添加剂对锂尾矿制备泡沫玻璃陶瓷的作用研究

本研究以锂尾矿为主要原料,选取碎玻璃、氟硅酸钠、芒硝、硼砂为助熔剂,SiC为发泡剂,采用高温熔融发泡法在850~975℃制备了气孔分布均匀、孔径大小合适的泡沫玻璃陶瓷材料,锂尾渣的用量可达63%~70%。研究发现添加剂用量、烧结温度和保温时间对试样发泡有较大的影响。利用70%锂尾矿制备发泡陶瓷材料,可在烧结温度为975℃、保温时间为10min制备出容重为0.68g/cm
3,抗压强度为4.14MPa,导热系数为0./(m·K)的泡沫陶瓷材料。

我国锂辉石矿储备丰富,伴随锂工业的发展,每年锂矿精选和生产锂盐所产生的锂尾矿高达数百万吨。相对落后的开采技术和粗放的加工模式造成了资源的浪费和环境污染。锂尾矿中含有制 备硅酸盐材料 的SiO2、Al
2O3、MgO、CaO 等化学成分,锂尾矿磨细后,表面富含活性SiO2。目前,锂渣再利用的途径主要有代替粘土烧制水泥熟料,用作混合材生产水泥、代替部分水泥配制混凝土等。但锂尾矿作为水泥熟料原料,其掺入量最多只能达到20%
[1];作为水泥掺合料虽然比高炉矿渣、磷渣具有一定的优势,且具有良好的增稠保水效果[2~3],
但也易受地域因素的限制,无法实现大规模的生产利用。此外,锂渣的碱度系数较低,在自然条件下没有足够的水化硬化能力,强度难以激发,在建材中的应用仍主要限于水泥的混合材或混凝土的掺合料,而且掺合量小于15%
[4]。因此,如何扩大锂渣或锂尾渣的综合利用途径,进一步发挥锂渣潜在的应用价值,开发绿色环保的功能化建筑材料对促进我国国民经济的发展、改善环境具有很重要的现实意义。
泡沫玻璃陶瓷是一种整体充满微孔的材料,具有
优良的隔热、保温、隔音性能,且与混凝土、砂浆相容性好,耐高温,而且不容易燃烧,可用于一些防火要求较高的施工部位
[5~6]。近年来,随着我国建筑业快速增长和节能环保建筑占比的提高
[7~8],巨大的新增建设量及既有建筑改造为新型泡沫保温建筑材料的发展提
供了广阔的市场空间。锂尾矿具有与粘土相似的化学组成,可以用它取代一部分传统的陶瓷原料,用于陶瓷生产,同时其中还含有少量氧化锂,可以提高坯料的机械强度和抗热震性能。利用锂尾矿为原料,制备高效节能建筑保温隔
热多孔材料,是拓宽其利用领域的有效途径。笔者利用锂尾矿为主要原料,添加其它辅料,研究添加剂对屏幕玻璃陶瓷制备过程中发泡效果的影响,开发新型低成本保温隔热材料技术。
1 实验
1.
1 实验原料与过程

