CN103553701B - 一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法，包括如下步骤：（1）玻璃粉助熔剂的制备：将铸砂废料、炉渣废料、脱硫石膏废料和镁橄榄石混合，湿法球磨，干燥，过筛后熔制成玻璃液，经淬冷、破碎、烘干后得到玻璃粉助熔剂；（2）将煤系硅酸盐废料、玻璃粉助熔剂和发泡剂混合，放入球磨机中湿磨混匀形成混合泥浆；（3）将所述混合泥浆干燥，制得的粉料装入涂有氧化铝的发泡耐火材料模具中；（4）将所述模具送入加热炉内加热，退火，冷却、脱模、切割，即得产品。本发明具有工业能耗较小、固体废弃物利用率高和生产成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及保温材料制备技术领域，特别是涉及一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法及其产品。
背景技术
我国是以煤为主要能源的国家，煤炭能源消耗占我国总能源消耗的70%左右，在煤炭开采和利用过程中产生了大量的煤矸石、粉煤灰、煤渣等固体废弃物，同时，因为对烟道气脱硫的严格要求，也产生了大量的脱硫石膏废弃物。这些废料逐年增多，对环境和可持续发展造成巨大压力，所以这些工业废料的处理与利用非常重要。
目前这些废料主要用于一些建筑材料的制备，如石膏板、粉煤灰免烧砖、粉煤灰水泥等。这些废料利用面临的最大问题是附加值低、运输半径短，就地消耗难度大，是煤电资源型城市面临的主要问题。以这些废弃物为原料制备高附加值的新型建材是当务之急。
随着我国社会经济的发展，建筑行业新型墙体材料面临着更新换代的挑战，建筑节能和废物利用已成为被列入“国民经济与社会发展“十二五”计划和2015年远景纲要”中的重要产业。近年来，随着房地产业的快速发展，对节能环保、阻燃的新型墙体材料的需求量大大增加。目前普遍使用的保温隔热材料包括无机材料和有机材料两种，无机材料包括海泡石、膨胀珍珠岩、发泡水泥、玻璃纤维等，这些材料松散度大，粘结困难，施工难度大。有机材料包括聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等，有机材料阻燃性能差，有极大的安全隐患。
泡沫陶瓷是20世纪70年代发展起来的一种新型轻质保温材料，由于它具有气孔率高、导热系数低、重量轻、耐高温、耐腐蚀及良好的机械强度等优点，是一种理想的建筑防火保温隔热材料。目前国内外有多种以硅酸盐废弃物为主要原料，辅以各种助剂及发泡剂制备泡沫陶瓷保温材料的工艺。如采用陶瓷废料、粉煤灰、炉渣、煤矸石等为主要原料，采用废玻璃、工业纯碱、长石、镁橄榄石等为助熔辅料，以炭黑、大理石粉、石灰石等高温分解物质为发泡剂来制备泡沫陶瓷材料的工艺。但这些工业废料本身成份就多变，配方复杂会导致工艺控制比较困难，有的多次烧结能耗高，导致成本较高，不易连续制造大尺寸的多孔泡沫陶瓷材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便的泡沫陶瓷保温材料的制备方法。
一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）玻璃粉助熔剂的制备：原料由如下重量百分比的物质组成：30～45份的铸砂废料、5～15份的炉渣废料、25～35份的脱硫石膏废料、25～35份的镁橄榄石；
将所述原料混合，湿法球磨，干燥，过120目筛后熔制成玻璃液，同时回收烟道气体中的硫制备硫酸；所述玻璃液经淬冷、破碎、烘干后，过120目筛，得到玻璃粉助熔剂；
（2）将煤系硅酸盐废料、玻璃粉助熔剂和发泡剂按45～70：20～40：10～15的质量份数配比混合，制成混合料，放入球磨机中湿磨混匀，形成混合泥浆；
