粉煤灰协同中钛型高炉渣制备的陶瓷材料及其制备方法与流程

本发明属于功能无机材料，具体涉及一种粉煤灰协同中钛型高炉渣制备的陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、中钛型高炉渣是高炉冶炼钒钛磁铁矿后的产物，目前中钛型高炉渣的处理方式主要为堆存，不仅造成了大量的资源浪费，且占用了土地资源。煤炭是我国重要的能源供应来源，长期对煤炭的使用使得粉煤灰的产量日渐提高，粉煤灰的主要来源是以煤粉为燃料的火电厂和城市集中供热锅炉，其中90%以上为湿排灰，活性较干灰低，且费水费电，污染环境，也不利于综合利用。因此，亟待开发一种新型的中钛型高炉渣和粉煤灰的无害化和资源化利用方法，这对推进固废的综合利用、改善环境质量、促进经济社会发展全面绿色转型具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种粉煤灰协同中钛型高炉渣合成的陶瓷材料及其制备方法，通过利用粉煤灰的特点，显著改善含钛高炉渣的烧结性能，获得较优质的力学性能和保温性能的陶瓷材料。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

3、一种粉煤灰协同中钛型高炉渣制备的陶瓷材料，所述陶瓷材料的矿物成分包括3al2o3·2sio2、cao·tio2、cao·al2o3·2sio2、cao·mgo·sio2、cao·mgo·2sio2、al2o3·sio2、2mgo·2al2o3·5sio2和fe2o3。

4、所述陶瓷材料中各化学成分的重量百分数的范围为：al2o319.98～26.70wt％、sio239.67～47.77wt％、mgo 4.67～6.86wt％、tio24.64～7.32wt％、cao 15.8～25.46wt％和fe2o30.4～0.7wt％。

5、根据本发明提供的陶瓷材料，陶瓷材料矿物成分主要由莫来石3al2o3·2sio2、钙钛矿cao·tio2、钙长石cao·al2o3·2sio2、透辉石cao·mgo·sio2、单斜辉石cao·mgo·2sio2、硅线石al2o3·sio2、堇青石2mgo·2al2o3·5sio2和赤铁矿fe2o3构成，其主要化学成分的重量百分数范围为：al2o319.98～26.70％、sio239.67～47.77％、mgo 64.67～6.86％、tio24.64～7.32％、cao 15.8～25.46wt％和fe2o30.4～0.7wt％。陶瓷材料中的低熔点钙长石(cao·al2o3·2sio2)和透辉石(cao·mgo·sio2)粘结相的增加和钙钛矿(cao·tio2)的减少显著改善了陶瓷的烧结性能和机械性能。

6、在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料的体积密度为1.63～1.82g/cm3；所述陶瓷材料的孔隙率为19.88～33.77％。

7、在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料的抗压强度为35.66～125.28mpa，抗弯强度为15.25～31.35mpa，耐火度为1050～1200℃，导热率为0.28～0.35w/m·k。

8、本发明还公开了一种粉煤灰协同中钛型高炉渣制备陶瓷材料的方法，用于制备包括：

9、准备原料，所述原料包括粉煤灰、中钛型高炉渣、粘结剂、发泡剂、添加剂和水；

10、将所述中钛型高炉渣破碎至10～60目；

11、将所述中钛型高炉渣、粉煤灰、粘结剂、发泡剂和添加剂称量混匀，加入一定量的水制成陶瓷生坯；

12、其中，各原料的质量百分占比范围为：中钛型高炉渣28～49％，粉煤灰21～42％，发泡剂15％，粘结剂5％，添加剂5%和水5%；

13、其中，中钛型高炉渣的破碎处理是指将中钛型高炉渣在自然风干的情况下，利用立磨机将中钛型高炉渣进行研磨至至10～60目；

14、将中钛型高炉渣、粉煤灰、发泡剂、粘结剂、添加剂和水按一定比例称量，采用强制式搅拌机进行混匀；

15、其中，中钛型高炉渣的重量百分数为28～49％，粉煤灰的重量百分数为21～42％，发泡剂优选无水碳酸钠的重量百分数为15％，粘结剂优选聚乙烯醇的重量百分数为5％，添加剂优选硼酸的重量百分数为5％，水的重量百分数为5％。

16、陶瓷材料的成型是将混合料用砌块成型机制备出所需形状的陶瓷生坯。

17、陶瓷生坯的烘干及烧制是指将成型后的陶瓷材料生坯先自然风干96小时后；

18、然后采用带式烘干机进行烘干，烘干温度为200～400℃，烘干时间为20～30小时。烘干结束后，将生坯送入到高温窑炉中进行高温烧结，煅烧温度为1000~1100℃，煅烧时间为20～24小时。烧结结束后经过缓冷的方式将陶瓷材料冷却至室温，即得到陶瓷材料成品。

