CN101805166B - 一种多孔保温板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多孔保温板材及其制备方法。一种多孔保温板材，其特征在于它由铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分经混合、造粒后煅烧而成，各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：20％～60％、页岩：30％～70％、发泡组分：0.5％～5％、助熔组分：3％～20％、增韧组分：3％～15％。本发明所制备的保温板材具有高抗压与抗折强度、低吸水率、低体积密度和优异的保温隔热效果，同时大量利用工业尾矿，符合我国可持续发展和建筑节能的要求。
Description
技术领域
本发明属于建筑节能新材料技术领域，具体涉及一种多孔保温板材及其制备方法。
背景技术
多年以来，我国建筑事业的大发展，极大地改变了人民的生活水平和工作条件，其成就是前无古人的，这已经是共识。然而，如果与党中央的可持续发展战略对照，与发达国家抓紧建筑节能的经验相比，就会认识到，追求房屋的数量和面积，不顾能源浪费，不管居住热舒适条件，不谈对大气环境的污染，实际上是以牺牲资源和破坏环境，即牺牲长远的发展为代价，谋求眼前的利益。这种发展，不管建筑外表是如何华美精致，仍然只是依靠大量消耗资源和能源的粗放型的发展，是一种短期行为。
我国建筑能耗很高，与发达国家相比，有很大的差距，其变现首先是建筑保温状况的差距。由于建筑标准的不同，我国建筑保温状况要比发达国家差很多。发达国家普遍采用高效绝热材料复合的墙体和屋面，以及密封性很好的多层窗。以北京传统的三七墙的建筑为代表，与气候相近的发达国家的建筑进行对比，建筑保温隔热性能很差，外墙、外窗漏风严重。就单位能耗而言，外墙为发达国家的4～5倍，外窗为1.5～2.2倍。据统计，我国住宅建筑采暖能耗为发达国家的3倍左右，由此可以看出，国家一方面能源非常紧张，另一方面采暖用能又十分浪费。在人均可用能源储量不丰、建筑用能巨大、大气污染严重、居民又对改善冬寒夏热的环境要求迫切的情况下，建筑节能势在必行。
我国对外墙保温材料的研究开始于20世纪80年代初，经过二十几年的发展，目前比较常用保温材料包括EPS板、XPS板、岩棉板、胶粉聚苯颗粒保温浆料、聚氨酯发泡材料等，这些材料虽然导热系数低，保温效果好，但EPS板和XPS板耐久性和防火性能差，强度也不高，岩棉板容易吸水，吸湿后保温性能差，胶粉聚苯颗粒保温浆料和聚氨酯发泡材料耐久性差，对施工要求高。
因此，在要求墙体材料保温隔热的同时，还应兼顾材料的耐久性、吸湿性、防火性能、强度和施工要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多孔保温板材及其制备方法，该方法制备的多孔保温板材具有高抗压与抗折强度、低吸水率、低体积密度和保温隔热效果好的特点。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种多孔保温板材，其特征在于它由铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分经混合、造粒后煅烧而成，各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：20％～60％、页岩：30％～70％、发泡组分：0.5％～5％、助熔组分：3％～20％、增韧组分：3％～15％。
上述铁尾矿的粒径小于75μm(经破碎并筛选后)，化学成分的质量百分数要求为：SiO2＞50％，Al2O3＞15％，Fe2O3＜15％，MgO＜4％，K2O+Na2O＜5％，烧失量＜10％。
上述页岩的粒径小于75μm(经破碎并筛选后)，化学成分的质量百分数要求为：SiO2＜55％，Al2O3＞10％，Fe2O3＜10％，CaO＜14％，烧失量＜20％。
上述发泡组分为碳酸钙、碳化硅、铁粉、煤粉、磷酸钙、硫酸钙、硫酸铝等中的任意二种以上(含任意二种)的混合物，任意二种以上(含任意二种)混合时为任意配比，发泡组分的粒径小于75μm(经破碎并筛选后)。
上述助熔组分为长石、硼砂等中的一种，助熔组分的粒径小于75μm(经破碎并筛选后)。
上述增韧组分为云母、萤石等中的一种，增韧组分的粒径小于300μm(经破碎并筛选后)。
上述一种多孔保温板材的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)原料选取：按各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：20％～60％、页岩：30％～70％、发泡组分：0.5％～5％、助熔组分：3％～20％、增韧组分：3％～15％，选取铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分，备用；