（3）将所述混合泥浆采用压力式喷雾造粒干燥机干燥，出口温度控制在90～120℃，制得的粉料装入涂有氧化铝的发泡耐火材料模具中；
（4）将装有所述粉料的发泡耐火材料模具送入加热炉内加热，加热至1100～1200℃，保温10～30min，然后退火，冷却、脱模、切割，即得泡沫陶瓷保温材料。
本发明所述的泡沫陶瓷保温材料的制备方法，其中所述煤系硅酸盐废料为粉煤灰、炉渣和煤矸石中的一种或几种的混合物；所述煤系硅酸盐废料包括如下重量份的物质：SiO2：50～70份；Al2O3：10～20份；CaO：1～10份；MgO：1～10份；Fe2O3：1～10份；K2O：0.5～2份；Na2O：0.5～2份；TiO2：0.5～2份。
本发明所述的泡沫陶瓷保温材料的制备方法，其中所述铸砂废料中SiO2的含量大于90%；所述镁橄榄石包括如下重量份的物质：MgO：45-65份；SiO2：30-40份；Fe2O3：8-9份；CaO：0.2-2份。
本发明所述的泡沫陶瓷保温材料的制备方法，其中所述发泡剂为石灰石或脱硫石膏，其中，所述石灰石中的CaCO3含量大于95%，所述脱硫石膏中的CaSO4·2H2O含量大于90%。
本发明所述的泡沫陶瓷保温材料的制备方法，其中所述玻璃粉助熔剂包括如下重量份的物质：SiO2：40-60份，CaO：15-25份，MgO：15-25份，Fe2O3：1～10份；K2O：1～5份；Na2O：1～5份。
根据上述任意一种所述方法制备得到的产品。
本发明泡沫陶瓷保温材料的制备方法与现有技术不同之处在于：
（1）本发明采用工业废料自制玻璃粉助熔剂，副产硫酸，不仅节约资源，降低生产成本，而且保护了环境，变废为宝。
（2）本发明制备工艺简单，可连续制成大尺寸的多孔泡沫陶瓷保温材料。
（3）所制备的泡沫陶瓷材料性能优良：密度0.6～1.2g/cm3，导热系数小于0.16W/(m·k）、耐压强度大于5MPa。
因此，本发明具有工业能耗较小、固体废弃物利用率高和生产成本低的特点；所制备的泡沫陶瓷材料密度小、耐压强度高、导热系数低和绝热性能良好，是优良的防火材料，可应用于建筑节能保温材料和其他高温设备外层的节能保温领域。
下面结合具体实施方式对本发明的泡沫陶瓷保温材料的制备方法作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法，其包括如下步骤：
（1）玻璃粉助熔剂的制备：原料由如下重量百分比的物质组成：30份的铸砂废料、15份的炉渣废料、25份的脱硫石膏废料、30份的镁橄榄石；
将所述原料混合，湿法球磨，干燥，过120目筛后熔制成玻璃液，同时回收烟道气体中的硫制备硫酸；所述玻璃液经淬冷、破碎、烘干后，过120目筛，得到玻璃粉助熔剂；
（2）将煤系硅酸盐废料、玻璃粉助熔剂和发泡剂按70:20:10的质量份数配比混合，制成混合料，放入球磨机中湿磨混匀，形成混合泥浆；
（3）将所述混合泥浆采用压力式喷雾造粒干燥机干燥，出口温度控制在90℃，制得的粉料装入涂有氧化铝的发泡耐火材料模具中；
（4）将装有所述粉料的发泡耐火材料模具送入加热炉内加热，加热至1100℃，保温30min，然后退火，冷却、脱模、切割，即得泡沫陶瓷保温材料。
所述煤系硅酸盐废料为炉渣；所述煤系硅酸盐废料包括如下重量份的物质：SiO2：50份；Al2O3：20份；CaO：10份；MgO：10份；Fe2O3：4份；K2O：2份；Na2O：2份；TiO2：2份。
所述铸砂废料中SiO2的含量大于90%；所述镁橄榄石包括如下重量份的物质：MgO：45份；SiO2：40份；Fe2O3：8份；CaO：2份。
所述发泡剂为石灰石或脱硫石膏，其中，所述石灰石中的CaCO3含量大于95%，所述脱硫石膏中的CaSO4·2H2O含量大于90%。所述玻璃粉助熔剂包括如下重量份的物质：SiO2：40份，CaO：25份，MgO：15份，Fe2O3：10份；K2O：5份；Na2O：1份。
