CN102424545B - 利用粉煤灰制备建筑模板的工艺方法及所得的建筑模板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用粉煤灰制造建筑模板的方法，其包括如下步骤：①按重量计，将35％-60％的粉煤灰、35％-60％的竹屑、5％-20％的粘合剂混合；②搅拌步骤①中所得的混合物；③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后预压；④将步骤③中预压后的混合物热压成模板。利用本发明的方法既减少了工业粉煤灰对环境的污染，又可用于取代目前建筑施工中广泛使用的木质建筑模板或钢质建筑模板，不仅生产成本低廉、重量轻、强度高、耐冲击、易脱模，而且可废物利用，大大加快我国废弃物资源化的进程。

Description

利用粉煤灰制备建筑模板的工艺方法及所得的建筑模板

技术领域

本发明涉及利用粉煤灰的循环利用，更具体地讲，本发明涉及一种利用粉煤灰制备建筑模板的工艺及其制备的建筑模板。

背景技术

目前，我国燃煤电厂及化工行业每年排放的粉煤灰工业废渣逐年增多，这些粉煤灰目前除了用来生产粉煤灰砖、掺入水泥或混凝土中做建筑材料外，还有不少堆放于粉煤灰的储灰场，这不仅侵占了土地，还会造成严重的“黑色污染”。而另一方面，在建筑工程中浇注混凝土时需要使用大量的木质建筑模板或钢质建筑模板，模板工程费用一般会占钢筋混凝土结构工程费用的20％-30％。

中国专利200610113578.3公开了一种竹屑与粉煤灰的复合防水板材以及制备方法，该复合防水板材由20～70重量份的竹屑、10～60重量份的粉煤灰、5～40重量份的粘合剂和引发剂通过共混模压聚合制成。该发明提供的竹屑与粉煤灰的复合防水板材的组份还可包括1～12重量份的新、旧塑料。该专利中所公开的方案具有比较明显的缺点：首先，其所使用的粉煤灰未进行过脱碳处理，炭含量高，而过高的炭含量使其所制备的板材强度低，实际使用严重受限，而且吸水性大、易腐化；其次，该专利的配方中粘合剂体系复杂，而且粘合剂的含量过高，导致成本高，而且也违背了环保绿色之初衷。

中国专利200410011364.6公开了一种木质材料与废旧塑料和粉煤灰制备建筑模板的生产方法。其采用锯末和废旧塑料以及粒度小于80目的粉煤灰，重量份配比为，粉煤灰∶废旧塑料聚乙烯或聚丙烯∶锯末＝10～20份∶20～30份∶70～50份，加入丙烯酸1～2份，硬脂酸1～3份，氯化聚乙烯1～2份，表面活性剂0.8～2份，石蜡1～4份，将此物料在150～180℃条件下塑炼，挤出得所需制品。该专利的技术方案不使用粘合剂，而使塑料在高温下熔化对各组分进行粘合，因而制得的板材强度低；同时，其粉煤灰也未进行脱碳处理，同样影响其强度。

中国专利申请200810302831.9公开了一种废旧塑料与粉煤灰制成的复合板及其生产方法，它是用废旧塑料与粉煤灰按照一定重量比制备而成。该发明采用工业生产和人类生活所遗弃的废旧聚丙烯塑料、废旧聚乙烯塑料、废旧聚苯乙烯塑料和废旧聚氯乙烯塑料等废旧塑料与燃煤电厂及化工行业排放的粉煤灰为主要原料，经破碎、热压后制成复合板。该专利申请的技术方案同样不使用粘合剂，而使塑料在高温下熔化对各组分进行粘合，因而制得的板材强度低；同时，其粉煤灰也未进行脱碳处理，同样影响其强度。

中国专利申请200810051526.7公开了一种固体废弃物复合多层建筑模板的制备方法。将木粉、碎木屑或锯末与废旧塑料挤出，制成木塑混合物，作为制品中间材料；将废旧塑料和粉煤灰挤出，制成塑灰混合物，作为制品表层材料，然后采用模压或共挤出方法制得中间层为木塑材料两外层为塑灰材料的新型复合板材制品。该专利申请的技术方案同样不使用粘合剂，也不使用高温熔化的塑料进行粘结，而采用模压或共挤出这种高压的方法压合，其强度低且结构不稳定。

