本發(fā)明涉及固體廢棄物綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種利用陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料制備一體墻材的方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國建筑能耗已占到社會(huì)總能耗的40％以上。在建筑能耗中，除了生活用水和電器用能之外，大部分的能耗主要用于建筑供暖通風(fēng)與空調(diào)。因此，為了實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，世界各地研究學(xué)者提出很多關(guān)于建筑節(jié)能的新概念，如被動(dòng)房(passivehouse)是最新出現(xiàn)的一個(gè)建筑節(jié)能方面的新概念，是指不需要通過主動(dòng)的傳統(tǒng)采暖方式和主動(dòng)的傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)的形式的房屋?！氨粍?dòng)房”的設(shè)計(jì)要求對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫標(biāo)準(zhǔn)有更高的要求，要求建筑墻體的傳熱系數(shù)低于0.15w/(m².k)且建筑結(jié)構(gòu)無熱橋。目前，典型的被動(dòng)房屋的外墻由外到內(nèi)分別為外部砌磚層、空腔層、巖棉層、內(nèi)部砌磚層等，其墻體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度較大、墻體材料消耗資源較高，可以預(yù)見，被動(dòng)房的推廣將導(dǎo)致中國的資源愈發(fā)緊張。所以，我們需要研究發(fā)泡結(jié)構(gòu)與基體機(jī)構(gòu)一體成型的建筑節(jié)能墻體材料。

此外，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于能源的需求不斷加大，與此同時(shí)造成大量的廢棄物的排放，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

首先，隨著我國建筑業(yè)的迅速發(fā)展，陶瓷磚在我國建筑陶瓷行業(yè)是成為一種優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品。目前，我國陶瓷磚產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80％以上，大量陶瓷磚不光意味著需要消費(fèi)大量的原材料，還意味著會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物。陶瓷渣是陶瓷企業(yè)在陶瓷磚的生產(chǎn)制作過程中，由于制品磨邊和打磨等加工工序，產(chǎn)生的一種大量陶瓷工業(yè)固體廢棄渣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)1m²的陶瓷磚，經(jīng)過磨邊和打磨處理后，會(huì)產(chǎn)生1.5kg的廢料，并損失0.6kg的磨頭原料，因此共產(chǎn)生2.1kg左右的陶瓷渣。陶瓷渣中所含的主要化學(xué)成分為二氧化硅sio2和氧化鋁al2o3。但是，陶瓷渣中還含有大量的拋光過程中磨頭上的雜質(zhì)，即碳化硅磨料和氯氧鎂水泥粘結(jié)劑。陶瓷渣中的雜質(zhì)，尤其是碳化硅在高溫時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)，使其在直接作為原料循環(huán)再利用過程中會(huì)造成產(chǎn)品的發(fā)泡膨脹現(xiàn)象，從而造成產(chǎn)品嚴(yán)重變形，甚至造成窯爐毀壞，因此目前陶瓷渣還無法在制陶過程中重新利用。在我國，90％以上的陶瓷渣主要還是采用填埋的方法處理。陶瓷渣堆放不僅會(huì)占用大量寶貴的土地資源，而且顆粒細(xì)小陶瓷渣很容易形成揚(yáng)塵造成粉塵污染，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。如何減少陶瓷渣的污染，將其變廢為寶，促進(jìn)陶瓷渣的高效循環(huán)利用，是一個(gè)值得關(guān)注的問題。

其次，光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展期，全球單晶硅年產(chǎn)量已超過10萬噸。而制備太陽能電池時(shí)，通常需要將高純硅錠切割成單元硅片。在切割過程中,根據(jù)理論計(jì)算將有44％的晶體硅被切磨為高純硅(99.9999％純度)“鋸屑”進(jìn)入到切割漿料中，而在實(shí)際加工過程中則有高達(dá)50％-55％的晶體硅以亞微米級(jí)硅粉的形式損失，切割過程造成單晶硅廢料將以高純硅、聚乙二醇和碳化硅的混合形式形成單晶硅磨拋廢料。研究表明，我國每年光伏產(chǎn)業(yè)將有超過5萬噸硅廢料產(chǎn)生。目前，針對(duì)單晶硅和多晶硅切割廢料漿的回收，研究人員做了大量工作，但在切割廢料漿的回收方法中，大部分都是回收料漿中的聚乙二醇和碳化硅，而對(duì)于料漿中高純硅的回收利用的研究很少，且技術(shù)還不夠成熟。