实施例2
一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）玻璃粉助熔剂的制备：原料由如下重量百分比的物质组成：45份的铸砂废料、5份的炉渣废料、35份的脱硫石膏废料、25份的镁橄榄石；
将所述原料混合，湿法球磨，干燥，过120目筛后熔制成玻璃液，同时回收烟道气体中的硫制备硫酸；所述玻璃液经淬冷、破碎、烘干后，过120目筛，得到玻璃粉助熔剂；
（2）将煤系硅酸盐废料、玻璃粉助熔剂和发泡剂按75:17:8的质量份数配比混合，制成混合料，放入球磨机中湿磨混匀，形成混合泥浆；
（3）将所述混合泥浆采用压力式喷雾造粒干燥机干燥，出口温度控制在120℃，制得的粉料装入涂有氧化铝的发泡耐火材料模具中；
（4）将装有所述粉料的发泡耐火材料模具送入加热炉内加热，加热至1200℃，保温10min，然后退火，冷却、脱模、切割，即得泡沫陶瓷保温材料。
所述煤系硅酸盐废料为粉煤灰；所述煤系硅酸盐废料包括如下重量份的物质：SiO2：70份；Al2O3：10份；CaO：1份；MgO：1份；Fe2O3：10份；K2O：0.5份；Na2O：0.5份；TiO2：0.5份。
所述铸砂废料中SiO2的含量大于90%；所述镁橄榄石包括如下重量份的物质：MgO：65份；SiO2：30份；Fe2O3：9份；CaO：0.2份。
所述发泡剂为石灰石或脱硫石膏，其中，所述石灰石中的CaCO3含量大于95%，所述脱硫石膏中的CaSO4·2H2O含量大于90%。
所述玻璃粉助熔剂包括如下重量份的物质：SiO2：60份，CaO：15份，MgO：25份，Fe2O3：1份；K2O：1份；Na2O：5份。
实施例3
一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）玻璃粉助熔剂的制备：原料由如下重量百分比的物质组成：40份的铸砂废料、10份的炉渣废料、30份的脱硫石膏废料、35份的镁橄榄石；
将所述原料混合，湿法球磨，干燥，过120目筛后熔制成玻璃液，同时回收烟道气体中的硫制备硫酸；所述玻璃液经淬冷、破碎、烘干后，过120目筛，得到玻璃粉助熔剂；
（2）将煤系硅酸盐废料、玻璃粉助熔剂和发泡剂按60:30:10的质量份数配比混合，制成混合料，放入球磨机中湿磨混匀，形成混合泥浆；
（3）将所述混合泥浆采用压力式喷雾造粒干燥机干燥，出口温度控制在100℃，制得的粉料装入涂有氧化铝的发泡耐火材料模具中；
（4）将装有所述粉料的发泡耐火材料模具送入加热炉内加热，加热至1100℃，保温20min，然后退火，冷却、脱模、切割，即得泡沫陶瓷保温材料。
所述煤系硅酸盐废料为粉煤灰、炉渣和煤矸石中的一种或几种的混合物；所述煤系硅酸盐废料包括如下重量份的物质：SiO2：60份；Al2O3：15份；CaO：5份；MgO：7份；Fe2O3：6份；K2O：1份；Na2O：1.5份；TiO2：1份。
所述铸砂废料中SiO2的含量大于90%；所述镁橄榄石包括如下重量份的物质：MgO：50份；SiO2：35份；Fe2O3：8.5份；CaO：1份。
所述发泡剂为石灰石或脱硫石膏，其中，所述石灰石中的CaCO3含量大于95%，所述脱硫石膏中的CaSO4·2H2O含量大于90%。
所述玻璃粉助熔剂包括如下重量份的物质：SiO2：50份，CaO：20份，MgO：20份，Fe2O3：9份；K2O：2份；Na2O：3份。
实施例4
一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）玻璃粉助熔剂的制备：原料由如下重量百分比的物质组成：35份的铸砂废料、11份的炉渣废料、33份的脱硫石膏废料、28份的镁橄榄石；