中国专利申请200810051279.0也公开了一种建筑模板及制备方法，其利用多种固体废弃物：木质和秸秆纤维及废塑料、粉煤灰、废矿渣，在170-185℃下共混塑化造粒，在温度185-200℃下经模压或压延成新型建筑模板。制得模板拉伸强度18.0MPA，弯曲强度22.0MPA，冲击强度7.0KJ/M2，使用温度-15-55℃，该模板可反复使用8-12次，并可100％回收作为原料再循环使用，可用于楼宇建筑、电站、铁路涵洞、地下库房、桥梁等设施的建筑中。该专利申请的制备方法相对复杂，而且其利用塑料在高温下熔化对各组分进行粘合，因而制得的板材强度低。

因此，有必要为业界提供一种利用粉煤灰制备高强度的建筑模板的工艺及其建筑模板。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种利用粉煤灰制备高强度的建筑模板的工艺及其建筑模板。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种利用粉煤灰制备高强度的建筑模板的方法，其包括如下步骤：

①按重量计，将35％-60％的粉煤灰、35％-60％的竹屑、5％-20％的粘合剂混合；

②搅拌步骤①中所得的混合物；

③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后预压；

④将步骤③中预压后的混合物热压成建筑模板。

为了降低粉煤灰中的炭含量、进而提高建筑模板的强度，在本发明中，粉煤灰优选为经过脱碳处理的粉煤灰，该脱碳处理包括如下步骤：

A、向粉煤灰原料中加入浮选剂和/或捕收剂，形成混合物料；

B、在浮选设备中使步骤A中所得的混合物料从浮选设备的上部下落；

C、在浮选设备中形成向上吹送的气体，该气体与步骤B中落下的混合物料形成逆流接触，而且该气体在向上运动的过程中呈紊流状态；

D、收集步骤C中未通过浮选设备之浮选板的颗粒物，即经过脱碳处理的粉煤灰。

脱碳处理的目的是浮选出粉煤灰原料中的碳颗粒、而收集未通过浮选的粉煤灰颗粒用于制造建筑模板。用这种方法可将粉煤灰中的炭含量降低至不高于5％。

在脱碳处理中，步骤A中所使用的浮选剂可以为松醇油或碳八芳烃或其它任何类型的浮选剂，所使用的捕收剂可以为轻质柴油或柴油等。实际上，浮选剂和/或捕收剂的添加并不是必要的；根据粉煤灰原料的具体情况，有时也可以不添加任何浮选剂或捕收剂；但是，为了提高脱碳效率，优选添加少量的浮选剂和/或捕收剂，例如所添加的浮选剂和捕收剂的总量可以为粉煤灰原料总重量的0.1-10％。

在脱碳处理中，步骤C中向上吹送的气体为压力高于大气压的气体，优选为表压1-6个大气压、更优选1-2个大气压的气体。

在脱碳处理中，由于粉煤灰的主要成分为碳颗粒及灰分，加入浮选剂和/或捕收剂和/或其它助剂后，粉煤灰中的颗粒与气泡接触、碰撞，可浮性好的碳颗粒选择性地粘附于气泡，并被携带上升，实现浮选，而可浮性差的灰分则向下沉。

特别地，由于向上吹送的气体呈紊流状态，碳颗粒与气泡的接触时间长，接触更加充分，粉煤灰颗粒破碎为碳颗粒和灰分颗粒的几率大大增加，从而使得脱碳效果更好，脱碳效率更高。

在脱碳处理中，浮选设备的浮选板可以为单层或多层，例如，2-5层；其中，步骤D所收集的经过脱碳处理的粉煤灰，为未通过浮选设备之浮选板、从浮选设备的尾灰出口排出的颗粒物。

