CN102432247B - 远红外太阳能蓄能材料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料及其生产方法，其技术要点是：本发明是利用不同种类的火山岩矿石粉经混合、破碎、水洗、烘干、风选及膨化而制成干粉母料；然后该干粉母料再与一定量的玻化微珠、425#普通硅酸盐水泥及砂浆专用辅助材料的光稳定剂和抗氧剂充分混匀包装后，即成为远红外太阳能蓄能的建筑材料成品。本发明是利用天然无机矿物新型蓄能材料与其它建筑材料相结合，使太阳能中的远红外线辐射波长或远红外辐射热被无机矿物蓄热材料所吸收并贮存起来，当外界温度低于设定温度时，无机矿物蓄能材料开始释放热量，待蓄能量释放完毕，无机矿物蓄能材料则又恢复其原来密实度，周而复始循环，而实现本发明目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然无机矿物新型蓄能建筑材料技术领域，具体的说是一种远红外太阳能蓄能材料及其生产方法。
背景技术
众所周知，现有建筑用墙体及维持墙体节能保温系统所采用的材料比较单一，特别是在我国北方，为使建筑墙体保温，均增加有一层60mm厚的苯板，尽管能起到一定的保温效果，但存在易燃烧、而且有毒、使用寿命短、施工复杂等各种因素的问题。目前，很难达到节能65%的指标，即使能达到65%的聚酯发泡板，其施工难度很大，当满足节能65%时，其厚度则达到16cm，无法施工，其替代材料急待研发。
在全球金融危机的背景下，国家发改委首先提出了以节能作为解决危机的第一手段，而我国近几年来又以建筑业（通过房地产开发改善人民基本居住条件）确定为国民经济第一支柱产业，因此，新型保温建筑材料来取代旧的保温性能差的建筑材料是专业技术人员一直在潜心研究的新课题。
发明内容
本发明是一种天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料及其生产方法，它是利用矿物蓄能材料的特性，将无污染廉价，太阳能直接贮存起来，作保温材料的补充热源，而又不受阴雨雾的影响；直接穿透大气层完正的的辐射到地球表面，被矿物蓄能材料吸收贮存起来，再经本发明生产出适用于建筑行业中的补充热源材料。
本发明目的是由以下技术方案实现的：本发明的远红外太阳能蓄能材料的生产方法，其特征在于：将筛选后的火山岩矿石经破碎、混合、水洗、粉料烘干、风选、在105-110℃范围内脱游离水，预热至160℃～210℃，时间为0.5～1.5小时，然后继续加热至300～700℃下膨化，时间为1～10分钟，除温冷却至常温后即成为固相体的干粉母料备用；取上述固相体的干粉母料重量份数10份与50-80重量份数的玻化微珠、15-30重量份数的425#普通硅酸盐水泥及0.4-0.5重量份数的砂浆专用辅助材料充分混匀包装后，即成为远红外太阳能蓄能的建筑材料成品；
其中，火山岩矿石由下述的组份和重量份数比组成：浮石岩5份，异极矿0.4-1份，十字石1.2-2份，辉石矿0.5-1份，董青石矿0.2-0.5份，方硼石矿0.2-0.5份，印章石矿0.2-0.5份，水菱石矿0.2-0.5份；
所述的砂浆专用辅助材料由等量的光稳定剂和抗氧化剂1076组成。
本发明的优选方案为：固相体的干粉母料10份；玻化微珠（膨化珍珠岩）60-65份；425#普通硅酸盐水泥20-25份；砂浆专用辅助材料0.45-0.5份。
光稳定剂是指2，4—二羟基二苯甲酮，分子式为C13H10O3的白色粉末（生产厂：辽阳有机化工厂、武汉化学助剂二厂）；抗氧化剂1076的学名为β-（3，5二叔丁基4-羟基苯基）丙酸十八醇酯，分子式为C35H62O3的白色粉末（北京化工三厂、大连化工分厂（抗氧化剂1076））。
上述固相体的干粉母料的目数为85-120目。
