1.本发明属于材料技术领域，具体涉及一种高强度泡沫陶瓷及其制备方法。


背景技术：

2.泡沫陶瓷是一种具有三维网状结构的新型多孔陶瓷材料，具有隔音和隔热性能优良，耐高温和耐酸碱腐蚀能力强，热传导率低，抗热震性能优良，化学性能稳定等特点，已经被广泛应用于诸多领域，例如，工业中的废水处理与重金属回收、工厂烟囱等高热量释放区域的保温隔热层、建筑物外墙的保温砖等。近年来，国家对环境保护极其重视，相关环保法律、法规日趋严格，泡沫陶瓷在该领域的应用再次得到关注。
3.随着我国城镇化建设的快速推进，建筑面积和建筑能耗持续增加。与此同时，工业化水平的提升也造成工业固体废弃物的产出日益增多，给社会、经济和环境带来了巨大压力。为深入推进资源节约型、环境友好型社会建设，支撑建筑节能、绿色建筑以及装配式建筑的发展，大掺量利用固体废弃物开发轻质高强的保温墙体材料，已成为新型建筑材料发展的主要方向。目前，已有利用抛光砖渣、粉煤灰、花岗岩碎屑、阴极射线管以及多种金属尾矿制备发泡陶瓷的相关研究。但现有的泡沫陶瓷的机械强度较低，通常为了增加其机械强度，需要以牺牲孔隙率为代价，这将直接造成性能的衰减。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种高强度泡沫陶瓷及其制备方法，本发明以建筑垃圾和/或工业固废等为主要原料，以氧化钨、氧化钼、氟化铝等为助剂，以白云石矿渣、抛光砖废渣等为发泡剂，原位合成针状莫来石强化的泡沫陶瓷，在不牺牲孔隙率的前提下，可有效提高机械强度10％以上。
5.本发明采取的具体技术方案是：
6.一种高强度泡沫陶瓷，由以下质量百分比的原料制成：a％建筑垃圾、b％炉渣、c％粉煤灰、d％铝矾土、e％白云石矿渣、f％抛光砖废渣、g％氧化钼或氧化钨等、h％氟化铝，其中，0≥a≤90，0≥b≤80，0≥c≤80，0≥d≤50，0≥e≤50，0≥f≤50，0＞g≤40，0＞h≤40。
7.进一步地，一种高强度泡沫陶瓷，由以下质量百分比的原料制成：a％建筑垃圾、c％粉煤灰、d％铝矾土、e％白云石矿渣、f％抛光砖废渣、g％氧化钼或氧化钨等、h％氟化铝，其中，0≥a≤90，0≥c≤80，0≥d≤30，0≥e≤50，0≥f≤50，0＞g≤40，0＞h≤40。
8.本发明还提供了上述高强度泡沫陶瓷作为建筑保温材料的应用。
9.本发明还提供了制备上述高强度泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
10.①
原料预处理：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣分别经粉碎机破碎，过筛得到》50目的粉体，烘干备用；
11.②
混合：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣、氧化钼或氧化钨、氟化铝按照配比混合均匀，然后按照粉体：水为1:0-0.5的比例混合均匀，经具成型后，烘干得陶瓷胚体备用；
12.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经0.1-30℃/min的速率上升至900-1700℃，保温0-48h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
13.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成特定形貌，以备使用。
14.本发明还提供了上述方法制备的高强度泡沫陶瓷作为建筑保温材料的应用。
15.进一步地，一种高强度泡沫陶瓷，由以下质量百分比的原料制成：a％建筑垃圾、b％炉渣、d％铝矾土、e％白云石矿渣、f％抛光砖废渣、g％氧化钼或氧化钨等、h％氟化铝，其中，0≥a≤90，0≥b≤80，0≥d≤50，0≥e≤50，0≥f≤50，0＞g≤40，0＞h≤40。
16.本发明还提供了上述高强度泡沫陶瓷作为过滤材料的应用。处理污水等，例如，去除含油污水中的油污。
17.本发明还提供了制备上述高强度泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
18.①
原料预处理：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣分别经粉碎机破碎，过筛得到》50目的粉体，烘干备用；
19.②
混合：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣、氧化钼或氧化钨、氟化铝按照配比混合均匀，然后按照粉体：水为1:0-0.5的比例混合均匀，经具成型后，烘干得陶瓷胚体备用；
20.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经0.1-30℃/min的速率上升至800-1000℃，保温0.5-4h，然后0.1-30℃/min的速率上升至1050-1700℃，保温0-48h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
21.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成特定形貌，以备使用。
22.本发明还提供了上述方法制备的高强度泡沫陶瓷作为过滤材料的应用。处理污水等，例如，去除含油污水中的油污。
23.本发明的有益效果是：
24.1.本发明以建筑垃圾与工业固废等为主要原料，以氧化钨、氧化钼、氟化铝等为助剂，以白云石矿渣、抛光砖废渣等为发泡剂，原位合成针状莫来石强化的泡沫陶瓷。在高温烧结过程中，氟化铝可原位诱导针状莫来石的形成与生长，氧化钨或氧化钼等助剂可降低原料的烧结温度，同时促进高温液相物质的扩散，促进针状莫来石的生长。当泡沫陶瓷遭遇外力时，内嵌式的莫来石晶须则会起到连接陶瓷颗粒的作用，同时晶须脱落陶瓷颗粒的能量也比较大，阻止了泡沫陶瓷的破碎或断裂，从而起到增强泡沫陶瓷机械强度的目的。
25.2.本发明的高强度泡沫陶瓷可通过调节原料比例与烧结工艺，分别得到具有闭孔结构的建筑保温材料(如图1所示)与具有开孔结构的分离膜材料(如图2所示)。本发明制备的两类泡沫陶瓷在不牺牲孔隙率的前提下，可有效提高机械强度10％以上。
26.3.本发明以建筑垃圾等为原料，解决目前建筑垃圾难处理的问题，并且变废为宝，节约了成本。
附图说明
27.图1为具有闭孔结构的建筑保温材料的电镜照片；
28.图2为具有开孔结构的分离膜材料的电镜照片。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
30.实施例1：
31.一种高强度泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
32.①
原料预处理：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到300目的粉体，80℃烘干备用；
33.②
混合：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣、氧化钼、氟化铝等按照50、10、10、10、10、5、5的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.3的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
34.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经5℃/min的速率上升至1200℃，保温4h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
35.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成特定形貌，以备使用。
36.对照例1：
37.一种泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
38.①
原料预处理：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到300目的粉体，80℃烘干备用；
39.②
混合：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等按照50、10、10、10、10的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.3的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