在本发明的制备工艺中，由于对来自电厂的粉煤灰进行了脱碳处理，使得粉煤灰中的炭含量不高于5％，这样，所制得的建筑模板的强度得以大幅度提高，也提供了其使用寿命，这是因为粉煤灰中的碳颗粒相对较小，其不具备像竹屑那样的纤维结构，当其含量达到一定程度时，会显著影响最终产品建筑模板的机械强度。发明人的试验发现，与采用电厂的粉煤灰原灰相比，采用脱碳处理的粉煤灰与竹屑制备的建筑模板，无论是静曲强度，还是弹性模量，都显著提高，一般情况下可达到一倍以上。未脱碳的粉煤灰原灰的炭含量较高，通常在10％以上，若利用未脱碳的粉煤灰制造建筑模板，其炭含量高、强度低、易吸水、易风化。

当然，对粉煤灰进行脱碳处理，一定程度上增加了工艺复杂性，提高了成本，但是从粉煤灰中得到的碳颗粒(炭粉)可以用于制备活性炭等用途，所以综合经济效益反倒上升。优选地，在上述本发明的技术方案中，所使用的粉煤灰的炭含量在1％-5％之间，更优选在2％-5％之间，因为将粉煤灰的炭含量控制在1％以下，会较大地提高脱碳成本，而对所制得的建筑模板的强度等反倒不利，因为粉煤灰中一定碳颗粒的存在，有利于粘合剂的渗透，从而更好地将粉煤灰中的无机成分粘结在一起。

根据本发明一实施方式，所使用的粉煤灰可为煤粉炉的粉煤灰或循环流化床锅炉的粉煤灰。其中，煤粉炉的粉煤灰为玻璃球状；循环流化床锅炉的粉煤灰为海绵絮状，且为多孔结构，孔隙率一般在60％-78％，比表面积较大，具有较强的吸附能力，其对粘合剂具有较强的吸附作用，从而使各原料颗粒之间能更好地结合，使制得的建筑模板具有更高的强度。因而循环流化床锅炉的粉煤灰更适于用作制造建筑模板的原料，本发明优选为循环流化床锅炉的粉煤灰。

根据本发明一实施方式，步骤①中，将经过脱碳处理的絮状循环流化床锅炉粉煤灰粉碎至260目-360目。

根据本发明一实施方式，步骤①中，将竹屑粉碎至20目-100目。

根据本发明一实施方式，步骤③中预压的压力控制在0.2MPa-2.0MPa之间，优选为0.4MPa-1.8MPa。

根据本发明一实施方式，步骤④中，热压的温度为195℃-220℃。

根据本发明一实施方式，步骤④中，热压的压力为1.2MPa-1.4MPa。

根据本发明一实施方式，粘合剂优选为酚醛树脂或三聚氰胺。

利用本发明方法来制备建筑模板，既减少了工业粉煤灰对环境的污染，又可用于取代目前建筑施工中广泛使用的木质建筑模板或钢质建筑模板，不仅生产成本低廉、重量轻、强度高、耐冲击、易脱模，而且可废物利用，同时可以制造大规格(例如2.4m×1.2m)的模板，有效弥补常规的木质模板尺寸小的缺陷。

另外，根据最终产品规格的需要及生产的具体情况，可以在预压前进行干燥处理，预压后进行横截处理，以及在热压成型后进行纵横锯边及砂光等处理。

根据本发明制备方法所制备的建筑模板，由于粉煤灰经过了脱碳处理，其炭含量低，因而所制得的建筑模板吸水性小，强度高，不易腐烂和风化。未脱碳的粉煤灰炭含量较高，通常在10％以上，若利用未脱碳的粉煤灰制造建筑模板，其炭含量高、强度低、易吸水、易风化。

另一方面，本发明提供了一种由粉煤灰和竹屑制备的建筑模板，按重量计(常温常压下干燥后的重量)，其包括35％-60％的粉煤灰、35％-60％的竹屑和5％-20％的粘合剂；其中，所使用的粉煤灰是经过脱碳处理的粉煤灰，该粉煤灰的炭含量不高于5％。将制得的建筑模板在常温常压下干燥后，其含水量一般在4％-10％之间，随地区和季节而有所变化。

