CN102167618A - 一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料及其制备方法 - Google Patents

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肖慧
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Abstract

本发明属于新型保温材料技术领域，具体涉及一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料及其制备方法。一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料，其特征在于它由固体混合粉料和水混合造粒后烧制而成，水的加入量为固体混合粉料质量的8％～15％；所述的固体混合粉料由粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂混合而成，固体混合粉料中各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物30％～60％、粘结剂30％～50％、助熔增韧剂5％～20％、复合发泡剂5％～10％。该多孔保温材料具有高强、保温、质轻的特点，该方法不仅可以提高资源利用率，还可以减少废弃物对环境的污染。

Description

一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新型保温材料技术领域，具体涉及一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料及其制备方法。
背景技术
目前，我国正处于全面高速发展时期，各种工业发展迅速，带动我国经济飞速发展，但随之也带来了资源、能源短缺，环境污染等问题，节约资源和保护环境已成为我国的基本国策之一。目前，诸如粉煤灰、尾矿、劣质煤粉以及玻璃陶瓷工业中产生许多碎玻璃和陶瓷废品等固体废弃物的排放量越来越多，堆放起来既占用有限的土地，又会对环境造成污染。粉煤灰、尾矿的利用领域广泛，主要集中于建材中的应用；劣质煤粉由于其仍具有一定的燃烧值，常用作内燃型造孔剂应用于多孔烧结制品中；而碎玻璃以及大部分的陶瓷废料也可以作为发泡剂，用于制备多孔陶瓷。
另一方面，我国建筑能耗在总能耗中所占的比例已从上世纪70年代末的10％，上升到近年的27.45％，远期还将上升至35％左右。我国既有的约400亿m2的城乡建筑中99％为高耗能建筑；新建的建筑中95％以上仍为高能耗建筑，它们的单位建筑面积采暖能耗远高于气候条件相近的发达国家。建筑能耗一般包括建筑采暖、降温、电气、照明、热水供应等所使用的能源，其中以采暖和降温能耗所占比例最大，为此，建筑材料的保温隔热性能显得尤为重要。
目前，建筑保温材料的品种多种多样，但都存在相应的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料及其制备方法，该多孔保温材料具有高强、保温、质轻的特点，该方法不仅可以提高资源利用率，还可以减少废弃物对环境的污染。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料，其特征在于它由固体混合粉料和水混合造粒后烧制而成，水的加入量为固体混合粉料质量的8％～15％；所述的固体混合粉料由粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂混合而成，固体混合粉料中各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物30％～60％、粘结剂30％～50％、助熔增韧剂5％～20％、复合发泡剂5％～10％。
所述的粉状固体废弃物为铁尾矿与粉煤灰的混合物，铁尾矿与粉煤灰的质量比为1～5∶1，铁尾矿和粉煤灰的粒径均小于0.15mm；其中铁尾矿为铁矿企业在矿选铁过程后残余的固体废弃物，粉煤灰为火力电厂排放的烟气中收集的细灰。
所述的粘结剂为页岩，页岩的粒径小于0.15mm。
所述的助熔增韧剂为长石与云母的混合物，长石与云母的质量比为1∶0.5～1，长石和云母的粒径均小于0.15mm。
所述的复合发泡剂为劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的混合物，劣质煤粉、碎玻璃粉、陶瓷废料粉的质量比为1∶1∶1，劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的粒径均小于0.15mm。
所述的劣质煤粉是指：煤粉的光亮碳含量小于百分之三，灰分却达到百分之二十以上，挥发分仅在百分之二十以下。
上述一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物30％～60％、粘结剂30％～50％、助熔增韧剂5％～20％、复合发泡剂5％～10％，选取粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂，混合，得到固体混合粉料；
2)按水的加入量为固体混合粉料质量的8％～15％，选取固体混合粉料和水；固体混合粉料中加水造粒，然后置于耐火模具中于烧成制度下烧成，冷却后，得到平均导热系数为0.12～0.18W/m2·℃，体积密度为700～1200Kg/m3，抗压强度为6～10Mpa的粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料。