采用四川康定呷基卡锂辉石浮选尾矿渣为主要原料,选取碎玻璃、氟硅酸钠、芒硝、硼砂为添加剂,SiC为发泡剂,其中锂尾矿和碎玻璃的化学组成见表1。通过化学组成确定基础配方,然后按照实验配合
料的设计配比加入添加剂(包括助溶剂和发泡剂)。碎玻璃和锂尾矿经球磨处理后,再与其他原料进行混合,均匀后放入耐火砖模具内铺平,并置于高温炉内升温,采用高温发泡法制备泡沫陶瓷。
1.
2 性能检测与表征
样品脱模后,用磨床将样品表面磨平,然后用切割机将样品切成规则的试条,试样经清洗、干燥后,进行性能测试和形貌观测分析。试样的导热系数采用QTM-500导热系数测试仪(上海图新电子科技有限公司)进行测试。物相分析使用 D8型 X 射线衍射仪(德国布鲁克 AXS公司)测定。用光学数字显微镜(舜宇光学科技(集团)有限公司)对材料进行微观形貌观测分析。
2 结果与讨论
2.
1 助熔剂对锂尾矿熔融性能的影响
实验发现锂尾矿在1 200℃左右才开始软化,配合料在1 250℃未见全部熔融,达到其熔融发泡所需的温度则更高。而发泡玻璃陶瓷 的发泡 温度 一 般 在800~1 150℃,且常用发泡剂产生气体的温度较低,为
此,实验选用玻璃粉、Na2SiF6、硼砂做助熔剂以降低锂尾矿熔融温度,并使物料在高温下具有合适的粘度,避免发泡剂产生气体逸出。
2.
1.
1 玻璃粉及其用量对锂尾矿熔融性能的影响废玻璃经研碎、过100目细筛后,按照5%,10%,
15%,20%比例掺入到锂尾矿中,将混合好的物料倒入模具中,在高温炉中加热到1 200℃,掺入量的不同废玻璃后试样的熔融结果如表2所示。表2 玻璃粉掺量后锂尾矿的熔融效果玻璃粉掺入量(%)
熔融情况
与未掺入玻璃粉时未有太大变化10原料未熔融,不具有流动性15开始熔融,有较多颗粒未熔物20有未熔颗粒存在,但是数量明显减少混合料的熔融性能随玻璃粉的掺入得到有效改善。玻璃粉掺入量大于15%时,混合料中只有部分物
料未熔融。玻璃粉是制备发泡陶瓷常用的助熔剂,可有效降低配合料的熔融温度、加 速 玻 璃的 熔制 过程。但碎玻璃加入过多,容易引起产品的脆化。为此,玻璃粉的加入量控制在15%~20%,可加入其他助熔剂,改善混合料的熔融性能。
 
2 Na2SiF6 及其用量对锂尾矿熔融性能的影响采用玻璃粉和 Na2SiF6 复合添加剂,观察其对锂尾矿熔融性能的影响。在加入15%的玻璃粉的物料中,再加入 5%、8%、10% 和15% 的 Na2SiF6,混合 均匀后,放入模具中考察物料从室温到1 200℃的熔融情况。物料的熔融情况见表3。表3 Na2SiF6 掺入后试样的熔融情况助熔剂组成熔融情况
15%碎玻璃+5%Na2SiF6颗粒几乎消失,物料没有流动性
15%碎玻璃+8%Na2SiF6颗粒料消失,稍有流动性,冷却后呈灰青色
15%碎玻璃+10%Na2SiF6
流动性中等,冷却后呈灰青色
15%碎玻璃+15%Na2SiF6物料有分层现象,下层几乎完全熔融,上层酥松青白色,粘度很大从表3可以看出,加入 Na2SiF6 后混合料的熔点明显降低。氟硅酸钠可加速玻璃的形成反应,在玻璃中引人0.
5%~1%的氟,可提高玻璃熔制速度15%~16%,从而 降 低 玻 璃 液 粘 度 和 表 面 张 力。实 验 发 现Na2SiF6 掺入量8%时,物料可呈现出一定的流动性。掺入15%的 Na2SiF6 时,虽然熔融效果明显改善,但由于 Na2SiF6 中 F的挥发,熔融体上方出现明显酥松现象。为此,Na2SiF6 添加量不宜太高,可在 Na2SiF6添加量为8%的基础上,添入其他助熔剂进行调节。
3 硼砂的掺入和用量对锂尾矿熔融性能的影响表4 硼砂掺入后试样的熔融情况助熔剂组成熔融情况
15%碎玻+8%Na2SiF6+3%硼砂粘度较大,有分层现象,上层有酥松物质15%碎玻+
8%Na2SiF6+5%硼砂流动性较好,有分层现象,上层有酥松物质
15%碎玻璃+8%Na2SiF6+7%硼砂流动性较好,有分层现象,有酥松物质
15%碎玻璃+8%Na2SiF6+10%硼砂流动性良好,有分层现象,上层有酥松物质在玻璃和陶瓷原料中添加硼砂不仅具有助熔的作用,同时还有助于形成具有高化学耐久性、低热膨胀和



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