将所述原料混合，湿法球磨，干燥，过120目筛后熔制成玻璃液，同时回收烟道气体中的硫制备硫酸；所述玻璃液经淬冷、破碎、烘干后，过120目筛，得到玻璃粉助熔剂；
（2）将煤系硅酸盐废料、玻璃粉助熔剂和发泡剂按65:35:10的质量份数配比混合，制成混合料，放入球磨机中湿磨混匀，形成混合泥浆；
（3）将所述混合泥浆采用压力式喷雾造粒干燥机干燥，出口温度控制在110℃，制得的粉料装入涂有氧化铝的发泡耐火材料模具中；
（4）将装有所述粉料的发泡耐火材料模具送入加热炉内加热，加热至1200℃，保温30min，然后退火，冷却、脱模、切割，即得泡沫陶瓷保温材料。
所述煤系硅酸盐废料为粉煤灰、炉渣和煤矸石中的一种或几种的混合物；所述煤系硅酸盐废料包括如下重量份的物质：SiO2：55份；Al2O3：17份；CaO：10份；MgO：1份；Fe2O3：10份；K2O：0.5份；Na2O：0.5份；TiO2：2份。
所述铸砂废料中SiO2的含量大于90%；所述镁橄榄石包括如下重量份的物质：MgO：55份；SiO2：36份；Fe2O3：9份；CaO：0.2份。
所述发泡剂为石灰石或脱硫石膏，其中，所述石灰石中的CaCO3含量大于95%，所述脱硫石膏中的CaSO4·2H2O含量大于90%。
所述玻璃粉助熔剂包括如下重量份的物质：SiO2：52份，CaO：16份，MgO：24份，Fe2O3：6份；K2O：3份；Na2O：2份。
实施例5
一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）玻璃粉助熔剂的制备：原料由如下重量百分比的物质组成：37份的铸砂废料、12份的炉渣废料、32份的脱硫石膏废料、29份的镁橄榄石；
将所述原料混合，湿法球磨，干燥，过120目筛后熔制成玻璃液，同时回收烟道气体中的硫制备硫酸；所述玻璃液经淬冷、破碎、烘干后，过120目筛，得到玻璃粉助熔剂；
（2）将煤系硅酸盐废料、玻璃粉助熔剂和发泡剂按70:20:10的质量份数配比混合，制成混合料，放入球磨机中湿磨混匀，形成混合泥浆；
（3）将所述混合泥浆采用压力式喷雾造粒干燥机干燥，出口温度控制在120℃，制得的粉料装入涂有氧化铝的发泡耐火材料模具中；
（4）将装有所述粉料的发泡耐火材料模具送入加热炉内加热，加热至1100℃，保温15min，然后退火，冷却、脱模、切割，即得泡沫陶瓷保温材料。
所述煤系硅酸盐废料为粉煤灰、炉渣和煤矸石中的一种或几种的混合物；所述煤系硅酸盐废料包括如下重量份的物质：SiO2：51份；Al2O3：18份；CaO：2份；MgO：5份；Fe2O3：7份；K2O：1份；Na2O：1.5份；TiO2：1.5份。
所述铸砂废料中SiO2的含量大于90%；所述镁橄榄石包括如下重量份的物质：MgO：55份；SiO2：39份；Fe2O3：8份；CaO：1.2份。
所述发泡剂为石灰石或脱硫石膏，其中，所述石灰石中的CaCO3含量大于95%，所述脱硫石膏中的CaSO4·2H2O含量大于90%。
所述玻璃粉助熔剂包括如下重量份的物质：SiO2：40-60份，CaO：22份，MgO：24份，Fe2O3：4份；K2O：1.5份；Na2O：3.5份。
实施例6
一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）玻璃粉助熔剂的制备：原料由如下重量百分比的物质组成：44份的铸砂废料、11份的炉渣废料、29份的脱硫石膏废料、27份的镁橄榄石；
将所述原料混合，湿法球磨，干燥，过120目筛后熔制成玻璃液，同时回收烟道气体中的硫制备硫酸；所述玻璃液经淬冷、破碎、烘干后，过120目筛，得到玻璃粉助熔剂；