上述烧成制度为：低于400℃，升温速率为2～5℃/min；400℃～900℃，升温速率为5～10℃/min；900℃～烧成温度(1080～1160℃)，升温速率为2～5℃/min，并于烧成温度下保温1～3小时。
所述的耐火模具的材料为SiC陶瓷或Al2O3陶瓷等。
与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：
(1)所用原料粉煤灰、铁尾矿等皆为固体废弃物，不仅可以提高资源利用率，还可以减少废弃物对环境的污染；
(2)本发明所提供的多孔保温材料的抗压强度高(抗压强度为6～10Mpa)，导热系数低(平均导热系数为0.12～0.18W/m2·℃)，体积密度小(体积密度为700～1200Kg/m3)，具有高强、保温、质轻等特点；
(3)本发明所提供的多孔保温材料的耐久性与热震性能好，施工方便。
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。
实施例1：
一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物30％、粘结剂40％、助熔增韧剂20％、复合发泡剂10％，选取粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂，混合，得到固体混合粉料；
所述的粉状固体废弃物为铁尾矿与粉煤灰的混合物，铁尾矿与粉煤灰的质量比为2∶1，铁尾矿和粉煤灰的粒径均小于0.15mm；其中铁尾矿为铁矿企业在矿选铁过程后残余的固体废弃物，粉煤灰为火力电厂排放的烟气中收集的细灰；
所述的粘结剂为页岩，页岩的粒径小于0.15mm；
所述的助熔增韧剂为长石与云母的混合物，长石与云母的质量比为1∶0.5，长石和云母的粒径均小于0.15mm；
所述的复合发泡剂为劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的混合物，劣质煤粉、碎玻璃粉、陶瓷废料粉的质量比为1∶1∶1，劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的粒径均小于0.15mm；
2)按水的加入量为固体混合粉料质量的8％，选取固体混合粉料和水；固体混合粉料中加水造粒，然后置于耐火模具中于烧成制度下烧成，冷却后，得到平均导热系数为0.132W/m2·℃，体积密度为764Kg/m3，抗压强度为6.9Mpa的粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料。
上述烧成制度为：低于400℃，升温速率为3℃/min；400℃～900℃，升温速率为5℃/min；900℃～烧成温度(1080℃)，升温速率为2℃/min，并于烧成温度(1080℃)下保温2小时。
实施例2：
一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物30％、粘结剂50％、助熔增韧剂10％、复合发泡剂10％，选取粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂，混合，得到固体混合粉料；
所述的粉状固体废弃物为铁尾矿与粉煤灰的混合物，铁尾矿与粉煤灰的质量比为1∶1，铁尾矿和粉煤灰的粒径均小于0.15mm；其中铁尾矿为铁矿企业在矿选铁过程后残余的固体废弃物，粉煤灰为火力电厂排放的烟气中收集的细灰。
所述的粘结剂为页岩，页岩的粒径小于0.15mm。
所述的助熔增韧剂为长石与云母的混合物，长石与云母的质量比为1∶1，长石和云母的粒径均小于0.15mm。
所述的复合发泡剂为劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的混合物，劣质煤粉、碎玻璃粉、陶瓷废料粉的质量比为1∶1∶1，劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的粒径均小于0.15mm。
2)按水的加入量为固体混合粉料质量的10％，选取固体混合粉料和水；固体混合粉料中加水造粒，然后置于耐火模具中于烧成制度下烧成，冷却后，得到平均导热系数为0.124W/m2·℃，体积密度为724Kg/m3，抗压强度为6.4Mpa的粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料。
上述烧成制度为：低于400℃，升温速率为5℃/min；400℃～900℃，升温速率为8℃/min；900℃～烧成温度(1100℃)，升温速率为5℃/min，并于烧成温度(1100℃)下保温2小时。
实施例3：
一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物40％、粘结剂40％、助熔增韧剂15％、复合发泡剂5％，选取粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂，混合，得到固体混合粉料；
所述的粉状固体废弃物为铁尾矿与粉煤灰的混合物，铁尾矿与粉煤灰的质量比为1∶1，铁尾矿和粉煤灰的粒径均小于0.15mm；其中铁尾矿为铁矿企业在矿选铁过程后残余的固体废弃物，粉煤灰为火力电厂排放的烟气中收集的细灰。
所述的粘结剂为页岩，页岩的粒径小于0.15mm。
所述的助熔增韧剂为长石与云母的混合物，长石与云母的质量比为1∶0.5，长石和云母的粒径均小于0.15mm。
所述的复合发泡剂为劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的混合物，劣质煤粉、碎玻璃粉、陶瓷废料粉的质量比为1∶1∶1，劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的粒径均小于0.15mm。
