一种制备硅晶石复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备硅晶石复合材料的方法，按以下步骤进行：准备紫土、页岩废渣并加入添加剂混合后湿磨制成发泡陶瓷料浆；将废玻璃粉和二氧化硅粉混合后湿磨制成微晶玻璃料浆；将两种料浆放入烘箱进行干燥，然后在粉碎机中粉碎，分别制成发泡陶瓷粉体、微晶玻璃粉体，粉体粒径为200～300目；将微晶玻璃粉体铺平在模具底部，发泡陶瓷粉体铺平在微晶玻璃粉体上，然后用中温箱式电阻炉进行焙烧发泡和析晶过程；最后随炉冷却获得硅晶石复合材料。本发明专利技术的工艺流程简短，操作简单，所用页岩废渣和废玻璃粉为废弃物，实现了固体废弃物的资源化利用，得到的硅晶石复合材料产品价值高。

【技术实现步骤摘要】
一种制备硅晶石复合材料的方法
本专利技术涉及一种利用紫土、页岩废渣、废玻璃粉和二氧化硅粉制备硅晶石复合材料的方法，属于材料制备

技术介绍
发泡陶瓷是一种主要以闭气孔存在的硅酸盐类材料，因具有轻质、高强、耐高温、保温、隔音等优良性能而用于建筑防火材料和保温材料。微晶玻璃是指在玻璃中添加某些形核剂，并通过控制结晶过程在玻璃内均匀地析出大量的微小晶体，形成致密的多晶材料，其用作装饰材料时，性能优于花岗岩和天然大理石。硅晶石复合材料是指以发泡陶瓷为保温层、微晶玻璃为装饰面，使两者在高温下通过一次烧结粘结在一起，形成具有保温装饰一体化特点的建筑材料。紫土发育于亚热带地区石灰性紫色砂页岩母质土壤，在频繁的风化作用和侵蚀作用下形成的硅酸盐类物质，全剖面呈均一的紫色或紫红色，主要分布在中国的亚热带地区。页岩是一种沉积岩，成分复杂，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。页岩在开采的过程中会产生废渣，这些废渣很难得到资源化利用，只能大量堆存，不仅占用大面积土地，还会破环生态，污染环境。在我国，每年将会产生5000万吨左右的废玻璃，其中只有一小部分通过各种方式到了废品收集站得以回收利用，剩余大部分都是被环卫部门填埋处理，所以废玻璃的回收利用到目前为止还没有真正实现产业化。在建筑中，热损失主要通过门窗和墙体散失，其中墙体的散热占据相当大的份额。可见，发展墙体保温技术和推广使用节能材料是建筑节能的必要途径。目前，现有的建筑保温系统主要采用外墙外保温系统，所用材料以有机保温材料为主，虽然有机保温材料具有质轻、保温效果好、不吸水、施工方法成熟等优势，但存在燃烧等级低易着火的弊端，给人民的生命财产带来了重大威胁。本专利技术的方法以页岩废渣、废玻璃粉为原料制备硅晶石复合材料，在实现固体废弃物回收利用的同时，又解决了建筑材料中保温装饰一体化的技术问题。
技术实现思路
为解决保温装饰一体化的技术问题，本专利技术提供一种利用紫土、页岩废渣、废玻璃粉和二氧化硅粉制备硅晶石复合材料的方法，采用紫土、页岩废渣、废玻璃粉和二氧化硅粉作为原料，硼砂、球粘土、碳化硅和偏磷酸钠作为添加剂，经高温焙烧发泡、结晶成型，大规模资源化利用紫土、页岩废渣、废玻璃粉的同时，制得性能较优的硅晶石复合材料。为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种制备硅晶石复合材料的方法，其包括如下步骤：S1、准备紫土、页岩废渣作为发泡陶瓷的原料，废玻璃粉和二氧化硅粉作为微晶玻璃料的原料；S2、准备硼砂、球粘土、碳化硅和偏磷酸钠作为添加剂。