2)混合：将铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分混合均匀(搅拌)，得混合粉料；
3)造粒：按混合粉料重量的10％～15％，选取水；混合粉料中加水搅拌均匀，得到湿料；然后将湿料造粒，成球粒径小于5mm，得到粒料；
4)煅烧：将粒料置于耐火模具中，放入窑炉中进行分段高温慢速烧成，最后冷却脱模，得到高强轻质多孔保温板材。
上述分段高温慢速烧成工艺为：第一段为：室温～400℃，升温速率为5～15℃/min；第二段为：400～1000℃，升温速率为3～10℃/min；第三段为：1000℃～烧成温度，升温速率为1～3℃/min；第四段为：烧成温度～900℃，降温速率为1～3℃/min；第五段为：900℃～室温，随炉冷却。
所述烧成温度为1100℃～1180℃。
上述耐火模具的内壁涂有脱模剂，保证烧成后成品能迅速脱模。
可通过发泡组分的种类和添加量、升/降温制度的变化调控多孔保温板材气孔的尺寸和分布。
与现有技术相比，本发明具有以下主要的优点：
1)本发明制备的多孔保温板材具有高抗压与抗折强度、低吸水率、低体积密度和保温隔热效果好的特点，制备的多孔保温板材的抗压强度为7～15MPa(说明高强)，抗折强度为2～6MPa(说明高强)，吸水率为2％～6％，体积密度为300～800kg/m3(说明轻质)，导热系数为0.10～0.20W/m.K(说明保温隔热效果好)。
2)所用主要原料之一尾矿来源广泛，是我国亟待处理的固体废弃物之一，符合国家可持续发展的要求。
3)制备的多孔保温板材的抗压与抗折强度高，吸水率低，不仅易于施工，而且在潮湿的环境中也有良好的保温效果。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
下面实施例中铁尾矿和页岩的化学成分分析见表1。
表1主要原材料的化学成分分析wt/％
实施例1：
一种多孔保温板材的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料选取：
铁尾矿经破碎并筛选后的粒径小于75μm；页岩经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
发泡组分选用煤粉和磷酸钙的混合物，各原料所占发泡组分质量百分数分别为：煤粉30％、硫酸钙70％，发泡组分的粒径小于75μm(经破碎并筛选后)。
助熔组分选用长石，长石(助熔组分)经破碎并筛选后的粒径小于75μm；增韧组分选用云母，云母(增韧组分)经破碎并筛选后的粒径小于300μm；
按各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：20％、页岩：70％、发泡组分：0.5％、助熔组分：4.5％、增韧组分：5％，选取铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分，备用；
2)混合：将铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分混合均匀(搅拌)，得混合粉料；
3)造粒：按混合粉料重量的10％，选取水；混合粉料中加水搅拌均匀，得到湿料；然后将湿料造粒，成球粒径小于5mm，得到粒料；
4)煅烧：将粒料置于内壁涂有脱模剂的耐火模具中，放入窑炉中进行分段高温慢速烧成，最后冷却脱模，得到高强轻质多孔保温板材。
上述分段高温慢速烧成工艺为：第一段为：室温升至400℃，升温速率为5℃/min；第二段为：400升至1000℃，升温速率为3℃/min；第三段为：1000℃升至1150℃(烧成温度)，升温速率为1℃/min；第四段为：1150℃(烧成温度)降至900℃，降温速率为1℃/min；第五段为：900℃降至室温，随炉冷却。
制备的多孔保温板材的抗压强度为14.9MPa(说明高强)，抗折强度为5.8MPa(说明高强)，吸水率为5.9％(低吸水率)，体积密度为790kg/m3(低体积密度)，导热系数为0.196W/m.K(说明保温隔热效果好)。
实施例2：
一种多孔保温板材的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料选取：
铁尾矿经破碎并筛选后的粒径小于75μm；页岩经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
发泡组分选用碳酸钙和碳化硅的混合物，各原料所占发泡组分质量百分数分别为：碳酸钙60％、碳化硅40％，发泡组分的粒径小于75μm(经破碎并筛选后)。