本发明还包括：膨化后的除温冷却是指，将膨化后的火山岩矿石粉分为三部分、分别采用以下加工方式，一部分是通过0～15℃冷水速凝至常温后而形成玻璃体结构；第二部分是采用25～35℃温水缓凝至常温后而形成微晶体结构；第三部分是采用15～30℃风冷至常温后而形成晶体结构；将上述加工后三部分火山岩矿石粉以1：0.8～1.5：1.0～2.0的重量份数比混合后即成为固相体的干粉母料。
本发明的优选方案为：所述加工后三部分火山岩矿石粉以1：1：1的重量份数比混合。
本发明无机矿物蓄热的机理：
天然无机矿物新型蓄能建筑材料的工作原理是，太阳能中的远红外线中的辐射波长0.38-0.78μm（可见光辐射热），或0.78-13μm （远红外辐射热）被无机矿物蓄热材料所吸收并贮存起来（固相密度，膨胀）；当外界温度低于设定温度时，无机矿物蓄能材料开始释放热量（固相密度收缩密实），待蓄能量释放完毕，无机矿物蓄能材料则又恢复其原来密实度，即（膨胀吸热固相←→收缩密实放热固相）；周而复始循环，它不受环境影响是一种最佳蓄能节能的建筑材料，其使用年限长达百年之久，原因是无机矿石材料。
天然无机矿石蓄能建筑材料的技术质量条件：
1，天然无机矿石蓄能材料必须具有较高稳定的、蓄能质量20-155/g的热能。
2，天然无机矿石蓄能材料必须具备有良好的加工型，蓄能稳定性，即加热不分解，速凝不变性，撞击不分散，加工后的干粉成品与胶凝材料辅料相兼容，具有较大的比热容。
3，天然无机矿石干粉蓄能后，在设定环境中能全部释放出来，即有良好的可逆性反应。
4，天然无机矿石蓄能后，应具有强裂的抗氧化，耐冻融，已封装，不吸水与胶凝材料有较高抗压抗折强度。
原材料矿石的来源
我国矿床分布很广，具有丰富的矿源，各类岩浆大量喷出在侏罗系，白垩山第三系，第四系内省城膨胀珍珠岩矿床，山西省灵丘、辽宁省凌原、法库、昌平、建平，内蒙古乌兰哈达镇、柯左后旗，河南省信阳、焦作、罗山、上天梯、吉林省九台，黑龙江宁安，河北省秦皇岛、宽城、浙江缙远，海南省全岛、海口琼海，陵西，山东江苏广西均有，山西省贮量最多。
我国太阳能利用率指数如下：
火山岩矿床的选择：
| 矿石容重（㎏/m3） | 矿石晶体 | 布氏硬度 | |
| 浮石岩（交沸石） | 2410-2470 | 单斜晶体 | 4.5 |
| 异级矿 | 3450 | 斜方晶体 | 5 |
| 十字石 | 3740-3820 | 单斜晶体 | 7.5 |
| 辉石矿 | 3230-3520 | 单斜晶体 | 5.5-6 |
| 董青石矿 | 2530-2780 | 斜方晶体 | 7 |
| 方硼石矿 | 2330 | 四方晶体 | 6-7 |
| 印章石矿 | 2650-2150 | 单斜晶体 | 3-4 |
| 水菱镁矿 | 2236 | 单斜晶体 | 6-7 |
| 合计 | 2822-2844.5 | 5.56-6 | |
| 膨化后平均容重范围 | 188.1-189.6 |
本发明的优点：
本发明由于利用天然无机矿物新型蓄能材料与其它建筑材料相结合应用，使太阳能中的远红外线辐射波长0.38-0.78μm或远红外辐射热0.78-13μm被无机矿物蓄热材料所吸收并贮存起来，当外界温度低于设定温度时，无机矿物蓄能材料开始释放热量，待蓄能量释放完毕，无机矿物蓄能材料则又恢复其原来密实度，周而复始循环，它不受环境影响，是一种蓄能节能的建筑材料，而且还具有环保低炭、不燃烧特点。本发明还具有生产工艺简单，成本低，便于施工，强度高重量轻，安全可靠，使用寿命长，应用范围宽等优点。
下面将通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
实例1：
