1%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅47%、碳酸钙30%、氧化铁23%；
2) 原料混合后，再加入于原料总质量50%的水，在轻型球磨机中球磨混合13小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱110℃烘干、制得粉体，再加入于粉体质量5%的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为3MPa，再置于鼓风干燥箱中在80℃下干燥24h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以3℃/min匀速升温到1100℃，保温烧结1.5h后退火，得到泡沫陶瓷。
测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.309g/cm3，抗压强度为6.41MPa，热导率为0.104W/(m·K)。
实施例8：
1)泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石45%，磷尾矿21%，长石20%，黄砂12%，发泡剂2%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅32%、碳酸钙37%、氧化铁31%；
2) 原料混合后，再加入于原料总质量50%的水，在轻型球磨机中球磨混合16小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱110℃烘干、制得粉体，再加入于粉体质量6%的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为1MPa，再置于鼓风干燥箱中在80℃下干燥15h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以2℃/min匀速升温到1140℃，保温烧结1.5h后退火，得到泡沫陶瓷。
测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.275g/cm3，抗压强度为4.36MPa，热导率为0.089W/(m·K)。
上述实施例中使用的煤矸石的主要组成为：Al2O326.02%～42.48%、SiO234.73%～57.18%、Fe2O30.28%～10.63%、CaO0.12%～2.16%、MgO0.44%～2.41%、TiO20.90%～3.21%、SO30.08%～0.36%、 K2O+Na2O 0.25%～3.9%，烧失量17.69%～28.80%，均为质量百分比。
上述实施例中使用的磷尾矿的主要组成为：Al2O31.51%～5.27%、SiO213.26%～34.21%、CaO21.23%～37.45%、Na2O0.65%～2.94%、P2O56.86%～19.60%、Fe2O31.26%～4.29%和MgO4.25%～15.41%，均为质量百分比。
上述实施例中使用的长石的主要组成为：Al2O316.27%～21.84%、SiO265.19%～73.39%、CaO0.028%～0.37%、Na2O9.38%～11.72%、K2O0.05%～0.45%、Fe2O30.027%～0.810%和TiO20.09%～0.47%，均为质量百分比。
上述实施例中使用的黄沙的主要组成为：Al2O34.82%～6.15%、SiO284.36%～91.06%、CaO0.33%～1.64%、Na2O0.43%～0.69%、K2O3.15%～4.72%和Fe2O30.28%～0.61%，均为质量百分比。
上述实施例中经烧结后所得泡沫陶瓷的试样结构如图1至图3所示。由图1可知，该样品为大孔孔径，分布较均匀；由图2可知，该样品孔径偏大；由图3可知，该样品为小孔孔径，分布较均匀。

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1、(10)申请公布号 CN 103011888 A (43)申请公布日 2013.04.03 CN 103011888 A *CN103011888A* (21)申请号 201210561368.6 (22)申请日 2012.12.21 C04B 38/06(2006.01) C04B 35/14(2006.01) C04B 35/622(2006.01) (71)申请人武汉理工大学地址 430071 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122 号 (72)发明人吉晓莉翟成成 (74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 代理人王守仁 (54) 发明名称一种利用固体废弃物制。

2、备泡沫陶瓷及其方法 (57) 摘要本发明涉及一种利用固体废弃物制备泡沫陶瓷及其方法。该泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石 20 50%，磷尾矿 20 40%，长石 1832%，黄砂 10 20%，发泡剂 1 2%，均为质量百分比。该泡沫陶瓷的制备方法包括生料的制备、坯体的成型和烧结步骤。本发明对于煤矸石、磷尾矿等固体废弃物的高效利用，减少对环境的污染，从而改善自然环境、利用廉价原料和降低生产成本具有重要的意义；同时生产的泡沫陶瓷具有较高的强度、密度低、烧结温度和热导率较低的优势。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 5 页附图 3 页。

3、 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 1 页说明书 5 页附图 3 页 1/1 页 2 1. 一种泡沫陶瓷，其特征是该泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石 20 50%，磷尾矿 20 40%，长石 1832%，黄砂 10 20%，发泡剂 1 2%，均为质量百分比。 2. 根据权利要求 1 所述的泡沫陶瓷，其特征在于该泡沫陶瓷由以下原料组成：煤矸石 35%，磷尾矿 27%，长石 23.5%，黄砂 13%，发泡剂 1.5%，均为质量百分比。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的泡沫陶瓷，其特征在于所述的发泡剂为碳化硅、碳酸钙和。