其中硼砂作助熔剂，碳化硅作发泡剂，偏磷酸钠作稳泡剂，球粘土具有促进液相烧结的作用；S3、将所述发泡陶瓷的原料和添加剂混合后湿磨制成发泡陶瓷料浆；S4、将所述微晶玻璃料的原料混合后湿磨制成微晶玻璃料浆；S5、将发泡陶瓷料浆和微晶玻璃料浆分别放入烘箱进行干燥，然后在粉碎机中粉碎，分别制成发泡陶瓷粉体、微晶玻璃粉体，粉体粒径为200～300目；S6、将微晶玻璃粉体铺平在模具底部，发泡陶瓷粉体铺平在微晶玻璃粉体上，然后用中温箱式电阻炉进行焙烧发泡和析晶过程，最后随炉冷却获得硅晶石复合材料。在一个优选的实施方案中，在步骤S1中，所述紫土按质量百分比计含SiO261～62％，Al2O319～20％，Fe2O37～8％，CaO1～2％，Na2O0.02～0.04％，TiO20.7～0.8％，MgO2～3％，K2O6～7％，其余为杂质。在一个优选的实施方案中，在步骤S1中，所述页岩废渣按质量百分比计含SiO266～67％，Al2O315～16％，Fe2O35～6％，CaO5～6％，Na2O0.1～0.2％，TiO20.8～0.9％，MgO3～4％，K2O1～2％，其余为杂质。在一个优选的实施方案中，在步骤S1中，所述废玻璃按质量百分比计含SiO265～66％，Al2O38～9％，Fe2O30.1～0.2％，CaO21～22％，Na2O0.2～0.3％，MgO0.1～0.2％，K2O0.1～0.2％，其余为杂质。在一个优选的实施方案中，在步骤S1中，所述发泡陶瓷的原料中按质量百分比紫土占50～70％，页岩废渣占30～50％；所述微晶玻璃料的原料中废玻璃粉占75～95％，二氧化硅粉占5～25％。经前期大量实验研究发现，发泡陶瓷原料中紫土和页岩废渣的用量超出上述范围时，发泡陶瓷会出现不膨胀或膨胀过度等现象，严重影响其性能；微晶玻璃原料中废玻璃粉和二氧化硅粉的用量超出上述范围时，连接处会因微晶玻璃和发泡陶瓷的热膨胀系数不同出现裂纹，严重影响材料的强度。在一个优选的实施方案中，在步骤S2中，所述硼砂占发泡陶瓷的原料总质量的3～4％，所述球粘土占发泡陶瓷的原料总质量的4～6％，所述碳化硅占发泡陶瓷的原料总质量的0.4～0.8％，所述偏磷酸钠占发泡陶瓷的原料总质量的1～2％。其中，硼砂作助熔剂，可降低发泡陶瓷原料的熔化温度，若添加量低于3％，助熔效果不明显；高于4％时，焙烧过程中会产生大量的液相，液相粘度过小，使得气泡体积太大，严重影响发泡陶瓷的性能，所以硼砂的添加量优选发泡陶瓷原料质量的3～4％。球粘土具有促进液相烧结的作用，当其添加量低于发泡陶瓷原料总质量的4％时，促进效果不明显；高于6％时，使得烧结致密化过程太长，严重影响晶体的析出，从而导致材料的强度降低，所以球粘土的添加量优选发泡陶瓷的原料总质量的4～6％。碳化硅作发泡剂，在高温下与空气反应产生CO2，CO2在液相的包裹下进行膨胀发泡；当其添加量低于发泡陶瓷原料总质量的0.4％时，产生的CO2气体太少，使得发泡效果不明显；高于0.8％时，CO2气体产生量过多，气体的表面张力大于液相的粘滞阻力，使得气泡体积过大或产生缺陷，所以碳化硅的添加量优选发泡陶瓷的原料总质量的0.4～0.8％。偏磷酸钠作稳泡剂，当其添加量过低或过高时，会使气泡尺寸不稳定，尺寸差别较大，影响材料的性能，所以硼砂的添加量优选发泡陶瓷原料质量的1～2％。在一个优选的实施方案中，在步骤S3、S4中，所述湿磨时混合物料、研磨球和水的质量比为料：球：水＝1：1.5～2.1：0.5～1.0。若料：球：水的比例超出此范围，在相同的研磨时间下，会使得物料研磨不充分，达不到实验的粒度要求。在一个优选的实施方案中，在步骤S5中，所述干燥在110～120℃下干燥6～9h。