取筛选后的火山岩矿石，即取浮石岩100千克，异极矿15千克，十字石32千克，辉石矿15千克，董青石矿7千克，方硼石矿7千克，印章石矿7千克，水菱石矿7千克，经破碎后将其混合，经水洗以便去除其中的粉尘及杂质，将粉料烘干，再通过风选其目数为85-120目，在105-110℃范围内脱游离水，预热至160℃～210℃，时间为0.5～1.5小时，然后通过加热炉加热至300～700℃下进行膨化，时间为1～10分钟；膨化后将其分别进行除温冷却，即将膨化后的火山岩矿石粉分为三部分，分别采用以下加工方式进行，其中第一部分是通过0～15℃冷水速凝至常温后而形成玻璃体结构（其导热系数λ=0.07w/m·k左右）；第二部分是采用25～35℃温水缓凝至常温后而形成微晶体结构（导热系数λ=0.15w/m·k左右）；第三部分是采用15～30℃风冷至常温后而形成晶体结构（导热系数λ=0.035w/m·k左右）；将上述加工后三部分火山岩矿石粉以1：0.8～1.5：1.0～2.0的重量份数比混合后即成为固相体的干粉母料备用；
取上述固相体的干粉母料重量份数100千克同时与650千克的玻化微珠（膨化珍珠岩）、230千克的425#普通硅酸盐水泥、2.35千克的2，4—二羟基二苯甲酮，分子式为C13H10O3的白色粉末光稳定剂和2.35千克的β-（3，5二叔丁基4-羟基苯基）丙酸十八醇酯，分子式为C35H62O3的白色粉末的抗氧化剂1076，充分混匀包装后，即成为本发明的远红外太阳能蓄能的建筑材料成品。
本发明产品的质量标准：
矿石硬度 5.56-6
矿石容重 188-189.6㎏/m3
非定值导热系数：0.0159-0.01862w/m·k
产品质量标准：
| 项目 | 单位 | 质量标准 |
| 干密度 | ㎏/m3 | 360-480 |
| 线收缩率 | % | < 0.3 |
| 耐火等级（不燃） | 级 | A |
| 吸水率 | % | < 10% |
| 含水率 | % | < 15% |
| 定值导热系数 | w/m·k | 0.06～0.07 |
| 内结强度 | mPa | 0.06～0.15 |
| 相变熔值（内墙） | J/g | 29～35 |
| 相变温度（内墙） | ℃ | 30±5℃ |
| 相变熔值（外墙） | J/g | 120～150 |
| 相变温度（外墙） | ℃ | 50±5℃ |
使用时，将上述建筑材料和其他建筑材料混合而制成墙面板、屋面板以及应用于轻质量发泡水泥制品相变保温材料砌块，轻质发泡隔热板屋顶防水保温隔热浆料及室内蓄热保温层均可使用。
实例2：
取筛选后的火山岩矿石，即取浮石岩100千克，异极矿10千克，十字石25千克，辉石矿12千克，董青石矿5千克，方硼石矿5千克，印章石矿5千克，水菱石矿5千克，经破碎后将其混合，水洗、选择粉料目数为85-120目，再将粉料风选目数为105目，在105-110℃范围内脱游离水，预热至160℃～210℃，时间为0.5～1.5小时，然后继续加热至300～700℃下膨化，时间为1～10分钟，膨化后将其分别进行除温冷却，即将膨化后的火山岩矿石粉分为三部分，采用的加工方式与实例1的加工方式相同，除温冷却至常温后即成为固相体的干粉母料备用，将上述加工后的三部分火山岩矿石粉以1：1：1的重量份数比混合后即成为固相体的干粉母料备用；
取上述固相体的干粉母料重量份数100千克与550千克的玻化微珠、180千克的425#普通硅酸盐水泥、2.25千克的2，4—二羟基二苯甲酮，分子式为C13H10O3的白色粉末光稳定剂和2.25千克的β-（3，5二叔丁基4-羟基苯基）丙酸十八醇酯，分子式为C35H62O3的白色粉末的抗氧化剂1076，充分混匀包装后，即成为本发明的远红外太阳能蓄能的建筑材料成品。
本发明的产品经检测其质量标准与实例1中的产品质量标准范围相同。
使用时，将上述建筑材料和其他建筑材料混合而制成墙面板、屋面板以及应用于轻质量发泡水泥制品相变保温材料砌块，轻质发泡隔热板屋顶防水保温隔热浆料及室内蓄热保温层均可使用。
实例3：