4、氧化铁的混合物，颗粒粒径 0.045mm，质量百分比为：碳化硅 30 50%、碳酸钙 30 40%、氧化铁 20 40%。 4. 一种泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于制备方法包括以下步骤： 1）生料的制备：先将原料按以下质量百分比例混合：煤矸石 20 50%，磷尾矿 20 40%，长石 1832%，黄砂 12 20%，发泡剂 1 2% ；混合后再加入于原料总质量 50% 的水，放入轻型球磨机中球磨 12 18h，得到混合均匀的浆料；然后将浆料置于鼓风干燥箱中于 110下烘干、制得粉体，再加入于粉体质量 47% 的水炼泥，得到混合均匀的生料；。

5、 2）成型：将生料置于模具中，在粉末压片机上进行压制成型，再于 80下干燥 12 24h 得坯体； 3）烧结：将坯体放入烧结炉中，然后将炉体从室温升到 1080 1160，烧结保温 12 小时，随炉冷却后得到泡沫陶瓷。 5. 根据权利要求 4 所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于该泡沫陶瓷由以下质量百分比的原料组成：煤矸石 35%，磷尾矿 27%，长石 23.5%，黄砂 13%，发泡剂 1.5%。 6. 根据权利要求 4 所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径 0.045mm，质量百分比为：。

6、碳化硅 30 50%、碳酸钙 30 40%、氧化铁 30 40%。 7. 根据权利要求 4 所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于烧结时将烧结炉的温度按照 26 /min 的升温速率匀速从室温升到 1080 1160。 8. 根据权利要求 4 所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述压制成型的工艺条件为：采用单面加压，加压大小为 1 3MPa。 9. 根据权利要求 4 所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于成型加压大小为 2 3MPa，升温速率为 24 /min，烧结温度为 1120 1140，烧结保温时间为 11.5 小时。 10. 根据权利要求 9 所述的泡沫陶瓷的制。

7、备方法，其特征在于成型加压大小为 2MPa，升温速率为 3 /min，烧结温度为 1130，保温时间为 1.5 小时。权利要求书 CN 103011888 A 2 1/5 页 3 一种利用固体废弃物制备泡沫陶瓷及其方法技术领域 0001 本发明涉及建筑陶瓷材料领域，具体涉及一种利用固体废弃物制备的泡沫陶瓷及其方法。背景技术 0002 煤矸石是在采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石；煤矸石是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值，含碳20%30%，有些含腐殖酸。中国积存的煤矸石。

8、达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石 1 亿吨。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，影响生态环境，在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害；矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放出的二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康。 0003 我国磷矿资源相当丰富，储量仅次于摩洛哥，居世界第 2 位，八大磷矿主要分布在湖北、湖南、四川、江苏、贵州、云南等省份，但 80% 是中低品位磷矿石。磷尾矿是磷矿浮选精矿时排出的未能加以充分利用的固体废料。近年来，随着磷化工业的快速。

9、发展，且我国磷矿石原矿的品位不高，造成磷化工业每年产生大量的磷尾矿。磷尾矿一般呈细砂状形态自然堆积在尾矿库中，不仅耗费资金、占用大量土地，而且还带来许多环境问题和安全问题。目前，磷尾矿的利用率还很低，其综合利用途径主要有新药剂再浮选、重结晶再浮选、制备水泥、制备建筑用砖、制备微晶玻璃、制备磷镁肥等。 0004 在公开号 CN102674788A 专利中，其处理煤矸石的方法是：“由煤矸石陶砂和粘结剂粘结制备而成的；所述煤矸石陶砂与所述粘结剂的质量比为 2-3:1 ；所述煤矸石陶砂由下述重量份的组分制备而成：煤矸石 30-70 份；玻璃粉 20。

