CN102659437B - 一种含硅工业废料的窑炉保温板及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含硅工业废料的窑炉保温板及其制备工艺。其特征在于：以硅切割液废砂浆回收后的剩余废料或花岗岩切磨产生的废粉料作为保温板的红外遮光功能性原料，与纳米二氧化硅、无机增强纤维复合，通过干压成型工艺制备出具有高绝热性能的窑炉保温板。本发明具有如下优点，一是充分利用了硅切割液废砂浆回收后的剩余废料或花岗岩切磨产生的废石粉，减少了对环境造成的污染，且利用工业废料作为原料，产品成本比一般耐高温高绝热性保温材料低；二是制备的窑炉保温板具有优异的隔热性能，可以减少窑炉保温层的厚度，增加窑炉的实际使用空间或为制做小型化窑炉提供条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有高绝热性能的耐高温窑炉保温板及其制备工艺，特别是涉及一种利用硅切割液废砂浆回收后的剩余废料或花岗岩加工过程中产生的废石粉等含硅工业废料的窑炉保温板及其制备工艺。
背景技术
近年来，太阳能电池迅猛发展，晶体硅太阳能电池生产中产生的切割液废砂浆经回收后的剩余废料由于混杂了少量金属杂质且各组份难以分离，这种废料的高效利用一直是一个难题。硅切割液废砂浆回收后的剩余废料和花岗岩加工过程中产生的废石粉等含硅工业废料主要成分有碳化硅、晶体硅、二氧化硅等，作为生产耐高温保温材料的原材料，不仅充分利用了工业废料，降低了保温材料的生产成本，而且有利于环境保护。
目前，应用于工业窑炉的保温材料主要有矿棉、岩棉、硅酸钙、珍珠岩制品、硅酸铝纤维制品等，这些传统的窑炉保温材料存在着高温条件下导热系数高、隔热效果不理想等问题。常用窑炉保温材料中，隔热性能相对较好的硅酸铝纤维制品在800℃时的导热系数也在0.15W/（m·K）以上。矿棉、岩棉、硅酸钙、珍珠岩制品、硅酸铝纤维制品在高温下较大的导热系数使得其用于窑炉保温时需要较厚的窑炉保温层，从而增大了窑炉的尺寸，间接地降低了单位面积窑炉实际用于生产的面积。此外，硅藻土、硅酸钙、珍珠岩制品等密度较大，矿棉、岩棉保温材料本身带有有害物质，容易对人体造成伤害。
利用含硅工业废料制备耐高温窑炉保温板，不仅充分利用了工业废料，而且制备的窑炉保温板在高温条件下具有优异的绝热性能，与一般窑炉保温材料相比，其在窑炉中的使用厚度可明显降低，从而增加窑炉的实际使用空间或为制做小型化窑炉提供条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高绝热性能的含硅工业废料的窑炉保温板及其制备工艺，以解决含硅工业废料的再利用问题和一般窑炉保温材料高温下导热系数高、隔热性能较差的问题。
本发明的技术方案为：利用含硅工业废料生产耐高温窑炉保温板，其中硅切割液废砂浆回收后的剩余废料或花岗岩切磨产生的废石粉的主要作用是：作为耐高温窑炉保温板的红外遮光功能性原料，替代了价格较高的氧化锆、碳化硅等红外遮光材料，在高温条件下明显降低红外辐射传热，使窑炉保温板具备优异的隔热保温性能。耐高温高隔热性窑炉保温板的应用，将改变窑炉结构的传统理念，使得窑炉保温层减薄、炉体负荷大大减轻，这为增加窑炉的有效使用空间和窑炉小型化提供条件。由于窑炉保温板具有高隔热保温性能，在实际应用中将大大缩短材料的烧成周期，显著降低窑炉的能耗。
本发明的具体技术方案为：一种含硅工业废料的窑炉保温板；其特征在于：其原料组分及各组分占原料总量的质量百分比分别为：含硅工业废料5-25%、纳米二氧化硅粉料70-90%、无机增强纤维1-10%；窑炉保温板800℃时导热系数为0.03-0.05W/（m·K）。
本发明还提供了上述窑炉保温板的制备工艺，其具体步骤为：首先将含硅工业废料洗涤处理，处理后的含硅固体废料烘干备用；然后将含硅工业废料与纳米二氧化硅粉料加入分散机中分散均匀，再加入无机增强纤维继续混合至分散均匀，然后将混合料加入模具中，成型，脱模，包装，即制得窑炉保温板。
优选所述的含硅工业废料为硅切割液废砂浆回收后的剩余废料，或者是花岗岩切磨加工产生的废石粉。
优选所述的纳米二氧化硅为气相沉积二氧化硅或二氧化硅气凝胶；所述的无机增强纤维为玻璃纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、玄武岩纤维、岩棉或矿棉；优选所述的无机增强纤维的长度为3-20mm，直径为2-20μm。
优选所述的成型采用平板干压成型设备成型，优选成型的压力为0.2-1.0MPa，保压时间为2-5分钟。
有益效果：
（1）充分利用工业废料，提高了资源的综合利用率，避免了资源浪费和环境污染，且利用工业废料作为原料，产品成本比一般耐高温高隔热性保温材料低。
（2）产品性能优异。常用窑炉保温材料中，隔热性能相对较好的硅酸铝纤维制品，800℃时导热系数大多都在0.15W/（m·K）以上，而本发明的窑炉保温板800℃时导热系数为0.03-0.05W/（m·K）；密度为200~220kg/m3；900℃下保温12h线收缩率为1.8~2.4%；使用本发明的窑炉保温板，在厚度为25mm的情况下，保温板一侧温度为800℃时，另一侧温度降至100℃以下。