助熔组分选用长石，助熔组分经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
增韧组分选用云母，增韧组分经破碎并筛选后的粒径小于300μm；
按各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：60％、页岩：30％、发泡组分：0.5％、助熔组分：4.5％、增韧组分：5％，选取铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分，备用；
2)混合：将铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分混合均匀(搅拌)，得混合粉料；
3)造粒：按混合粉料重量的15％，选取水；混合粉料中加水搅拌均匀，得到湿料；然后将湿料造粒，成球粒径小于5mm，得到粒料；
4)煅烧：将粒料置于耐火模具中，放入窑炉中进行分段高温慢速烧成，最后冷却脱模，得到高强轻质多孔保温板材。
上述分段高温慢速烧成工艺为：第一段为：室温升至400℃，升温速率为10℃/min；第二段为：400升至1000℃，升温速率为7℃/min；第三段为：1000℃升至1180℃(烧成温度)，升温速率为2℃/min；第四段为：1180℃(烧成温度)降至900℃，降温速率为2℃/min；第五段为：900℃降至室温，随炉冷却。
制备的多孔保温板材的抗压强度为12.7MPa(说明抗压强度高)，抗折强度为5.2MPa(说明抗折强度高)，吸水率为5.2％(低吸水率)，体积密度为750kg/m3(低体积密度)，导热系数为0.182W/m.K(说明保温隔热效果好)。
实施例3：
一种多孔保温板材的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料选取：
铁尾矿经破碎并筛选后的粒径小于75μm；页岩经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
发泡组分选用碳酸钙、煤粉和磷酸钙的混合物，各原料所占发泡组分质量百分数分别为：碳酸钙40％、煤粉30％、磷酸钙30％，发泡组分的粒径小于75μm(经破碎并筛选后)。
助熔组分选用长石，助熔组分经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
增韧组分选用萤石，增韧组分经破碎并筛选后的粒径小于300μm；
按各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：40％、页岩：30％、发泡组分：5％、助熔组分：20％、增韧组分：5％，选取铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分，备用；
2)混合：将铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分混合均匀(搅拌)，得混合粉料；
3)造粒：按混合粉料重量的15％，选取水；混合粉料中加水搅拌均匀，得到湿料；然后将湿料造粒，成球粒径小于5mm，得到粒料；
4)煅烧：将粒料置于内壁涂有脱模剂的耐火模具中，放入窑炉中进行分段高温慢速烧成，最后冷却脱模，得到高强轻质多孔保温板材。
上述分段高温慢速烧成工艺为：第一段为：室温升至400℃，升温速率为10℃/min；第二段为：400升至1000℃，升温速率为8℃/min；第三段为：1000℃升至1100℃(烧成温度)，升温速率为2℃/min；第四段为：1100℃(烧成温度)降至900℃，降温速率为2℃/min；第五段为：900℃降至室温，随炉冷却。
制备的多孔保温板材的抗压强度为7.4MPa，抗折强度为2.3MPa，吸水率为2.6％(低吸水率)，体积密度为340kg/m3(低体积密度)，导热系数为0.104W/m.K(说明保温隔热效果好)。
实施例4：
一种多孔保温板材的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料选取：
铁尾矿经破碎并筛选后的粒径小于75μm；页岩经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
发泡组分选用碳酸钙、碳化硅、煤粉和硫酸铝的混合物，各原料所占发泡组分质量百分数分别为：碳酸钙20％、碳化硅30％、煤粉20％、硫酸铝30％，发泡组分的粒径小于75μm(经破碎并筛选后)。
助熔组分选用硼砂，助熔组分经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
增韧组分选用萤石，增韧组分经破碎并筛选后的粒径小于300μm；
