CN104649647B - 一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料，包括如下重量百分比的组分：工业尾矿30-49%、珍珠岩5-8%、石棉绒10-15%、膨润土10-15%、固化体系15-22%、渗透剂1-5%和水10-20%。这样的隔热保温材料具有导热系数低，不易开裂和脱落，密封性能好等优点。本发明还公开了一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料的制备方法，其包括步骤：称取原料，将各组分原料混合后密封保存，操作简单方便，成本低廉，适于工业化生产。

Description

一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及保温材料，具体涉及一种利用工业尾矿制成的耐高温隔热保温材料及其制备方法。

背景技术

现有技术中，添加少量的稀土金属，可以提高高温强度，提高金属强度、延伸率、耐热性和抗氧化能力。基于稀土的上述特性，稀土被用于制备隔热保温材料。但是稀土金属很少能富集到可以开采的程度，能够利用的程度不高，而且获得的成本较高，不利于低成本、产业化发展，寻求其他的制备原料成为必然。

随着经济发展，矿产资源大量开发利用，矿石日益贫乏，作为第二次资源的尾矿越来越受到国际重视。目前我国的尾矿利用率不超过10%，大量尾矿被闲置，不仅占用了大量的土地，而且给人类生活环境带来了严重的污染和危害。随着环境意识和变废为宝的循环意识的增强，废料、尾矿等成为保温材料制备的研究对象。

目前，有以铁尾矿和天然原料页岩为主要原料，添加增韧剂、助溶剂和发泡剂制成的保温材料及其方法，也有以粉煤灰和铁尾矿制成的保温隔热材料，等等，但是都存在传热不均匀，易开裂和脱落，铁矿利用率不高、密封性能差等缺点，而且保温节能效果不佳且需要经常维护，增加了使用成本。

为解决上述工业尾矿利用率低、保温性能不佳等技术问题，一般利用铁尾矿采用微波煅烧制成多孔保温材料，利用这样制得的多孔结构进行隔热保温。其制备过程中需要添加发泡剂、助溶剂和稳泡剂等，并通过微波煅烧，降温而得。因为通过煅烧可以产生气体起到发泡作用，助溶剂和稳泡剂的加入又可以降低煅烧温度，增加发泡温度范围，同时增大发泡概率。若用微波加热，可以进一步使得加热均匀，提高保温材料的质量。但是该保温材料在制备过程中需要加热，且加热是至关重要、不可或缺的一环，这使得制备成本高，而且需要控制发泡效果，其操作复杂，质量控制也较困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种不需加热、将工业尾矿变废为宝且保温效果显著的耐高温隔热保温材料。

本发明的另一目的在于提供一种工艺简单，成本低，易于操作和控制的利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料，包括如下重量百分比的组分：

以及，一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料的制备方法，包括以下制备步骤：

按照上述耐高温隔热保温材料的配方称取各组分；

将所述称取各组分进行混料处理，获得稠状混合物料；

将所述稠状混合物料密封保存。

上述耐高温隔热保温材料以工业尾矿为基体材料，与石棉绒和珍珠岩混合，能将石棉绒的防火性能与珍珠岩的保温性能结合在一起，使两者配合工业尾矿共同协同作用，并可通过固化体系和渗透剂混合为稠状后密封备用即可，不需额外加热，使得制成的隔热保温材料具有导热系数低，不易开裂和脱落，密封性能好等优点。用于异形高温管道、设备和窑炉时，该保温材料的保温节能效果更佳，可涂刮使用，无需养护。施工方面，特别是能够实现工业尾矿的资源化利用，使得生产成本显著降低。

上述耐高温隔热保温材料的制备方法只需按配方将各组分混合成稠状即可得到产品，其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，无需特殊或复杂设备，成本低廉，适于工业化生产。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料，包括如下重量百分比的组分：

具体地，工业尾矿是本领域技术人员所熟知的被归为“工业尾矿”的物质，是指金属或非金属矿山开采出的矿石，经选矿厂选出有价值的精矿后排放的“废渣”。这些尾矿由于数量大，含有暂时不能处理的有用或有害成分，随意排放，将会造成资源流失，大面积覆没农田或淤塞河道，污染环境。本发明对于尾矿的选择中，优选铁尾矿和/或铜尾矿，因为这类尾矿存量较大，容易获得，且金属富集程度较高，一定程度上可增强保温材料的稳固性和强度，且利于珍珠岩和石棉绒填充其中，发挥保温隔热协同作用。在优选实施例中，所述工业尾矿的重量百分比为30-40%，这样使得各组分的配比更加优化，起到很好的配合效果。