40.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经5℃/min的速率上升至1200℃，保温4h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
41.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成特定形貌，以备使用。
42.机械强度测试：将实施例1和对照例1制得的泡沫陶瓷分别进行样品的抗压强度测试(gb/t 50081-2019)，实施例1制得的泡沫陶瓷的抗压强度比对照例1制得的的泡沫陶瓷平均提高15％(实施例1制得的泡沫陶瓷的抗压强度是2.3mpa，对照例1是2.0mpa)，且两者的导热率(具体采用hotdisk法测试的导热率)均约为0.14w
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。
43.实施例2：
44.一种高强度泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
45.①
原料预处理：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到200目的粉体，80℃烘干备用；
46.②
混合：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣、氧化钼、氟化铝等按照80、3、2、4、6、2、3的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.25的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
47.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经5℃/min的速率上升至1250℃，保温4h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
48.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成特定形貌，以备使用。
49.对照例2：
50.一种泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
51.①
原料预处理：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到200目的粉体，80℃烘干备用；
52.②
混合：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣、等按照80、3、2、4、6的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.25的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
53.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经5℃/min的速率上升至1250℃，保温4h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
54.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成特定形貌，以备使用。
55.机械强度测试：将实施例2和对照例2制得的泡沫陶瓷分别进行样品的抗压强度测试(gb/t 50081-2019)，实施例2制得的泡沫陶瓷的抗压强度比对照例2制得的的泡沫陶瓷平均提高10％(实施例2制得的泡沫陶瓷的抗压强度是2.5mpa，对照例2是2.3mpa)，且两者的导热率(具体采用hotdisk法测试的导热率)均约为0.15w
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56.实施例3：
57.一种高强度泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
58.①
原料预处理：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到200目的粉体，80℃烘干备用；
59.②
混合：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣、氧化钼、氟化铝等按照20、55、10、5、5、2、3的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.5的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
60.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经4℃/min的速率上升至1300℃，保温3h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
61.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成特定形貌，以备使用。
62.对照例3：
63.一种泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
64.①
原料预处理：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到200目的粉体，80℃烘干备用；
65.②
混合：将建筑垃圾、粉煤灰、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣、氧化钼、氟化铝等按照20、55、10、5、5、2、3的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.5的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
66.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经4℃/min的速率上升至1300℃，保温3h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
67.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成特定形貌，以备使用。
68.机械强度测试：将实施例3和对照例3制得的泡沫陶瓷分别进行样品的抗压强度测试(gb/t 50081-2019)，实施例3制得的泡沫陶瓷的抗压强度比对照例4制得的的泡沫陶瓷平均提高11％(实施例3制得的泡沫陶瓷的抗压强度是1.9mpa，对照例3是1.7mpa)，且两者的导热率(具体采用hotdisk法测试的导热率)均约为0.13w
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69.实施例4：
70.一种高强度泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
71.①
原料预处理：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到200目的粉体，80℃烘干备用；
72.②
混合：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣、氧化钼、氟化铝等按照45、5、20、10、10、5、5的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.4的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
73.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经3℃/min的速率上升950℃，保温1h，然后2℃/min至1350℃，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
74.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成平板膜，以备使用。
75.对照例4：
76.一种泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