按各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：40％、页岩：40％、发泡组分：1％、助熔组分：4％、增韧组分：15％，选取铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分，备用；
2)混合：将铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分混合均匀(搅拌)，得混合粉料；
3)造粒：按混合粉料重量的15％，选取水；混合粉料中加水搅拌均匀，得到湿料；然后将湿料造粒，成球粒径小于5mm，得到粒料；
4)煅烧：将粒料置于内壁涂有脱模剂的耐火模具中，放入窑炉中进行分段高温慢速烧成，最后冷却脱模，得到高强轻质多孔保温板材。
上述分段高温慢速烧成工艺为：第一段为：室温升至400℃，升温速率为10℃/min；第二段为：400升至1000℃，升温速率为6℃/min；第三段为：1000℃升至1130℃(烧成温度)，升温速率为3℃/min；第四段为：1130℃(烧成温度)降至900℃，降温速率为3℃/min；第五段为：900℃降至室温，随炉冷却。
制备的多孔保温板材的抗压强度为9.4MPa，抗折强度为3.9MPa，吸水率为2.2％(低吸水率)，体积密度为460kg/m3(低体积密度)，导热系数为0.137W/m.K(说明保温隔热效果好)。
实施例5：
一种多孔保温板材的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料选取：
铁尾矿经破碎并筛选后的粒径小于75μm；页岩经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
发泡组分为碳酸钙、煤粉、铁粉、碳化硅、硫酸钙的混合物，质量百分数分别为30％、20％、10％、20％、20％；发泡组分的粒径小于75μm(经破碎并筛选后)。
助熔组分选用硼砂，助熔组分经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
增韧组分选用萤石，增韧组分经破碎并筛选后的粒径小于300μm；
按各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：50％、页岩：30％、发泡组分：2％、助熔组分：15％、增韧组分：3％，选取铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分，备用；
2)混合：将铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分混合均匀(搅拌)，得混合粉料；
3)造粒：按混合粉料重量的12％，选取水；混合粉料中加水搅拌均匀，得到湿料；然后将湿料造粒，成球粒径小于5mm，得到粒料；
4)煅烧：将粒料置于内壁涂有脱模剂的耐火模具中，放入窑炉中进行分段高温慢速烧成，最后冷却脱模，得到高强轻质多孔保温板材。
上述分段高温慢速烧成工艺为：第一段为：室温升至400℃，升温速率为12℃/min；第二段为：400升至1000℃，升温速率为9℃/min；第三段为：1000℃升至1150℃(烧成温度)，升温速率为3℃/min；第四段为：1150℃(烧成温度)降至900℃，降温速率为1℃/min；第五段为：900℃降至室温，随炉冷却。
制备的多孔保温板材的抗压强度为8.6MPa(说明抗压强度高)，抗折强度为3.5MPa(说明抗折强度高)，吸水率为2.7％(低吸水率)，体积密度为430kg/m3(低体积密度)，导热系数为0.131W/m.K(说明保温隔热效果好)。
实施例6：
一种多孔保温板材的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料选取：
铁尾矿经破碎并筛选后的粒径小于75μm；页岩经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
发泡组分为碳酸钙、煤粉、铁粉、碳化硅、硫酸钙的混合物，质量百分数分别为30％、20％、10％、20％、20％；发泡组分的粒径小于75μm(经破碎并筛选后)。
助熔组分选用长石，助熔组分经破碎并筛选后的粒径小于75μm；
增韧组分选用云母，增韧组分经破碎并筛选后的粒径小于300μm；
按各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：40％、页岩：45％、发泡组分：1％、助熔组分：10％、增韧组分：4％，选取铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分，备用；