10、-70 份；发泡剂 2-10 份；水玻璃 10-25 份。 ” 该方法虽然烧结温度偏低，但是工艺较复杂，经过了二次烧结，能耗较大；制备出煤矸石陶砂后，再用大量的粘接剂粘接煤矸石陶砂而形成板材，原料的成本高；其板材的抗压强度不高。 0005 在公开号 CN1837129 专利中，其处理磷尾矿的方法是：“在磷尾矿中加入硅石粉、焦碳粉 ( 或煤矸石粉 )、高岭土粉按一定比例混匀，加水，陈腐，用真空挤出机或压砖机生产线成型，烘干后浸釉，装窑车入隧道窑。经预热、升温后得到磷蒸气和一氧化碳，再经过水化塔吸收得到浓磷酸，砖块经过换热冷却后作为承重砖。

11、产品。 ” 该发明对设备要求高、工序复杂，反应的温度 (1280 1450 ) 也高。发明内容 0006 本发明所要解决的技术问题是：提供一种热导率低、密度低和抗压强度较高的泡沫陶瓷，并提供该泡沫陶瓷易于制备的方法。 0007 本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：本发明提供的利用固体废弃物制备泡沫陶瓷，其主要组成为：煤矸石 20 50%，磷尾矿说明书 CN 103011888 A 3 2/5 页 4 20 40%，长石 1832%，黄砂 10 20%，发泡剂 1 2%，均为质量百分比。 0008 上述泡沫陶瓷可由以下原料组成：煤矸石 35%，。

12、磷尾矿 27%，长石 23.5%，黄砂 13%，发泡剂 1.5%，均为质量百分比。 0009 所述的发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径 0.045mm，质量百分比可以为：碳化硅 30 50%、碳酸钙 30 40%、氧化铁 20 40%。 0010 本发明提供的泡沫陶瓷制备方法，其包括以下步骤：（1）生料的制备：先将原料按以下质量百分比例混合：煤矸石 20 50%，磷尾矿 20 40%，长石 1832%，黄砂 10 20%，发泡剂 1 2%，混合后再加入于原料总质量 50% 的水，放入轻型球磨机中球磨 12 18h，得到混合。

13、均匀的浆料；然后将浆料置于鼓风干燥箱中于 110下烘干、制得粉体，再加入于粉体质量 47% 的水炼泥，得到混合均匀的生料；（2）成型：将生料置于模具中，在粉末压片机上进行压制成型，再置于鼓风干燥箱中于 80下干燥 12 24h 得坯体；（3）烧结：将坯体放入烧结炉中，然后将炉体从室温升到 1080 1160，烧结保温 12 小时，随炉冷却后得到泡沫陶瓷。 0011 上述步骤（1）中，所述的原料可以由以下质量百分比的原料替换：煤矸石 35%，磷尾矿 27%，长石 23.5%，黄砂 13%，发泡剂 1.5%，均为质量百分比上述步。

14、骤（1）中，所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，颗粒粒径 0.045mm，质量百分比可以为：碳化硅 30 50%、碳酸钙 30 40%、氧化铁 30 40%。 0012 上述步骤（2）中，所述压制成型的工艺条件可以为：采用单面加压，加压大小为 1 4MPa。 0013 上述步骤（2）中，成型加压大小可以为 2 3MPa，升温速率为 24 /min，烧结温度为 1120 1140，保温时间为 11.5 小时。 0014 上述步骤（2）中，成型加压大小可以为 2MPa，升温速率为 3 /min，烧结温度为 1130，保温时间为 1.5。

15、小时。 0015 上述步骤（3）中，可以将烧结炉的温度按照 26 /min 的升温速率匀速从室温升到 1080 1160。 0016 本发明的原理：煤矸石在烧成时具有较大的烧失量，长石提供陶瓷必要的组分、作为助溶剂来降低坯体的烧结温度，磷尾矿能提供陶瓷必要的组分并对烧成时玻璃相的形成有促进作用，黄砂提供 SiO2增加烧成后坯体的强度。坯体在 1080 1160时熔融并且具有一定的粘度；此时，发泡剂发生氧化还原反应并产生气体，由于高温熔融体内部表面张力的作用，气体被保留在熔体内，随炉冷却后即得泡沫陶瓷。 0017 本发明与现有技术相比具有的优点主要是：。

16、其一 . 煤矸石与磷尾矿的利用量达 90%，节约资源，有利于环保；其二 . 所得产品的可控性能好，能根据不同需求控制产品的孔径大小、密度，易再加工；其三 . 该材料生产具有烧成温度低 (1080 1160 )、周期短、成本低 ( 原料廉价，能说明书 CN 103011888 A 4 3/5 页 5 耗低的短周期生产 )、热导率低、密度小、强度高等优点；当样品密度为 0.283g/cm3时，抗压强度达到 5.47MPa，热导率可达 0.081W/(mK)。附图说明 0018 图 1、图 2 和图 3 分别是本发明制备的泡沫陶瓷的试样图。具体。