19、该陶瓷材料能够达到以下相关性能：超陶瓷材料的体积密度为1.63～1.82g/cm3，孔隙率为19.88～33.77％，抗压强度为35.66～125 .28mpa，抗弯强度为15.25～31.35mpa，耐火度为1050～1200℃，导热率为0.28～0.35w/m·k。

20、与现有的材料技术方法相比，本发明具有如下优点：

21、1、该陶瓷材料具有制备工艺简单，产品密度小、强度高、孔隙率高、导热率低的特点。

22、2、该陶瓷材料矿物成分主要由由莫来石3al2o3·2sio2、钙钛矿cao·tio2、钙长石cao·al2o3·2sio2、透辉石cao·mgo·sio2、单斜辉石cao·mgo·2sio2、硅线石al2o3·sio2、堇青石2mgo·2al2o3·5sio2和赤铁矿fe2o3构成，其主要化学成分的重量百分数范围为：al2o319.98～26.70％、sio239.67～47.77％、mgo 64.67～6.86％、tio24.64～7.32％、cao 15.8～25.46wt％和0.4～0.7wt％fe2o3。陶瓷材料中的低熔点钙长石(cao·al2o3·2sio2)和透辉石(cao·mgo·sio2)粘结相的增加和钙钛矿(cao·tio2)的减少显著改善了陶瓷的烧结性能和机械性能。

23、3、本发明方法显著提高了中钛型高炉渣的烧结性能、硼酸的添加降低了烧结温度和烧结成本，制备工艺简单，流程短，能耗低，绿色环保。所制备的陶瓷材料是一种新型的多孔保温材料，具有优质的力学性能和保温性能的陶瓷材料，产品广泛用于非承重墙体或屋顶的保温，充分利用了目前无法被利用的中钛型高炉渣，不仅产生较高的经济价值，且促进固体废弃物的高效综合利用。

24、4、本发明中钛型高炉渣利用率高，在多孔陶瓷中含量可达40％以上，制备的陶瓷材料力学性能优良、质轻、多孔、隔热，可应用于非承重墙体和屋顶层，而且具有隔音作用，不仅利用了tio2作为形核剂的作用，同时解决了中钛型高炉渣几乎零利用的现状。

技术特征：

1.一种利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的矿物成分包括3al2o3·2sio2、cao·tio2、cao·al2o3·2sio2、cao·mgo·sio2、cao·mgo·2sio2、al2o3·sio2、2mgo·2al2o3·5sio2和fe2o3；

2.根据权利要求1所述的利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的体积密度为1.63～1.82g/cm3；所述陶瓷材料的孔隙率为19.88～33.77％。

3.根据权利要求1所述的利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的抗压强度为35.66～125.28mpa，抗弯强度为15.25～31.35mpa，耐火度为1050～1200℃，导热率为0.28～0.35w/m·k。

4.一种利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备陶瓷材料的方法，用于制备如权利要求1-3任一项所述的陶瓷材料，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备陶瓷材料的方法，其特征在于，各原料的质量百分占比范围为：中钛型高炉渣28～49％，粉煤灰21～42％，发泡剂15％，粘结剂5％，添加剂5%和水占5%。

6.根据权利要求5所述的利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备陶瓷材料的方法，其特征在于，在制成所述陶瓷生坯后，还包括：

7.根据权利要求4或5所述的利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备陶瓷材料的方法，其特征在于，所述粘接剂包括聚乙酸醇。

8.根据权利要求4或5所述的利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备陶瓷材料的方法，其特征在于，所述发泡剂包括无水碳酸钠。

9.根据权利要求4或5所述的利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备陶瓷材料的方法，其特征在于，所述添加剂包括硼酸。

10.根据权利要求6所述的利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备陶瓷材料的方法，其特征在于，陶瓷生坯的烘干前将陶瓷材料生坯自然风干96小时。

技术总结本发明提供一种利用粉煤灰协同中钛型高炉渣制备的陶瓷材料及其制备方法，属于功能无机材料技术领域；本发明的方法是以中钛型高炉渣和粉煤灰作为主原料，将中钛型高炉渣进行研磨，按照一定比例混匀后配加一定量的粉煤灰、粘结剂聚乙烯醇、发泡剂无水碳酸钠和添加剂硼酸，再加入定量的水之后压制成型，最终放入窑炉烧制出一种陶瓷。本发明中钛型高炉渣利用率高，在多孔陶瓷中含量可达40％以上，制备的陶瓷材料力学性能优良、质轻、多孔、隔热，可应用于非承重墙体和屋顶层，而且具有隔音作用，不仅利用了TiO<subgt;2</subgt;作为形核剂的作用，同时解决了中钛型高炉渣几乎零利用的现状。技术研发人员：崔坤坤,刘二浩,伊凤永,胡心光,张永升,李志峰,静浩受保护的技术使用者：河钢股份有限公司承德分公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11