[发明专利]煤矸石-粉煤灰-硅砂尾矿体系全废渣泡沫陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了煤矸石‑粉煤灰‑硅砂尾矿体系全废渣轻质高强无机泡沫陶瓷及其制备方法。以煤矸石、粉煤灰和硅砂尾矿为原料，外加少量水作润湿剂，通过尾矿内部组成在高温下反应释放的气体而赋与泡沫陶瓷的多孔结构，获得了综合性能优良的泡沫陶瓷，废渣利用率高、制备工艺简单、成本低廉，其主要物相为钙长石相，轻质、高强、隔热、保温、防火、抗腐蚀和不产生二次污染，体积密度为0.68~0.81g.cm^‑3，气孔率65.2‑74.7%，抗压强度为8.5‑13.7MPa，抗弯强度为5.3‑8.4MPa，耐酸性98.91‑99.94%，耐碱性99.61‑99.83%，可作为建筑物顶层、非承重墙和内外墙的隔热保温防火材料。

技术领域

本发明涉及固体废弃物资循环利用、建筑物节能及新型建筑陶瓷材料领域，具体涉及以煤矸石-粉煤灰-硅砂尾矿体系全废渣组成为原料制备轻质高强无机泡沫陶瓷及其制备方法。

背景技术

近年来，以回收工业固体废弃物、实现资源的二次利用为目的的研究越来越受到关注。我国是一个矿产储量的大国，其煤矿、钢铁、有色金属等资源的产量均位于世界的领先水平。但同时也因生产技术和开采设备落后等因素产生了大量的工业固体废弃物，如煤矸石、粉煤灰、赤泥和各种尾矿等。这些废渣大部分被堆放在露天渣场，或用于筑路、回填采空区等低层次用途。仅少部分被用于生产水泥、墙砖、硅酸盐砌块、加气混凝土、泡沫水泥、泡沫玻璃、陶瓷、微晶玻璃等建筑材料，引入的废渣种类和引入量都极有限。工业固体废渣的堆存占用了大量土地，一方面产生高额的废渣维护成本；另一方面，废渣的溢出或塌陷直接危害渣场附近财产和人类生命安全，特别是一些废渣中往往含重金属及放射性有毒有害物质，其在自然界的风化作用下，到处流失，对土壤、水域和大气造成严重污染。因此，日益增加的工业废渣已成为社会公害，如何科学利用废渣是世界各国面临的重大难题之一。

此外，节能减排是我国可持续经济发展的重要目标。根据全球气候变化控制目标，世界可持续发展工商理事会提出到2050年要将建筑物能源使用量减少60％，墙壁和窗户产生的建筑物能耗约占全球能源消耗的38％。而具有轻质、高强、气孔率高等特点的泡沫陶瓷在隔热、保温、隔音等方面具有优良的效果，可用于建筑物冬天取暖和夏天致冷过程中通过墙壁热流量的控制。因此，泡沫陶瓷是控制建筑物能耗的关键材料。目前，已经出现了许多利用工业固体废弃物制备无机泡沫材料的研究和报道，而且许多国家近年来也出台了相关的政策，这将进一步的促进相关技术的转化和应用，有利于环境和能源节约等问题的合理解决。

专利104446628A公开一种利用煤矸石制备轻质保温墙体材料的方法。其组成配比和工艺如下：1)组成配比：煤矸石71～95％，助熔剂4.5～26.5％，发泡剂0.3～2.5％，其中，发泡剂为碳化硅、三氧化二铁、硫酸钙中的一种或几种按任意配比混合；助熔剂为长石、碎玻璃、铁尾矿、白云石、滑石、菱镁矿、纯碱、碳酸钾、萤石、硼砂中的一种或几种按任意配比混合。2)工艺：将配制好的粒状粉料装入耐火模具并送入窑炉内，同时利用窑炉内的高温烟气和温度获得了一种新型隔热保温墙体材料。该专利以煤矸石为主要原料(71～95wt％)，添加了部分助熔剂与发泡剂，未涉及全废渣泡沫陶瓷及其制备方法，也未涉及煤矸石-粉煤灰-硅砂尾矿三组成体系泡沫陶瓷及其制备方法。同时，泡沫陶瓷的性能明显依赖于煤矸石的化学组成，严重影响制品性能的稳定性。

专利CN104671824A公开了一种利用煤矸石制备轻质发泡陶瓷保温材料的方法。该方法以85％～95％煤矸石、3％～14％矿物原料、1％～5％化工原料。其中，矿物原料包括白炭黑、菱苦土、镁钙砂中的一种或多种，化工原料采用纯碱、羧甲基纤维素钠或硅酸钠中的一种或多种。按比例称量各种原料，经过球磨、过筛、喷雾造粒、成型及烧结处理后，制得了高强度轻质发泡陶瓷保温材料。该专利以煤矸石为主要原料(85％～95wt％)，添加了部分矿物原料和化工原料，如纯碱类助熔剂，白炭黑类发泡剂，羧甲基纤维素钠与硅酸钠类粘结剂。未涉及全废渣泡沫陶瓷及其制备方法，也未涉及煤矸石-粉煤灰-硅砂尾矿三组成体系泡沫陶瓷及其制备方法。同时，泡沫陶瓷的性能明显依赖于煤矸石的化学组成，严重影响制品性能的稳定性。