17、实施方式 0019 下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的说明，但不限定本发明。 0020 实施例 1 ： 1) 泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石 35%，磷尾矿 27%，长石 23.5%，黄砂 13%，发泡剂 1.5%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅 30%、碳酸钙 40%、氧化铁 30% ； 2) 原料混合后，再加入于原料总质量 50% 的水，在轻型球磨机中球磨混合 18 小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱 110烘干、制得粉体，再加入于粉体质量 6% 的水炼泥，得到混合均匀的生。

18、料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为 2MPa，再置于鼓风干燥箱中在 80下干燥 18h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以 3 /min 匀速升温到 1130，保温烧结 1.5h 后退火，得到泡沫陶瓷。 0021 采用阿基米德排水法测密度、回弹法测试抗压强度、平板法测试热导率，所得泡沫陶瓷的密度为 0.283g/cm3，抗压强度为 5.47MPa，热导率为 0.081W/(mK)。 0022 实施例 2 ： 1) 泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石 20%，磷尾矿 30%，长石 32%，黄砂 17%，发泡剂 1%，均为质量百分比；所述。

19、发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅 30%、碳酸钙 30%、氧化铁 40% ； 2) 原料混合后，再加入于原料总质量 50% 的水，在轻型球磨机中球磨混合 15 小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱 110烘干、制得粉体，再加入于粉体质量 5.5% 的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为 1MPa，再置于鼓风干燥箱中在 80下干燥 14h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以 2 /min 匀速升温到 1080，保温烧结 1h 后退火，得到泡沫陶瓷。 0023 测试方法同实施。

20、例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.327g/cm3，抗压强度为6.52MPa，热导率为 0.115W/(mK)。 0024 实施例 3 ： 1) 泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石 29%，磷尾矿 20%，长石 30%，黄砂 20%，发泡剂 1%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅 40%、碳酸钙 35%、氧化铁 25% ； 2) 原料混合后，再加入于原料总质量 50% 的水，在轻型球磨机中球磨混合 17 小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱 110烘干、制得粉体，再加入于粉体质量 7% 的水炼。

21、泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为 3MPa，再置于鼓风干燥箱中在 80下干燥 15h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以 2 /min 匀速升温到 1120，保温烧结 2h 后退火，得到泡沫陶瓷。说明书 CN 103011888 A 5 4/5 页 6 0025 测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.320g/cm3，抗压强度为6.48MPa，热导率为 0.109W/(mK)。 0026 实施例 4 ： 1) 泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石 50%，磷尾矿 20%，长石 18%，黄砂 10%，发泡剂 2%。

22、，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅 40%、碳酸钙 40%、氧化铁 20% ； 2) 原料混合后，再加入于原料总质量 50% 的水，在轻型球磨机中球磨混合 16 小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱 110烘干、制得粉体，再加入于粉体质量 4% 的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为 2MPa，再置于鼓风干燥箱中在 80下干燥 12h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以 2 /min 匀速升温到 1160，保温烧结 1h 后退火，得到泡沫陶瓷。。

23、 0027 测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.272g/cm3，抗压强度为4.13MPa，热导率为 0.085W/(mK)。 0028 实施例 5 ： 1) 泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石 23%，磷尾矿 40%，长石 25%，黄砂 10.5%，发泡剂 1.5%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅 50%、碳酸钙 30%、氧化铁 20% ； 2) 原料混合后，再加入于原料总质量 40% 的水，在轻型球磨机中球磨混合 16 小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱 110烘干、制得粉体，。

24、再加入于粉体质量 4.5% 的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为 3MPa，再置于鼓风干燥箱中在 80下干燥 12h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以 4 /min 匀速升温到 1090，保温烧结 1.5h 后退火，得到泡沫陶瓷。 0029 测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.304g/cm3，抗压强度为6.19MPa，热导率为 0.098W/(mK)。 0030 实施例 6 ： 1) 泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石 41%，磷尾矿 22%，长石 20%，黄砂 15%，发泡剂 2%，均为质量百分比；。