（3）制备工艺简单，生产能耗低，产品质量易于控制，产品尺寸可根据使用要求调节；一般为15~25mm。
具体实施方式
实施例1：
首先将硅切割液废砂浆回收后的剩余废料洗涤处理，然后将废料中的水分烘干。将质量分数为5%的烘干处理后的废料与质量分数为87.5%的气相沉积二氧化硅（市售）加入搅拌机中，搅拌2分钟，使物料混合均匀，然后加入长度5mm、直径7μm的玻璃纤维（市售），其质量分数为7.5%，继续搅拌2分钟，直至成束的玻璃纤维完全分散成单根状。将分散好的混合物加入到模具中，采用平板干压成型设备成型，在0.3MPa压力下压至20mm厚，保压3分钟，脱模、包装即制得窑炉保温板，经测试，此窑炉保温板800℃时导热系数为0.037W/（m·K），密度为206kg/m3，抗压强度为0.96MPa，900℃下保温12h线收缩率为2.0%。
实施例2：
首先将硅切割液废砂浆回收后的剩余废料洗涤处理，然后将废料中的水分烘干。将质量分数15%的烘干处理后的废料与质量分数82%的气相沉积二氧化硅加入搅拌机中，搅拌2分钟，使物料混合均匀，然后加入长度为10mm、直径为5μm的氧化铝纤维，其质量分数为3%，继续搅拌3分钟至分散均匀，将搅拌好的混合物加入到模具中，采用平板干压成型设备成型，在0.3MPa压力下压至25mm厚，保压2分钟，脱模、包装即制得窑炉保温板。经测试，此窑炉保温板800℃时导热系数为0.036W/（m·K），密度为210kg/m3,抗压强度为0.98MPa，900℃下保温12h线收缩率为2.1%。
实施例3：
首先将硅片切割液废砂浆回收后的剩余废料洗涤处理，然后将废料中的水分烘干。将质量分数为25%的烘干处理后的废料与质量分数70%的二氧化硅气凝胶加入搅拌机中，搅拌3分钟，使物料混合均匀，然后加入长度5mm、直径7μm的玻璃纤维，其质量分数为5%，搅拌4分钟至分散均匀，将搅拌好的混合物加入到模具中，采用平板干压成型设备成型，在0.5MPa压力下压至25mm厚，保压3分钟，脱模、包装即制得窑炉保温板。经测试，此窑炉保温板800℃时导热系数为0.036W/（m·k），密度为219kg/m3,抗压强度为1.10MPa，900℃下保温12h线收缩率为2.4%。
实施例4：
首先将花岗岩加工过程中产生的废石粉洗涤处理，然后将废料中的水分烘干。将质量分数为20%的烘干处理后的废石粉与质量分数为75%的二氧化硅气凝胶加入搅拌机中，搅拌4分钟，使粉状物料混合均匀，然后加入长度为10mm、直径为5μm的氧化铝纤维，其质量分数为5%，搅拌5分钟至分散均匀，将搅拌好的混合物加入到模具中，采用平板干压成型设备成型，在0.5MPa压力下压至25mm厚，保压5分钟，脱模、包装即制得窑炉保温板。经测试，此窑炉保温板800℃时导热系数为0.045W/（m·K），密度为213kg/m3,抗压强度为1.06MPa，900℃下保温12h线收缩率为2.2%。
实施例5：
首先将花岗岩加工过程中产生的废石粉洗涤处理，然后将废料中的水分烘干。将质量分数为21%的烘干处理后的废石粉与质量分数为70%的气相沉积二氧化硅加入搅拌机中，搅拌5分钟，使粉状物料混合均匀，然后加入长度为6mm、直径为5μm的岩棉，其质量分数为9%，搅拌5分钟至分散均匀，将搅拌好的混合物加入到模具中，采用平板干压成型设备成型，在0.8MPa压力下压至25mm厚，保压5分钟，脱模、包装即制得窑炉保温板。经测试，此窑炉保温板800℃时导热系数为0.049W/（m·K），密度为220kg/m3，抗压强度为1.08MPa，900℃下保温12h线收缩率为2.3%。
Claims (5)
1.一种含硅工业废料的窑炉保温板；其特征在于：其原料组分及各组分占原料总量的质量百分比分别为：含硅工业废料5-25%、纳米二氧化硅粉料70-90%、无机增强纤维1-10%；窑炉保温板800℃时导热系数为0.03-0.05W/（m·K）；其中所述的含硅工业废料为硅切割液废砂浆回收后的剩余废料，或者是花岗岩切磨加工产生的废石粉。
2.一种制备如权利要求1所述的窑炉保温板的工艺，其具体步骤为：首先将含硅工业废料洗涤处理，烘干备用；然后将含硅工业废料与纳米二氧化硅粉料加入分散机中分散均匀，再加入无机增强纤维继续混合至分散均匀，然后将混合料加入模具中，成型，脱模，即制得窑炉保温板。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于所述的纳米二氧化硅为气相沉积二氧化硅或二氧化硅气凝胶。
4.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于所述的无机增强纤维为玻璃纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、玄武岩纤维、岩棉或矿棉。
5.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于所述的成型采用平板干压成型设备成型，成型的压力为0.2-1.0MPa，保压时间为2-5分钟。
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