（2）将煤系硅酸盐废料、玻璃粉助熔剂和发泡剂按50:40:10的质量份数配比混合，制成混合料，放入球磨机中湿磨混匀，形成混合泥浆；
（3）将所述混合泥浆采用压力式喷雾造粒干燥机干燥，出口温度控制在100℃，制得的粉料装入涂有氧化铝的发泡耐火材料模具中；
（4）将装有所述粉料的发泡耐火材料模具送入加热炉内加热，加热至1150℃，保温25min，然后退火，冷却、脱模、切割，即得泡沫陶瓷保温材料。
所述煤系硅酸盐废料为粉煤灰、炉渣和煤矸石中的一种或几种的混合物；所述煤系硅酸盐废料包括如下重量份的物质：SiO2：63份；Al2O3：19份；CaO：3份；MgO：6份；Fe2O3：8份；K2O：1.5份；Na2O：1.8份；TiO2：0.8份。
所述铸砂废料中SiO2的含量大于90%；所述镁橄榄石包括如下重量份的物质：MgO：63份；SiO2：31份；Fe2O3：8.6份；CaO：1.8份。
所述发泡剂为石灰石或脱硫石膏，其中，所述石灰石中的CaCO3含量大于95%，所述脱硫石膏中的CaSO4·2H2O含量大于90%。
所述玻璃粉助熔剂包括如下重量份的物质：SiO2：42份，CaO：23份，MgO：17份，Fe2O3：2份；K2O：4.5份；Na2O：2.5份。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种泡沫陶瓷保温材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)玻璃粉助熔剂的制备：原料由如下重量份的物质组成：30～45份的铸砂废料、5～15份的炉渣废料、25～35份的脱硫石膏废料、25～35份的镁橄榄石；
将所述原料混合，湿法球磨，干燥，过120目筛后熔制成玻璃液，同时回收烟道气体中的硫制备硫酸；所述玻璃液经淬冷、破碎、烘干后，过120目筛，得到玻璃粉助熔剂；
(2)将煤系硅酸盐废料、玻璃粉助熔剂和发泡剂按45～70：20～40：10～15的质量份数配比混合，制成混合料，放入球磨机中湿磨混匀，形成混合泥浆；
(3)将所述混合泥浆采用压力式喷雾造粒干燥机干燥，出口温度控制在90～120℃，制得的粉料装入涂有氧化铝的发泡耐火材料模具中；
(4)将装有所述粉料的发泡耐火材料模具送入加热炉内加热，加热至1100～1200℃，保温10～30min，然后退火，冷却、脱模、切割，即得泡沫陶瓷保温材料；
所述煤系硅酸盐废料为粉煤灰、炉渣和煤矸石中的一种或几种的混合物；所述煤系硅酸盐废料包括如下重量份的物质：SiO2：50～70份；Al2O3：10～20份；CaO：1～10份；MgO：1～10份；Fe2O3：1～10份；K2O：0.5～2份；Na2O：0.5～2份；TiO2：0.5～2份；
所述玻璃粉助熔剂包括如下重量份的物质：SiO2：40-60份，CaO：15-25份，MgO：15-25份，Fe2O3：1～10份；K2O：1～5份；Na2O：1～5份。
2.根据权利要求1所述的泡沫陶瓷保温材料的制备方法，其特征在于：所述铸砂废料中SiO2的含量大于90％；所述镁橄榄石包括如下重量份的物质：MgO：45-65份；SiO2：30-40份；Fe2O3：8-9份；CaO：0.2-2份。
3.根据权利要求2所述的泡沫陶瓷保温材料的制备方法，其特征在于：所述发泡剂为石灰石或脱硫石膏，其中，所述石灰石中的CaCO3含量大于95％，所述脱硫石膏中的CaSO4·2H2O含量大于90％。
4.根据权利要求1～3中任意一种所述方法制备得到的产品。
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| CN103553701A (zh) | 2014-02-05 |
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