优选地，在本发明的建筑模板中，粉煤灰的含量为35％-55％，竹屑的含量为40％-55％，粘合剂的含量为7％-17％；更优选地，在本发明所制备的建筑模板中，粉煤灰的含量为36％-50％，竹屑的含量为42％-55％，粘合剂的含量为8％-15％；或者在本发明所制备的建筑模板中，粉煤灰的含量为36％-46％，竹屑的含量为45％-55％，粘合剂的含量为8％-12％。

在本发明的建筑模板中，按重量计，作为原料的粉煤灰除所含的炭之外，还包括：48％-52％的二氧化硅、6％-7％的氧化钙、20％-28％的三氧化二铝、5％-7.2％的三氧化二铁、1.8％-2.1％的氧化镁、1％-1.25％的三氧化硫。

在本发明的建筑模板中，其密度为0.60g/cm³-0.90g/cm³，其优选为0.70g/cm³-0.86g/cm³。如果建筑模板的密度低于0.60g/cm³，则其压实的程度不够，强度也不够大，使用场合和寿命都受限；而如果建筑模板的密度高于于0.90g/cm³，虽然强度得以提高，但是过分致密的结构不利于使用过程中的装配，例如很难通过钉子等进行连接，建筑模板也容易被钉坏，另外，过重的建筑模板也不利于搬运。

另外，竹屑和粘合剂的比例要适中。粘合剂含量过高，会增加成本，而且不利于绿色环保，应尽量降低其使用量；当然，粘合剂含量过低会使制得的建筑模板强度不够。竹屑中的竹纤维形成板中的骨架，其含量过低会使制得的建筑模板缺乏支撑，容易散架；其含量过高，粉煤灰含量相应降低，会影响板的密实度。总体而言，竹屑的含量低，则应提高粘合剂的含量；竹屑的含量高，则可降低粘合剂的含量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

利用本发明的方法既减少了工业粉煤灰对环境的污染，又可用于取代目前建筑施工中广泛使用的木质建筑模板或钢质建筑模板，不仅生产成本低廉、重量轻、强度高、耐冲击、易脱模，而且可废物利用，同时可以制造大规格的模板，有效弥补常规的木质模板尺寸小的缺陷。

另外，粉煤灰经过脱碳处理，其炭含量低，使制得的建筑模板炭含量低，吸水性小，强度高，不易风化；竹屑中的竹纤维形成板中的骨架，其吸水性差，遇水不容易膨胀，不易腐烂，且容易与粘合剂结合，使制得的建筑模板具有较好的力学性能。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明中对粉煤灰进行脱碳处理的流程图；

图2是本发明中进行脱碳处理时所采用的一浮选设备的结构示意图；

图3是本发明利用粉煤灰制备建筑模板的流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例利用粉煤灰制造建筑模板，其所用的粉煤灰为循环流化床锅炉的粉煤灰，其为海绵絮状。该粉煤灰包括：48％-52％的二氧化硅、6％-7％的氧化钙、20％-28％的三氧化二铝、5％-7.2％的三氧化二铁、1.8％-2.1％的氧化镁、1％-1.25％的三氧化硫，其烧失量为6％-8％，炭含量为10％-12％。在制造建筑模板之前，先对粉煤灰进行脱碳处理，使其炭含量不高于5％。如图1所示，该脱碳处理包括如下步骤：

A、向粉煤灰原料中加入浮选剂和/或捕收剂，形成混合物料；

B、在浮选设备中使步骤A中所得的混合物料从浮选设备的上部下落；

C、在浮选设备中形成向上吹送的气体，该气体与步骤B中落下的混合物料形成逆流接触，而且该气体在向上运动的过程中呈紊流状态；

D、收集步骤C中未通过所述浮选设备之浮选板的颗粒物，即经过脱碳处理的粉煤灰。

如图2所示，通过碳浮选对粉煤灰进行脱碳处理的粉煤灰浮选分离设备的具体实施例，包括：储料装置1、分配装置2、竖直设置的筒体3、锥斗状散气装置4、多层浮选板5、供气装置6、物理分离装置如超声分离装置8、尾灰箱7、过滤板9、溢流收集段301、尾灰收集段305。