上述珍珠岩经受热膨胀成为一种轻质、多功能新型材料，具有表观密度轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广，且无毒、无味、防火等特点，可以增加材料的保温性能。上述石棉绒是一种天然纤维状的硅质矿物，是一种被广泛应用于建材防火板的硅酸盐类矿物纤维，也是唯一的天然矿物纤维，它具有良好的抗拉强度和良好的隔热性与防腐蚀性，不易燃烧，本发明加入适量石棉绒增加了材料的防火性能。在以工业尾矿为基体材料的基础上，珍珠岩和石棉绒嵌入基体材料中，发生协同作用，并配合工业尾矿中各种元素如铅、铜、镍等共同形成一个坚固结实的耐高温隔热保温壁垒，取得了良好的隔热保温效果。这不同于现有的利用工业尾矿制成多孔结构，需发泡制成的保温材料，其不需添加发泡剂等加热形成多孔结构，也不需要稀土金属的添加即可实现。

上述膨润土主要是为了增加材料的初始粘接强度、物理调和性和表观性能，在涂刷后不易脱落，固化后不易龟裂。它能较好地与珍珠岩和石棉绒混合，增加它们之间以及与基体材料之间的相互粘结性，以增强保温材料的耐用性能。

上述固化体系可以使得隔热保温材料的各组分混合后，在室温下风干硬化，也可以在高温下烘烤硬化，无须特别养护成型即可形成一体的保温层。这样进一步加强了本发明隔热保温材料的强度、稳固等性能，且保证了良好的隔热保温效果。在优选方案中，所述固化体系包括水玻璃和三聚磷酸铝，并按照一定比例配置成固化体系。其中，水玻璃包括钠水玻璃和钾水玻璃，即有效成分为硅酸钠和硅酸钾，可以选取硅酸钠和硅酸钾中的至少一种与三聚磷酸铝进行配合，形成固化体系，所述硅酸钠和/或硅酸钾：三聚磷酸铝的重量比为12-17：3-5，具体例如：13：4，12：4.5等。这样的固化体系可以将上述石棉绒、珍珠岩和工业尾矿等混合形成物良好固化，形成稳固的隔热保温材料，具体是将这样配比形成的固化体系涂覆在管道、设备、墙体表面（厚度可根据情况而定），涂覆施工完毕之后，不仅可以在室温下风干硬化，也可以在高温下烘烤硬化，无须特别养护成型即可形成一体的保温层。

上述渗透剂作为表面活性剂，能够帮助需要渗透的物质渗透到需要被渗透物质的化学品。在本发明中，通过添加少量的渗透剂，可以使得除基体材料之外的组分渗透入基体材料，与基体材料形成一个整体，使得各组分之间更加稳定地结合在一起，保证隔热保温效果。在优选实施例中，所述渗透剂是通式为R-O-(CH₂CH₂O)_n-H的脂肪醇聚氧乙烯醚，其中R为饱和的或不饱和的C7～9的烃基，n=5。这样的渗透剂可以更好地满足本发明保温材料体系的需求。

在上述各组分混合过程中，需要添加适量的水使得混合物料呈稠状，太干燥或稀释，都不利于涂覆，一般加入的水的重量百分比为10-20%。

综上所述，将工业尾矿与石棉绒、珍珠岩混合，实现了第一道耐高温隔热保温层，又将固化体系和渗透剂掺入其中，与工业尾矿紧密结合，形成第二道耐高温隔热保温层，再将膨润土加入其中，进一步增强材料的强度、粘结度等性能，形成第三道耐高温隔热保温层。层层隔热保温保证，不需要常规的发泡剂等制成的多孔保温结构即可实现显著的隔热保温效果，且无需后续维护，使用方便，取材容易，成本低廉。

相应地，本发明实施例还提供了一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料的制备方法，包括以下制备步骤：

S01、按照上述耐高温隔热保温材料的配方称取各组分；

S02、将所述称取各组分进行混料处理，获得稠状混合物料；

S03、将所述稠状混合物料密封保存。

具体地，在S01步骤中，根据上述耐高温隔热保温材料的配方称取各组分，例如按照上述工业尾矿、珍珠岩、石棉绒、膨润土、固化体系和渗透剂的重量百分比称取。

上述步骤S02中，各组分进行混料处理的时间可以根据实际生产条件进行灵活的调整，只要各组分预混充分即可，其中控制水分的添加，使得混合物料形成适宜涂覆的稠状，使得保温材料易于涂覆在所需要涂覆的地方，形成良好的固化和稳定材料层。在优选实施例中，先将上述称取的石棉绒用水浸泡润湿，再加入上述称取的工业尾矿、珍珠岩、膨润土和渗透剂搅拌均匀，最后加入上述称取的固化体系混合均匀，混合过程中加水保持混合物料为稠状。在更优的实施例中，所述石棉绒用水浸泡的步骤中，浸泡时间至少5h，这样使得石棉绒浸泡彻底，润湿程度适宜。

上述S03中，可以将混合后的物料分袋密封保存。

上述耐高温隔热保温材料的制备方法只需按配方将各组分混合，加入适量的水分调成稠状即可，而且加热不是必要手段，整个制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，无需特殊或复杂设备，成本低廉，适于工业化生产。