目前為止，無論是單晶硅磨拋廢料還是陶瓷渣都沒有得到很好的應(yīng)用，主要以填埋方式處理，形成大量的資源浪費(fèi)，同時(shí)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，有必要研究如何有效利用固廢，減低資源和能源的消耗，解決中國當(dāng)下資源相對(duì)短缺的矛盾。本專利結(jié)合上訴兩種固體廢料自身化學(xué)特性，提出一種利用陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料制備一體墻材的新方法。一方面，利用陶瓷渣自身碳化硅發(fā)泡的特性，通過采用化學(xué)發(fā)泡的方法，在添加劑作用下制備發(fā)泡多孔墻材，作為一體墻材的保溫部分。另一方面，通過混合陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料，利用單晶硅磨拋廢料中硅粉的氧化反應(yīng)，抑制陶瓷渣中碳化硅的發(fā)泡，從而燒結(jié)制備致密的陶瓷基體材料，作為一體墻材的基體部分。

綜上所述，由于一體墻材具有保溫和基體兩部分，所以其同時(shí)具有硬度大、耐熱、抗腐蝕性、質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小等特點(diǎn)，因此開發(fā)制備一體成型的墻材在建筑領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。此外，針對(duì)現(xiàn)有陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料的問題，本專利提出結(jié)合利用兩種廢料自身化學(xué)特性制備一體墻材,不光避免了資源浪費(fèi)，同時(shí)解決了由于廢渣大量堆放造成的環(huán)境污染問題；此外，制備的一體墻材還具有很高的附加價(jià)值。因此，采用陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料直接制備高性能高附加價(jià)值的一體墻材變得至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)目前陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料由于雜質(zhì)的存在，無法循環(huán)再利用，且大量堆放造成環(huán)境污染等缺點(diǎn)，提供一種利用陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料制備一體墻材的方法。

該方法充分利用陶瓷渣本身的化學(xué)組成的特點(diǎn)(主要組成以sio2和al2o3為主，并含有大量的堿金屬和堿土金屬氧化物)，充分利用陶瓷渣中碳化硅造成的發(fā)泡缺點(diǎn)，采在其為化學(xué)發(fā)泡劑，轉(zhuǎn)變?yōu)橹苽浔夭牧系膬?yōu)點(diǎn)，制備得到高性能的多孔保溫部分。此外，充分利用單晶硅陶瓷渣中硅粉對(duì)陶瓷渣中雜質(zhì)碳化硅發(fā)泡缺陷進(jìn)行抑制修正，從而燒結(jié)制備高強(qiáng)度的基體部分。最后，通過一次成型與一次燒結(jié)工藝，燒結(jié)制備出一體墻材。

該方法具體為：以陶瓷渣制備保溫層，以陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料的混合原料制備基體層，將保溫層和基體層采用高溫共燒的方法制得一體墻材，其中，保溫層通過向陶瓷渣中加入添加劑和發(fā)泡劑制成，基體層通過混合陶瓷渣、單晶硅磨拋廢料和添加劑燒結(jié)制成。

其中，陶瓷渣成分為sio2：50～70wt％，al2o3：10～30wt％，mgo：2～5wt％，cao：2～4wt％，k2o：2～6％，na2o：2～8％；所用的單晶硅磨拋廢料成分為c：5～10wt％，si：90～95wt％。