竖直设置的筒体3可分为三部分，从上到下依次为：第一浮选段302、扩散锥体段303、第二浮选段304。其中，第一浮选段302较细，其内设有一层浮选板5。第二浮选段304较粗，其内设有锥斗状散气装置4和一层浮选板5。扩散锥体段303位于第一浮选段302和第二浮选段304之间，为尖端向上的锥斗状的过渡区域。

溢流收集段301位于第一浮选段302的外部，且第一浮选段302的顶端位于溢流收集段301的顶端和底端之间；另外，溢流收集段301的底端设有出料口309。

尾灰收集段305为尖端向下的锥斗状，且其底部尖端处设有尾灰出口306，尾灰出口306连接有尾灰管道307。在第二浮选段304和尾灰收集段305之间设有过滤板9。

散气装置4为尖端向上的锥斗状，其锥斗角度为120°，其锥面上设有多个气孔401；其位于第二浮选段304内，且位于锥斗状尾灰收集段305上方。散气装置4上设有多个超声分离装置8。

间隔设置的多层(例如两层)浮选板5分别位于第一浮选段302和第二浮选段304内，其中底层浮选板5位于锥斗状散气装置4的上方。

分配装置2位于溢流收集段301上方，为下部设置有多条(例如8条)分配管道201的容器。分配管道201的末端位于第二浮选段304之内、锥斗状散气装置4和底层浮选板5之间。

储料装置1内设有搅拌装置101，用于将粉煤灰原料浆和浮选剂充分搅拌。尾灰管道307从尾灰出口306连接到尾灰箱7，尾灰箱7通过循环管道310连接到储料装置1；储料装置1的下部设有送料管道102，送料管道102上设有渣浆泵103，该送料管道102通向分配装置2。

供气装置6连接第一气体管道601及第二气体管道602；其中，第一气体管道601与锥斗状散气装置4上的多个气孔401连通，第二气体管道602通向分配装置2。

另外，循环管道310上还设有支路管道作为排灰管道311，循环管道310和排灰管道311上均设有阀门。根据粉煤灰的成分及工艺要求，尾灰可通过循环管道310和102重新进入浮选分离设备中进行浮选，以回收其中的碳颗粒；当尾灰中的炭含量达到一定要求时，则通过排灰管道311排出，该尾灰即为脱碳处理后的粉煤灰，回收的碳颗粒可以用于制备高附加值的活性炭等产品。