2)混合：将铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分混合均匀(搅拌)，得混合粉料；
3)造粒：按混合粉料重量的11％，选取水；混合粉料中加水搅拌均匀，得到湿料；然后将湿料造粒，成球粒径小于5mm，得到粒料；
4)煅烧：将粒料置于内壁涂有脱模剂的耐火模具中，放入窑炉中进行分段高温慢速烧成，最后冷却脱模，得到高强轻质多孔保温板材。
上述分段高温慢速烧成工艺为：第一段为：室温升至400℃，升温速率为5℃/min；第二段为：400升至1000℃，升温速率为10℃/min；第三段为：1000℃升至1130℃(烧成温度)，升温速率为3℃/min；第四段为：1130℃(烧成温度)降至900℃，降温速率为1℃/min；第五段为：900℃降至室温，随炉冷却。
制备的多孔保温板材的抗压强度为8.0MPa(说明抗压强度高)，抗折强度为3.2MPa(说明抗折强度高)，吸水率为2.1％(低吸水率)，体积密度为410kg/m3(低体积密度)，导热系数为0.122W/m.K(说明保温隔热效果好)。
本发明的铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分各原料的上限、下限及区间值都能实现本发明，以及发泡组分、助熔组分和增韧组分各具体原料都能实现本发明，在此就不一一举例。
Claims (4)
1.一种多孔保温板材，其特征在于它由铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分经混合、造粒后煅烧而成，各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：20％～60％、页岩：30％～70％、发泡组分：0.5％～5％、助熔组分：3％～20％、增韧组分：3％～15％；
所述铁尾矿的粒径小于75μm，化学成分的质量百分数要求为：SiO2＞50％，Al2O3＞15％，Fe2O3＜15％，MgO＜4％，K2O+Na2O＜5％，烧失量＜10％；
所述页岩的粒径小于75μm，化学成分的质量百分数要求为：SiO2＜55％，Al2O3＞10％，Fe2O3＜10％，CaO＜14％，烧失量＜20％；
所述发泡组分为碳酸钙、碳化硅、铁粉、煤粉、磷酸钙、硫酸钙、硫酸铝中的任意二种以上的混合物，任意二种以上混合时为任意配比，发泡组分的粒径小于75μm；
所述助熔组分为长石、硼砂中的一种，助熔组分的粒径小于75μm；
所述增韧组分为云母、萤石中的一种，增韧组分的粒径小于300μm。
2.如权利要求1所述的一种多孔保温板材的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)原料选取：按各组分所占质量百分数分别为：铁尾矿：20％～60％、页岩：30％～70％、发泡组分：0.5％～5％、助熔组分：3％～20％、增韧组分：3％～15％，选取铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分，备用；
所述铁尾矿的粒径小于75μm，化学成分的质量百分数要求为：SiO2＞50％，Al2O3＞15％，Fe2O3＜15％，MgO＜4％，K2O+Na2O＜5％，烧失量＜10％；
所述页岩的粒径小于75μm，化学成分的质量百分数要求为：SiO2＜55％，Al2O3＞10％，Fe2O3＜10％，CaO＜14％，烧失量＜20％；
所述发泡组分为碳酸钙、碳化硅、铁粉、煤粉、磷酸钙、硫酸钙、硫酸铝中的任意二种以上的混合物，任意二种以上混合时为任意配比，发泡组分的粒径小于75μm；
所述助熔组分为长石、硼砂中的一种，助熔组分的粒径小于75μm；
所述增韧组分为云母、萤石中的一种，增韧组分的粒径小于300μm；
2)混合：将铁尾矿、页岩、发泡组分、助熔组分和增韧组分混合均匀，得混合粉料；
3)造粒：按混合粉料重量的10％～15％，选取水；混合粉料中加水搅拌均匀，得到湿料；然后将湿料造粒，成球粒径小于5mm，得到粒料；
4)煅烧：将粒料置于耐火模具中，放入窑炉中进行分段高温慢速烧成，最后冷却脱模，得到高强轻质多孔保温板材。
3.根据权利要求2所述的一种多孔保温板材的制备方法，其特征在于：所述分段高温慢速烧成工艺为：第一段为：室温～400℃，升温速率为5～15℃/min；第二段为：400～1000℃，升温速率为3～10℃/min；第三段为：1000℃～烧成温度，升温速率为1～3℃/min；第四段为：烧成温度～900℃，降温速率为1～3℃/min；第五段为：900℃～室温，随炉冷却。
4.根据权利要求2所述的一种多孔保温板材的制备方法，其特征在于：所述烧成温度为1100℃～1180℃。
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