2)按水的加入量为固体混合粉料质量的11％，选取固体混合粉料和水；固体混合粉料中加水造粒，然后置于耐火模具中于烧成制度下烧成，冷却后，得到平均导热系数为0.154W/m2·℃，体积密度为922Kg/m3，抗压强度为8.3Mpa的粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料。
上述烧成制度为：低于400℃，升温速率为5℃/min；400℃～900℃，升温速率为8℃/min；900℃～烧成温度(1120℃)，升温速率为5℃/min，并于烧成温度(1120℃)下保温2小时。
实施例4：
一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物40％、粘结剂40％、助熔增韧剂10％、复合发泡剂10％，选取粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂，混合，得到固体混合粉料；
所述的粉状固体废弃物为铁尾矿与粉煤灰的混合物，铁尾矿与粉煤灰的质量比为3∶1，铁尾矿和粉煤灰的粒径均小于0.15mm；其中铁尾矿为铁矿企业在矿选铁过程后残余的固体废弃物，粉煤灰为火力电厂排放的烟气中收集的细灰。
所述的粘结剂为页岩，页岩的粒径小于0.15mm。
所述的助熔增韧剂为长石与云母的混合物，长石与云母的质量比为1∶1，长石和云母的粒径均小于0.15mm。
所述的复合发泡剂为劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的混合物，劣质煤粉、碎玻璃粉、陶瓷废料粉的质量比为1∶1∶1，劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的粒径均小于0.15mm。
2)按水的加入量为固体混合粉料质量的12％，选取固体混合粉料和水；固体混合粉料中加水造粒，然后置于耐火模具中于烧成制度下烧成，冷却后，得到平均导热系数为0.147W/m2·℃，体积密度为856Kg/m3，抗压强度为7.5Mpa的粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料。
上述烧成制度为：低于400℃，升温速率为5℃/min；400℃～900℃，升温速率为10℃/min；900℃～烧成温度(1130℃)，升温速率为4℃/min，并于烧成温度(1130℃)下保温1小时。
实施例5：
一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物50％、粘结剂30％、助熔增韧剂15％、复合发泡剂5％，选取粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂，混合，得到固体混合粉料；
所述的粉状固体废弃物为铁尾矿与粉煤灰的混合物，铁尾矿与粉煤灰的质量比为1.5∶1，铁尾矿和粉煤灰的粒径均小于0.15mm；其中铁尾矿为铁矿企业在矿选铁过程后残余的固体废弃物，粉煤灰为火力电厂排放的烟气中收集的细灰。
所述的粘结剂为页岩，页岩的粒径小于0.15mm。
所述的助熔增韧剂为长石与云母的混合物，长石与云母的质量比为1∶1，长石和云母的粒径均小于0.15mm。
所述的复合发泡剂为劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的混合物，劣质煤粉、碎玻璃粉、陶瓷废料粉的质量比为1∶1∶1，劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的粒径均小于0.15mm。
2)按水的加入量为固体混合粉料质量的14％，选取固体混合粉料和水；固体混合粉料中加水造粒，然后置于耐火模具中于烧成制度下烧成，冷却后，得到平均导热系数为0.168W/m2·℃，体积密度为985Kg/m3，抗压强度为8.8Mpa的粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料。
上述烧成制度为：低于400℃，升温速率为3℃/min；400℃～900℃，升温速率为8℃/min；900℃～烧成温度(1140℃)，升温速率为5℃/min，并于烧成温度下保温2小时。
实施例6：
一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物50％、粘结剂40％、助熔增韧剂5％、复合发泡剂5％，选取粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂，混合，得到固体混合粉料；
所述的粉状固体废弃物为铁尾矿与粉煤灰的混合物，铁尾矿与粉煤灰的质量比为4∶1，铁尾矿和粉煤灰的粒径均小于0.15mm；其中铁尾矿为铁矿企业在矿选铁过程后残余的固体废弃物，粉煤灰为火力电厂排放的烟气中收集的细灰。
所述的粘结剂为页岩，页岩的粒径小于0.15mm。
所述的助熔增韧剂为长石与云母的混合物，长石与云母的质量比为1∶0.5，长石和云母的粒径均小于0.15mm。
所述的复合发泡剂为劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的混合物，劣质煤粉、碎玻璃粉、陶瓷废料粉的质量比为1∶1∶1，劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的粒径均小于0.15mm。
2)按水的加入量为固体混合粉料质量的15％，选取固体混合粉料和水；固体混合粉料中加水造粒，然后置于耐火模具中于烧成制度下烧成，冷却后，得到平均导热系数为0.174W/m2·℃，体积密度为1066Kg/m3，抗压强度为9.3Mpa的粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料。