基體層中單晶硅磨拋廢料添加量為所用陶瓷渣質(zhì)量的5～20％。

保溫層的添加劑為磷酸鈉、氧化鎂，發(fā)泡劑為碳化硅；其中，磷酸鈉占陶瓷渣質(zhì)量的0.5％～5％，氧化鎂占陶瓷渣質(zhì)量的1％～7％，碳化硅占陶瓷渣質(zhì)量的0.5％～7％；基體層的添加劑為磷酸鈉和氧化鎂，其中，磷酸鈉占陶瓷渣質(zhì)量的1％～6％，氧化鎂占陶瓷渣質(zhì)量的2％～8％。

保溫層和基體層兩層原料采用一起壓樣，共同燒結(jié)制度，其燒結(jié)溫度范圍為1100～1200℃。

該方法所制得的一體墻材保溫層和基體層的表觀密度分別為300～500kg/m³和900～1800kg/m³，導(dǎo)熱系數(shù)分別在0.2w/(m·k)和1.3w/(m·k)以下；墻材綜合的屈服強(qiáng)度大于22mpa。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

本發(fā)明綜合考慮了陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料本身的化學(xué)組成的特點(diǎn)，并對(duì)兩者的特性進(jìn)行有力結(jié)合。首先，將陶瓷渣中雜質(zhì)造成的發(fā)泡缺點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苽浒l(fā)泡保溫材料的優(yōu)點(diǎn)，通過加入添加劑對(duì)主要原料進(jìn)行調(diào)試，調(diào)節(jié)原料、添加劑和發(fā)泡劑的配比含量，使得發(fā)泡與基體軟化相匹配，從而制備出氣泡分布均勻的低密度發(fā)泡保溫材料。其次，利用單晶硅磨拋廢料中的主要成分硅粉對(duì)陶瓷渣中雜質(zhì)缺陷進(jìn)行抑制及修正，從而高溫?zé)Y(jié)出高強(qiáng)度的基體材料。最后，總結(jié)分析兩部分研究的規(guī)律，提出進(jìn)行一次性成型工藝，燒結(jié)制備出一體墻材。本發(fā)明工藝流程短，設(shè)備簡單，易操作，可充分利用陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料，對(duì)環(huán)境有保護(hù)作用；且得到的產(chǎn)品附加值高，應(yīng)用范圍廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的利用陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料制備一體墻材的方法保溫層與基體層中sic的反應(yīng)機(jī)理圖，(a)為反應(yīng)剖面圖，(b)為反應(yīng)直觀圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一體墻材樣品的掃描電鏡圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中一體墻材樣品的外觀形貌圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明針對(duì)目前陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料由于雜質(zhì)的存在，無法循環(huán)再利用，且大量堆放造成環(huán)境污染等問題，提供一種利用陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料制備一體墻材的方法。

如圖1所示，該方法以陶瓷渣制備保溫層，以陶瓷渣和單晶硅磨拋廢料的混合原料制備基體層，將保溫層和基體層采用高溫共燒的方法制得一體墻材，其中，如圖1(a)和圖1(b)，保溫層通過向陶瓷渣中加入添加劑和發(fā)泡劑制成，基體層通過混合陶瓷渣、單晶硅磨拋廢料和添加劑燒結(jié)制成。

在具體實(shí)施過程中，一體墻材由兩部分組成，因此原料配比也分為兩層配料。保溫層以陶瓷渣(主要成分為：sio2：65.18wt％，al2o3：18.83wt％，mgo：2.22wt％，cao：2.61wt％，k2o：2.61％，na2o：3.10％)為主要原料，然后添加2％磷酸鈉，3％氧化鎂和3％碳化硅作為添加劑?；w層以陶瓷渣(主要成分同上)和15％的單晶硅陶瓷渣為主要原料，然后添加1％磷酸鈉和2％氧化鎂作為添加劑。將兩層原料分別攪拌混料，然后按照質(zhì)量比1:2的比例分別導(dǎo)入模具中，并在模具中一次性預(yù)壓成型。將胚體在馬弗爐中按照事先制定好的燒結(jié)制度進(jìn)行燒結(jié)，保溫20min后自然冷卻到室溫，得到最終所要的樣品。所得樣品的掃描電鏡和外觀形貌分別如圖2和圖3所示。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。