77.①
原料预处理：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到200目的粉体，80℃烘干备用；
78.②
混合：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等按照45、5、20、10、10的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.4的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
79.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经3℃/min的速率上升950℃，保温1h，然后2℃/min至1350℃，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
80.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成平板膜，以备使用。
81.机械强度测试：将实施例4和对照例4制得的泡沫陶瓷分别进行样品的抗压强度测试(gb/t 50081-2019)，实施例4制得的泡沫陶瓷的抗压强度比对照例4制得的泡沫陶瓷平均提高20％(实施例4制得的泡沫陶瓷的抗压强度是1.2mpa，对照例4是1.0mpa)。
82.含油污水处理：将处理后的平板膜用于处理含油污水，跨膜压力为1.5bar，膜初始通量为7.68m3·
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，同时，该平板膜在使用0.5％氢氧化钠溶液处理后，由于膜表面羟基化，膜渗透通量比再生前提高5％左右(通常，再生后，膜渗透通量会有所下降)。
83.实施例5：
84.一种高强度泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
85.①
原料预处理：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到400目的粉体，80℃烘干备用；
86.②
混合：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣、氧化钼、氟化铝等按照25、10、25、10、5、15、10的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.2的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
87.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经3℃/min的速率上升900℃，保温0.5h，然后1℃/min至1300℃，保温2h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
88.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成平板膜，以备使用。
89.对照例5：
90.一种泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
91.①
原料预处理：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到400目的粉体，80℃烘干备用；
92.②
混合：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等按照25、10、25、10、
5的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.2的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
93.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经3℃/min的速率上升900℃，保温0.5h，然后1℃/min至1300℃，保温2h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
94.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成平板膜，以备使用。
95.机械强度测试：将实施例5和对照例5制得的泡沫陶瓷分别进行样品的抗压强度测试(gb/t 50081-2019)，实施例5制得的泡沫陶瓷的抗压强度比对照例5制得的的泡沫陶瓷平均提高10％(实施例5制得的泡沫陶瓷的抗压强度是1.1mpa，对照例5是1.0mpa)。
96.含油污水处理：将处理后的平板膜用于处理含油污水，跨膜压力为2bar，膜初始通量为9.87m3·
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，同时，该平板膜在使用0.5％氢氧化钠溶液处理后，由于膜表面羟基化，膜渗透通量比再生前提高3％左右(通常，再生后，膜渗透通量会有所下降)。
97.实施例6：
98.一种高强度泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
99.①
原料预处理：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到500目的粉体，80℃烘干备用；
100.②
混合：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣、氧化钼、氟化铝等按照15、10、20、10、5、20、20的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.25的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
101.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经5℃/min的速率上升980℃，保温1.5h，然后3℃/min至1350℃，保温2h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
102.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成平板膜，以备使用。
103.对照例6：
104.一种泡沫陶瓷的方法，包括如下步骤：
105.①
原料预处理：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等经粉碎机破碎，过筛得到500目的粉体，80℃烘干备用；
106.②
混合：将建筑垃圾、炉渣、铝矾土、白云石矿渣、抛光砖废渣等按照15、10、20、10、5的质量比例混合均匀，然后按照粉体：水为1:0.25的质量比例混合均匀，经具成型后，烘干备用；
107.③
烧制：将陶瓷胚体放入马弗炉中，经5℃/min的速率上升980℃，保温1.5h，然后3℃/min至1350℃，保温2h，即可得到所制备的泡沫陶瓷；
108.④
切割打磨成型：将烧制的泡沫陶瓷经切割打磨成平板膜，以备使用。
109.机械强度测试：将实施例6和对照例6制得的泡沫陶瓷分别进行样品的抗压强度测试(gb/t 50081-2019)，实施例6制得的泡沫陶瓷的抗压强度比对照例6制得的的泡沫陶瓷平均提高22％(实施例6制得的泡沫陶瓷的抗压强度是1.1mpa，对照例6是0.9mpa)。
110.含油污水处理：将处理后的平板膜用于处理含油污水，跨膜压力为1bar，膜初始通量为5.21m3·
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，同时，该平板膜在使用0.5％氢氧化钠溶液处理后，由于膜表面羟基化，膜渗透通量比再生前提高4％左右(通常，再生后，膜渗透通量会有所下降)。
111.尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的发明人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，
并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的发明领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。