上述烧成制度为：低于400℃，升温速率为2℃/min；400℃～900℃，升温速率为5℃/min；900℃～烧成温度(1150℃)，升温速率为2℃/min，并于烧成温度(1150℃)下保温2小时。
实施例7：
一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物60％、粘结剂30％、助熔增韧剂5％、复合发泡剂5％，选取粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂，混合，得到固体混合粉料；
所述的粉状固体废弃物为铁尾矿与粉煤灰的混合物，铁尾矿与粉煤灰的质量比为5∶1，铁尾矿和粉煤灰的粒径均小于0.15mm；其中铁尾矿为铁矿企业在矿选铁过程后残余的固体废弃物，粉煤灰为火力电厂排放的烟气中收集的细灰。
所述的粘结剂为页岩，页岩的粒径小于0.15mm。
所述的助熔增韧剂为长石与云母的混合物，长石与云母的质量比为1∶0.5，长石和云母的粒径均小于0.15mm。
所述的复合发泡剂为劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的混合物，劣质煤粉、碎玻璃粉、陶瓷废料粉的质量比为1∶1∶1，劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的粒径均小于0.15mm。
2)按水的加入量为固体混合粉料质量的15％，选取固体混合粉料和水；固体混合粉料中加水造粒，然后置于耐火模具中于烧成制度下烧成，冷却后，得到平均导热系数为0.182W/m2·℃，体积密度为1135Kg/m3，抗压强度为9.8Mpa的粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料。
上述烧成制度为：低于400℃，升温速率为3℃/min；400℃～900℃，升温速率为8℃/min；900℃～烧成温度(1160℃)，升温速率为4℃/min，并于烧成温度(1160℃)下保温3小时。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (8)

1.一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料，其特征在于它由固体混合粉料和水混合造粒后烧制而成，水的加入量为固体混合粉料质量的8％～15％；所述的固体混合粉料由粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂混合而成，固体混合粉料中各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物30％～60％、粘结剂30％～50％、助熔增韧剂5％～20％、复合发泡剂5％～10％。
2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料，其特征在于：所述的粉状固体废弃物为铁尾矿与粉煤灰的混合物，铁尾矿与粉煤灰的质量比为1～5∶1，铁尾矿和粉煤灰的粒径均小于0.15mm。
3.根据权利要求1所述的一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料，其特征在于：所述的粘结剂为页岩，页岩的粒径小于0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料，其特征在于：所述的助熔增韧剂为长石与云母的混合物，长石与云母的质量比为1∶0.5～1，长石和云母的粒径均小于0.15mm。
5.根据权利要求1所述的一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料，其特征在于：所述的复合发泡剂为劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的混合物，劣质煤粉、碎玻璃粉、陶瓷废料粉的质量比为1∶1∶1，劣质煤粉、碎玻璃粉和陶瓷废料粉的粒径均小于0.15mm。
6.根据权利要求1所述的一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料，其特征在于：所述的劣质煤粉是指：煤粉的光亮碳含量小于百分之三，灰分在百分之二十以上，挥发分在百分之二十以下。
7.如权利要求1所述的一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分数分别为：粉状固体废弃物30％～60％、粘结剂30％～50％、助熔增韧剂5％～20％、复合发泡剂5％～10％，选取粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂，混合，得到固体混合粉料；
2)按水的加入量为固体混合粉料质量的8％～15％，选取固体混合粉料和水；固体混合粉料中加水造粒，然后置于耐火模具中于烧成制度下烧成，冷却后，得到粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料。
8.根据权利要求7所述的一种粉煤灰-铁尾矿基多孔保温材料的制备方法，其特征在于：所述的烧成制度为：低于400℃，升温速率为2～5℃/min；400℃～900℃，升温速率为5～10℃/min；900℃～烧成温度，升温速率为2～5℃/min，并于烧成温度下保温1～3小时。
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