取筛选后的浮石岩100千克，异极矿18千克，十字石38千克，辉石矿18千克，董青石矿9千克，方硼石矿9千克，印章石矿9千克，水菱石矿9千克，经破碎后将其混合，水洗，将粉料烘干，再将粉料风选目数为85-120目，在105-110℃范围内脱游离水，预热至160℃～210℃，时间为0.5～1.5小时，然后继续加热至300～700℃下膨化，时间为1～10分钟，膨化后将其分别进行除温冷却，即将膨化后的火山岩矿石粉分为三部分，采用的加工方式与实例1的加工方式相同，除温冷却至常温后即成为固相体的干粉母料备用，将上述加工后的三部分火山岩矿石粉以1：1.3：1.8的重量份数比混合后即成为固相体的干粉母料备用；
取上述固相体的干粉母料重量份数100千克与750千克的玻化微珠、280千克的425#普通硅酸盐水泥、2.45千克的2，4—二羟基二苯甲酮，分子式为C13H10O3的白色粉末光稳定剂和2.45千克的β-（3，5二叔丁基4-羟基苯基）丙酸十八醇酯，分子式为C35H62O3的白色粉末的抗氧化剂1076，充分混匀包装后，即成为本发明的远红外太阳能蓄能的建筑材料成品。
本发明的产品经检测其质量标准与实例1中的产品质量标准范围相同。
使用时，将上述建筑材料和其他建筑材料混合而制成墙面板、屋面板以及应用于轻质量发泡水泥制品相变保温材料砌块，轻质发泡隔热板屋顶防水保温隔热浆料及室内蓄热保温层均可使用。
实例4：
取筛选后的火山岩矿石，即取浮石岩100千克，异极矿15千克，十字石32千克，辉石矿15千克，董青石矿7千克，方硼石矿7千克，印章石矿7千克，水菱石矿7千克，经破碎后将其混合，经水洗以便去除其中的粉尘及杂质，将粉料烘干，再通过风选其目数为85-120目，在105-110℃范围内脱游离水，预热至160℃～210℃，时间为0.5～1.5小时，然后通过加热炉加热至300～700℃下进行膨化，时间为1～10分钟；将上述加工后的火山岩矿石粉以1：0.8～1.5：1.0～2.0的重量份数比混合后即成为固相体的干粉母料备用；
取上述固相体的干粉母料重量份数100千克同时与650千克的玻化微珠（膨化珍珠岩）、230千克的425#普通硅酸盐水泥、2.35千克的2，4—二羟基二苯甲酮，分子式为C13H10O3的白色粉末光稳定剂和2.35千克的β-（3，5二叔丁基4-羟基苯基）丙酸十八醇酯，分子式为C35H62O3的白色粉末的抗氧化剂1076，充分混匀包装后，即成为本发明的远红外太阳能蓄能的建筑材料成品。
本发明的产品质量标准：
矿石硬度 5.56-6
矿石容重 188-189.6㎏/m3
非定值导热系数：0.0159-0.01862w/m·k
产品质量标准：
| 项目 | 单位 | 质量标准 |
| 干密度 | ㎏/m3 | 480～550 |
| 线收缩率 | % | < 0.5 |
| 耐火等级（不燃） | 级 | A |
| 吸水率 | % | < 12% |
| 含水率 | % | < 15% |
| 定值导热系数 | w/m·k | 0.06～0.07 |
| 内结强度 | mPa | ≥0.15 |
| 相变熔值（内墙） | J/g | 25～29 |
| 相变温度（内墙） | ℃ | 30±5℃ |
| 相变熔值（外墙） | J/g | 90～110 |
| 相变温度（外墙） | ℃ | 40±5℃ |
使用时，将上述建筑材料和其他建筑材料混合而制成墙面板、屋面板以及应用于轻质量发泡水泥制品相变保温材料砌块，轻质发泡隔热板屋顶防水保温隔热浆料及室内蓄热保温层均可使用。
Claims (9)
1.一种利用天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料，它包括下述组份和重量份数比：固相体的干粉母料10份；玻化微珠50-80份；425#普通硅酸盐水泥15-30份；砂浆专用辅助材料0.4-0.5份；其中，固相体的干粉母料由下述经膨化的组份和重量份数比组成：浮石岩5份，异极矿0.4-1份，十字石1.2-2份，辉石矿0.5-1份，董青石矿0.2-0.5份，方硼石矿0.2-0.5份，印章石矿0.2-0.5份，水菱石矿0.2-0.5份；所述的砂浆专用辅助材料由等重量的光稳定剂和抗氧化剂1076组成。