另外，上述的浮选过程为一级浮选，有时根据情况也可以进行二级浮选，此时，尾灰管道307中的尾灰进入二级浮选设备，得到脱碳处理后的粉煤灰和碳颗粒。

如图3所示，利用脱碳处理后的粉煤灰制备建筑模板的步骤如下：

①按重量计，将38％脱碳后的粉煤灰、55％的竹屑、7％的三聚氰胺混合；

②搅拌步骤①中所得的混合物；

③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后，以0.8MPa的压力进行预压；

④将步骤③中预压后的混合物在200℃下以1.4MPa的压力热压成密度为0.86g/cm³的模板。

其中，步骤①中的粉煤灰的粒度为280目，竹屑为60目。

制得的建筑模板按重量计，包括38％经脱碳处理的絮状循环流化床锅炉粉煤灰、55％的竹屑、7％的三聚氰胺粘合剂；其密度为0.86g/cm³。其物理力学性能如下表：

密度g/cm3	含水率％	静曲强度MPa	弹性模量MPa
				0.83	5.9	8.7	1040

实施例2

本实施例是利用脱碳处理后的循环流化床锅炉的粉煤灰制造建筑模板，且脱碳处理的过程与实施例1相同。

本实施例利用脱碳处理后的粉煤灰制备建筑模板的步骤如下：

①按重量计，将45％脱碳后的粉煤灰、45％的竹屑、10％的酚醛树脂混合；

②搅拌步骤①中所得的混合物；

③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后，以1.6MPa的压力进行预压；

④将步骤③中预压后的混合物在210℃下以1.3MPa的压力热压成密度为0.90g/cm³的模板。

其中，步骤①中的粉煤灰的粒度为340目，竹屑为80目。

制得的建筑模板按重量计，包括45％经脱碳处理的絮状循环流化床锅炉粉煤灰、45％的竹屑、10％的酚醛树脂粘合剂；其密度为0.09g/cm³。其物理力学性能如下表：

密度g/cm2	含水率％	静曲强度MPa	弹性模量MPa
				0.90	5.2	9.6	1030

实施例3

本实施例是利用脱碳处理后的循环流化床锅炉的粉煤灰制造建筑模板，且脱碳处理的过程与实施例1相同。

本实施例利用脱碳处理后的粉煤灰制备建筑模板的步骤如下：

①按重量计，将58％脱碳后的粉煤灰、30％的竹屑、12％的酚醛树脂混合；

②搅拌步骤①中所得的混合物；

③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后，以2.0MPa的压力进行预压；

④将步骤③中预压后的混合物在195℃下以1.25MPa的压力热压成模板。

制得的建筑模板按重量计，包括58％经脱碳处理的絮状循环流化床锅炉粉煤灰、30％的竹屑、12％的酚醛树脂粘合剂。

实施例4

本实施例是利用脱碳处理后的循环流化床锅炉的粉煤灰制造建筑模板，且脱碳处理的过程与实施例1相同。

本实施例利用脱碳处理后的粉煤灰制备建筑模板的步骤如下：

①按重量计，将50％脱碳后的粉煤灰、33％的竹屑、17％的酚醛树脂混合；

②搅拌步骤①中所得的混合物；

③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后，以0.2MPa的压力进行预压；

④将步骤③中预压后的混合物在220℃下以1.2MPa的压力热压成模板。

其中，步骤①中的粉煤灰的粒度为260目，竹屑为100目。

制得的建筑模板按重量计，包括50％经脱碳处理的絮状循环流化床锅炉粉煤灰、33％的竹屑、17％的酚醛树脂粘合剂。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种利用粉煤灰制造建筑模板的方法，其包括如下步骤:

①按重量计，将35%-60%的粉煤灰、35%-60%的竹屑、5%-20%的粘合剂混合；

②搅拌步骤①中所得的混合物；

③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后预压；

④将步骤③中预压后的混合物热压成模板；

其中，所述的粉煤灰经脱碳处理，而且脱碳处理后的粉煤灰中的炭含量不高于5%。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所使用的粉煤灰为经过脱碳处理的粉煤灰，该脱碳处理包括如下步骤：

A、向粉煤灰原料中加入浮选剂和/或捕收剂，形成混合物料；

B、在浮选设备中使步骤A中所得的混合物料从浮选设备的上部下落；

C、在浮选设备中形成向上吹送的气体，该气体与步骤B中落下的混合物料形成逆流接触，而且该气体在向上运动的过程中呈紊流状态；

D、收集步骤C中未通过所述浮选设备之浮选板的颗粒物，即得到经过脱碳处理的粉煤灰。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所使用的粉煤灰为絮状的循环流化床锅炉粉煤灰。

4.如权利要求1所述的方法，其中，经脱碳处理后的粉煤灰中的炭含量为1-5%。

5.如权利要求3所述的方法，其中，步骤①中，将经过脱碳处理的絮状循环流化床锅炉粉煤灰粉碎至260目-360目。

6.如权利要求1所述的方法，其中，步骤①中，将所述竹屑粉碎至20目-100目。

7.如权利要求1所述的方法，其中，步骤③中，预压的压力在0.2MPa-2.0MPa之间。

8.如权利要求1所述的方法，其中，步骤④中，热压的温度在195°C-220°C之间。

9.如权利要求1所述的方法，其中，步骤④中，热压的压力在1.2MPa-1.4MPa之间。

10.一种按照权利要求1-9之一所述方法制备的建筑模板，按重量计，该建筑模板包括35%-60%的粉煤灰、35%-60%的竹屑、5%-20%的粘合剂；其中，所述的粉煤灰是经过脱碳处理的粉煤灰，该粉煤灰中的炭含量不高于5%。