现以具体的利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料及其制备方法为例，对本发明进行进一步详细说明，以下含量均为重量百分比（wt%）。

实施例1

一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料，包括工业尾矿40%、珍珠岩5%、石棉绒10%、膨润土14%、硅酸钾16%、三聚磷酸铝4%、渗透剂1%和清水10%。

制备步骤为：

第一步：按上述质量比称取各原料；

第二步：先将石棉绒用清水浸泡5小时以上，加入工业尾矿、珍珠岩、膨润土和渗透剂搅拌均匀，最后加入钾水玻璃和三聚磷酸铝混合均匀，过程中加适量水保持稠状。

第三步：装袋密封保存。

经检测，80℃固化后所得产品性能为：1）密度697Kg/m³；2）24h后抗压强度1.52Mpa；3）固化时间5.5h；4）导热系数0.113W/m；5）固化后无裂纹，粘接牢靠。

实施例2

一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料，包括工业尾矿45%、珍珠岩5%、石棉绒14%、膨润土10%、硅酸钠10%、三聚磷酸铝5%、渗透剂1%和清水10%。

制备步骤为：

第一步：按上述质量比称取各原料；

第二步：先将石棉绒用清水浸泡5小时以上，加入工业尾矿、珍珠岩、膨润土和渗透剂搅拌均匀，最后加入钾水玻璃和三聚磷酸铝混合均匀，过程中加适量水保持稠状。

第三步：装袋密封保存。

经检测，常温固化后所得产品性能为，1）密度655Kg/m³；2）24h后抗压强度1.39Mpa；3）固化时间7h；4）导热系数0.106W/m；5）固化后无裂纹，粘接牢靠。

实施例3

一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料，包括工业尾矿31%、珍珠岩7%、石棉绒12%、膨润土13%、硅酸钠和硅酸钾总和15%、三聚磷酸铝3%、渗透剂1%和清水18%。

制备步骤为：

第一步：按上述质量比称取各原料；

第二步：先将石棉绒用清水浸泡5小时以上，加入工业尾矿、珍珠岩、膨润土和渗透剂搅拌均匀，最后加入钾水玻璃和三聚磷酸铝混合均匀，过程中加适量水保持稠状。

第三步：装袋密封保存。

经检测，80℃固化后所得产品性能为，1）密度657Kg/m³；2）24h后抗压强度1.46Mpa；3）固化时间5.5h；4）导热系数0.120W/m；5）固化后无裂纹，粘接牢靠。

实施例4

一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料，包括工业尾矿31%、珍珠岩7%、石棉绒12%、膨润土13%、硅酸钠和硅酸钾总和15%、三聚磷酸铝3%、渗透剂1%和清水18%。

制备步骤为：

第一步：按上述质量比称取各原料；

第二步：先将石棉绒用清水浸泡5小时以上，加入工业尾矿、珍珠岩、膨润土和渗透剂搅拌均匀，最后加入钾水玻璃和三聚磷酸铝混合均匀，过程中加适量水保持稠状。

第三步：装袋密封保存。

经检测，80℃固化后所得产品性能为，1）密度657Kg/m³；2）24h后抗压强度1.36Mpa；3）固化时间7.5h；4）导热系数0.121W/m；5）固化后无裂纹，粘接牢靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：

其中，所述固化体系包括硅酸钠和/或硅酸钾以及三聚磷酸铝。

2.如权利要求1所述的耐高温隔热保温材料，其特征在于，所述硅酸钠和/或硅酸钾：三聚磷酸铝的重量比为12-17：3-5。

3.如权利要求1所述的耐高温隔热保温材料，其特征在于，所述工业尾矿为铁尾矿、铜尾矿的至少一种。

4.如权利要求1所述的耐高温隔热保温材料，其特征在于，所述渗透剂是通式为R-O-(CH₂CH₂O)_n-H的脂肪醇聚氧乙烯醚，其中R为饱和的或不饱和的C7～9的烃基，n＝5。

5.如权利要求1-4任一项所述的耐高温隔热保温材料，其特征在于，所述工业尾矿的重量百分比为30-40％。

6.一种利用工业尾矿的耐高温隔热保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

按照权利要求1-5任一项所述的耐高温隔热保温材料的配方称取各组分；

将所述称取各组分进行混料处理，获得稠状混合物料；

将所述稠状混合物料密封保存。

7.如权利要求6所述的耐高温隔热保温材料的制备方法，其特征在于，在所述混料处理步骤中，先将所述石棉绒用水浸泡润湿，再加入所述工业尾矿、珍珠岩、膨润土和渗透剂搅拌均匀，最后加入所述固化体系混合均匀，混合过程中加水保持混合物料为稠状。

8.如权利要求7所述的耐高温隔热保温材料的制备方法，其特征在于，所述石棉绒用水浸泡的步骤中，浸泡时间至少5h。