2.根据权利要求1所述的利用天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料，其特征在于：固相体的干粉母料10份：玻化微珠（膨化珍珠岩）60-65份：425#普通硅酸盐水泥20-25份：砂浆专用辅助材料0.45-0.5份。
3.根据权利要求1所述的利用天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料，其特征在于：光稳定剂是指
2，4-二羟基二苯甲酮，分子式为C13H10O3的白色粉末；抗氧化剂1076的学名为β-（3，5二叔丁基4-羟基苯基）丙酸十八醇酯，分子式为C35H62O3的白色粉末。
4.根据权利要求1所述的利用天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料，其特征在于：固相体的干粉母料的目数为85-120目。
5.一种利用天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料的生产方法，其特征在于：将筛选后的火山岩矿石经破碎、混合、水洗、粉料烘干、风选、在105-110℃范围内脱游离水，预热至160℃～210℃，时间为0.5～1.5小时，然后继续加热至300～700℃下膨化，时间为1～10分钟，除温冷却至常温后即成为固相体的干粉母料备用；取上述固相体的干粉母料重量份数10份与50-80重量份数的玻化微珠、15-30重量份数的425#普通硅酸盐水泥及0.4-0.5重量份数的砂浆专用辅助材料充分混匀包装后，即成为远红外太阳能蓄能的建筑材料成品；
其中，火山岩矿石由下述的组份和重量份数比组成：浮石岩5份，异极矿0.4-1份，十字石1.2-2份，辉石矿0.5-1份，董青石矿0.2-0.5份，方硼石矿0.2-0.5份，印章石矿0.2-0.5份，水菱石矿0.2-0.5份；
所述的砂浆专用辅助材料由等量的光稳定剂和抗氧化剂1076组成。
6.根据权利要求5所述的利用天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料的生产方法，其特征在于：光稳定剂是指2，4-二羟基二苯甲酮，分子式为C13H10O3的白色粉末；抗氧化剂1076的学名为β-（3，5二叔丁基4-羟基苯基）丙酸十八醇酯，分子式为C35H62O3的白色粉末。
7.根据权利要求5所述的利用天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料的生产方法，其特征在于：膨化后的除温冷却是指，将膨化后的火山岩矿石粉分为三部分、分别采用以下加工方式，一部分是通过0～15℃冷水速凝至常温后而形成玻璃体结构；第二部分是采用25～35℃温水缓凝至常温后而形成微晶体结构；第三部分是采用15～30℃风冷至常温后而形成晶体结构；将上述加工后三部分火山岩矿石粉以1：0.8～1.5：1.0～2.0的重量份数比混合后即成为固相体的干粉母料。
8.根据权利要求7所述的利用天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料的生产方法，其特征在于：所述加工后三部分火山岩矿石粉以1：1：1的重量份数比混合。
9.根据权利要求5所述的利用天然无机矿物的远红外太阳能蓄能材料的生产方法，其特征在于：风选火山岩矿石粉的目数为85-120目。
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