25、所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅 42%、碳酸钙 34%、氧化铁 24% ； 2) 原料混合后，再加入于原料总质量 50% 的水，在轻型球磨机中球磨混合 17 小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱 110烘干、制得粉体，再加入于粉体质量 7% 的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为 1.5MPa，再置于鼓风干燥箱中在 80下干燥 21h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以 4 /min 匀速升温到 1140，保温烧结 1h 后退火，得到泡沫陶瓷。 0031 测试方。

26、法同实施例1，所得泡沫陶瓷的料密度为0.294g/cm3，抗压强度为5.83MPa，热导率为 0.092W/(mK)。 0032 实施例 7 ： 1) 泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石 37%，磷尾矿 33%，长石 19%，黄砂 10%，发泡剂 1%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅 47%、碳酸钙 30%、氧化铁 23% ；说明书 CN 103011888 A 6 5/5 页 7 2) 原料混合后，再加入于原料总质量 50% 的水，在轻型球磨机中球磨混合 13 小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于。

27、鼓风干燥箱 110烘干、制得粉体，再加入于粉体质量 5% 的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为 3MPa，再置于鼓风干燥箱中在 80下干燥 24h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以 3 /min 匀速升温到 1100，保温烧结 1.5h 后退火，得到泡沫陶瓷。 0033 测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.309g/cm3，抗压强度为6.41MPa，热导率为 0.104W/(mK)。 0034 实施例 8 ： 1) 泡沫陶瓷的主要组成为：煤矸石 45%，磷尾矿 21%，长石 20%，黄砂 12%，。

28、发泡剂 2%，均为质量百分比；所述发泡剂为碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物，质量百分比为：碳化硅 32%、碳酸钙 37%、氧化铁 31% ； 2) 原料混合后，再加入于原料总质量 50% 的水，在轻型球磨机中球磨混合 16 小时，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱 110烘干、制得粉体，再加入于粉体质量 6% 的水炼泥，得到混合均匀的生料；生料在粉末压片机中压制成型，成型压力为 1MPa，再置于鼓风干燥箱中在 80下干燥 15h，得到坯体；将坯体置于烧结炉中，从室温以 2 /min 匀速升温到 1140，保温烧结 1.5h 后退火，。

29、得到泡沫陶瓷。 0035 测试方法同实施例1，所得泡沫陶瓷的密度为0.275g/cm3，抗压强度为4.36MPa，热导率为 0.089W/(mK)。 0036 上述实施例中使用的煤矸石的主要组成为： Al2O326.02% 42.48%、 SiO234.73% 57.18%、 Fe2O30.28% 10.63%、 CaO0.12% 2.16%、 MgO0.44% 2.41%、 TiO20.90% 3.21%、 SO30.08% 0.36%、 K2O+Na2O 0.25% 3.9%，烧失量 17.69% 28.80%，均为质量百分比。 0037 上述实施例中使用的磷尾矿的主要组成。

30、为： Al2O31.51% 5.27%、 SiO213.26% 34.21%、 CaO21.23%37.45%、 Na2O0.65%2.94%、 P2O56.86%19.60%、 Fe2O31.26%4.29% 和 MgO4.25% 15.41%，均为质量百分比。 0038 上述实施例中使用的长石的主要组成为： Al2O316.27% 21.84%、 SiO265.19% 73.39%、 CaO0.028%0.37%、 Na2O9.38%11.72%、 K2O0.05%0.45%、 Fe2O30.027%0.810% 和 TiO20.09% 0.47%，均为质量百分比。 0039 上述。

31、实施例中使用的黄沙的主要组成为： Al2O34.82% 6.15%、 SiO284.36% 91.06%、 CaO0.33% 1.64%、 Na2O0.43% 0.69%、 K2O3.15% 4.72% 和 Fe2O30.28% 0.61%，均为质量百分比。 0040 上述实施例中经烧结后所得泡沫陶瓷的试样结构如图1至图3所示。由图1可知，该样品为大孔孔径，分布较均匀；由图 2 可知，该样品孔径偏大；由图 3 可知，该样品为小孔孔径，分布较均匀。说明书 CN 103011888 A 7 1/3 页 8 图 1 说明书附图 CN 103011888 A 8 2/3 页 9 图 2 说明书附图 CN 103011888 A 9 3/3 页 10 图 3 说明书附图 CN 103011888 A 10 。

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