在干燥温度在110～120℃及时间6～9h的范围下进行干燥，可避免因温度过高或干燥时间过长导致物料大面积结块过硬，难以破碎；若干燥温度过低，会导致干燥时间过长，不利于节约用电。在一个优选的实施方案中，在步骤S6中，所述焙烧发泡和析晶过程中的温度制度为：炉温从室温以4～6℃/min的速率升到150～200℃，保温15min，有利于粉体中水分的蒸发；然后以8～10℃/min的升温速率升到950～1000℃，保温30～60min；较快的升温速率有利于材料的烧结致密化，同时在此温度下保温，有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备硅晶石复合材料的方法，其特征在于，其包括如下步骤：/nS1、准备紫土、页岩废渣作为发泡陶瓷的原料，废玻璃粉和二氧化硅粉作为微晶玻璃料的原料；/nS2、准备硼砂、球粘土、碳化硅和偏磷酸钠作为添加剂；/nS3、将所述发泡陶瓷的原料和添加剂混合后湿磨制成发泡陶瓷料浆；/nS4、将所述微晶玻璃料的原料混合后湿磨制成微晶玻璃料浆；/nS5、将发泡陶瓷料浆和微晶玻璃料浆分别放入烘箱进行干燥，然后在粉碎机中粉碎，分别制成发泡陶瓷粉体、微晶玻璃粉体，粉体粒径为200～300目；/nS6、将微晶玻璃粉体铺平在模具底部，发泡陶瓷粉体铺平在微晶玻璃粉体上，然后用中温箱式电阻炉进行焙烧发泡和析晶过程，最后随炉冷却获得硅晶石复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备硅晶石复合材料的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、准备紫土、页岩废渣作为发泡陶瓷的原料，废玻璃粉和二氧化硅粉作为微晶玻璃料的原料；
S2、准备硼砂、球粘土、碳化硅和偏磷酸钠作为添加剂；
S3、将所述发泡陶瓷的原料和添加剂混合后湿磨制成发泡陶瓷料浆；
S4、将所述微晶玻璃料的原料混合后湿磨制成微晶玻璃料浆；
S5、将发泡陶瓷料浆和微晶玻璃料浆分别放入烘箱进行干燥，然后在粉碎机中粉碎，分别制成发泡陶瓷粉体、微晶玻璃粉体，粉体粒径为200～300目；
S6、将微晶玻璃粉体铺平在模具底部，发泡陶瓷粉体铺平在微晶玻璃粉体上，然后用中温箱式电阻炉进行焙烧发泡和析晶过程，最后随炉冷却获得硅晶石复合材料。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述紫土按质量百分比计含SiO261～62％，Al2O319～20％，Fe2O37～8％，CaO1～2％，Na2O0.02～0.04％，TiO20.7～0.8％，MgO2～3％，K2O6～7％，其余为杂质。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述页岩废渣按质量百分比计含SiO266～67％，Al2O315～16％，Fe2O35～6％，CaO5～6％，Na2O0.1～0.2％，TiO20.8～0.9％，MgO3～4％，K2O1～2％，其余为杂质。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述废玻璃按质量百分...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨合，梁宗宇，薛向欣，马明龙，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21