CN105272342B - 发泡陶瓷隔热保温板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发泡陶瓷隔热保温板及其制备方法，包括如下重量百分比的原料：废弃钻井泥料30％‑60％、硅质原料10％‑30％、粘土1％‑10％、高温熔剂10％‑30％、发泡剂0.05％‑10％；其中，废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量分数之和为100％，发泡剂为占废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量之和的0.05％‑10％。本发明发泡陶瓷隔热保温板及其制备方法，具有轻质高强、隔热保温性能优异的特点，制造成本低廉。对提高现有建筑隔热保温材料的质量，在建筑保温材料防火性能、建筑节能和成本上具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种废弃钻井液回收利用的方法，尤其涉及一种发泡陶瓷隔热保温板及其制备方法，属于绿色建筑材料和建筑节能领域。
技术背景
废弃钻井液的产生是油田在钻井时为了润滑和冷却钻头以及平衡井下产生的压力而形成的以粘土-膨润土为主要组成同时并添加各种化学有机物的似于泥状物质。现代石油勘探开发已经具有百余年历史，因此废弃钻井液也存在了大约一个多世纪的时间。以我国大庆油田为例，因为石油的不断开采，大庆油田每年约需打各种类的生产井、探井和检查井2000口左右，每口新钻井产生的废弃不用的钻井液大约70-100m3，全年总共约产生4×l04m3的废弃钻井液。因为废弃钻井液散布在各个钻井点，具有分散性的特性；同时，不象污油和污水更容易直观察觉，具有一定的隐蔽性，因此废弃钻井液的污染防治和综合治理一直没有引起人们的足够重视，人类对废钻井液的再利用技术研究进展缓慢。
目前，国内外学者开展了废弃钻井液的处理技术研究，主要方法有直接排放法或直接填埋法、坑内密封法、土地耕作法、生物降解法、注入安全地层或井眼环形空间、固化法。以上一般的研究普遍都存在着二次污染问题，即使通过各种添加剂的控制，但是由于不能从技术根本上解决处理废弃钻井液带来的二次环境污染问题。利用油田废弃钻井泥料开发建材制品的研究较少。中国发明专利《钻井泥浆制烧结砖的生产方法》(CN101081729)以钻井泥浆为主要原料制备烧结砖的生产方法。《废弃钻井液制备陶瓷滤料及其吸附染料污染物的研究》一文介绍了废弃钻井液为主要原料制备陶瓷滤料的方法(王眉山，武汉理工大学图书馆，2012)。
发泡陶瓷一般以抛光瓷渣、赤泥和铁矿尾矿等固体废物作为主要原料，引入适量无机或有机发泡剂，采用先进的生产工艺经高温焙烧而成的多孔陶瓷材料。其独特的孔隙结构使发泡陶瓷具有很好的隔热保温性能。用于建筑外墙保温，建筑自保温冷热桥处理，防火隔离带等。中国发明专利《一种采用抛光砖为主料制成的发泡陶瓷及其制备方法》(CN102295471A)以抛光瓷渣为主要原料，添加一定量的掺合料等制备了发泡陶瓷隔热保温板。《Characterization of cellular ceramics made by porcelain tile residues》一文介绍了利用建筑抛光砖原料为基础料，SiC作为发泡剂，在1200℃烧成制备高温发泡陶瓷的方法(Adriano Michael Bernardin etc，Materials Science and Engineering，2006：222-225)。中国发明专利《陶瓷质保温材料及其生产方法》(CN102070330A)采用硅质页岩、铁矿尾矿、云母、石英砂、工业炉渣、发泡剂，经混合球磨、加水搅拌、烘干、1190℃烧成等步骤制备了发泡陶瓷，实现了铁尾矿、工业炉渣和废玻璃的减量化与资源化利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种发泡陶瓷隔热保温板及其制备方法，具有轻质高强、隔热保温性能优异的特点，制造成本低廉。
本发明所述的一种发泡陶瓷隔热保温板，包括如下重量百分比的原料：
废弃钻井泥料30％-60％、硅质原料10％-30％、粘土1％-10％、高温熔剂10％-30％、发泡剂0.05％-10％；
其中，废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量分数之和为100％，发泡剂为占废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量之和的0.05％-10％。
所述的废弃钻井泥料化学成分质量组成为：氧化硅50-70％、氧化铝10-20％、氧化钙5-10％、氧化铁1-5％、氧化钡0-3％和钾、钠和镁小于3％。
原料混合后经高温发泡膨化而成。
硅质原料是石英或硅藻土以任意比混合。
粘土是星子高岭土或膨润土以任意比混合。
高温熔剂是生滑石、钾长石或钠长石以任意比混合。
发泡剂是碳酸钙或碳化硅以任意比混合。
发泡陶瓷隔热保温板的制备方法，步骤如下：
1)原料混合：称料废弃钻井泥料30％-60％、硅质原料10％-30％、粘土1％-10％、高温熔剂10％-30％、发泡剂0.05％-10％，混料1-3h，制得混合坯料；
其中，废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量分数之和为100％，发泡剂占废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量之和的0.05％-10％。
2)装填匣钵：将混合后的坯料均匀的装填入匣钵；
4)素坯烧成：将匣钵经1100-1250℃烧成，最高烧成温度点保温60-120min烧成；
5)毛坯脱模：把匣钵内的半成品即发泡陶瓷毛坯取出，放置发泡陶瓷毛坯区域，待加工；
6)毛坯切割：将发泡陶瓷毛坯，切割成规整形状，即制得发泡陶瓷隔热保温板成品。
步骤(2)中，在耐高温的凹形匣钵底部与四周铺盖一层耐火纸。
原料处理：(1)将废弃钻井液、硅质原料、粘土、高温熔剂和发泡剂干燥至含水率至3-5％；(2)将废弃钻井泥料、硅质原料、粘土、高温熔剂和发泡剂五种原料分别破碎，过200-320目筛，得到五种粉料，备用。
本发明的发泡陶瓷的抗压强度≥2MPa，热导系数≤0.045W/(m﹒K)，体积密度≤350Kg/m3，闭气孔率≥80％，具有轻质高强、隔热保温性能优异的特点，克服了有机泡沫保温材料怕明火，易老化的致命弱点，解决墙体保温材料易燃烧的性能缺陷。满足建筑外墙外保温系统对隔热保温材料的要求。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.成本较低。由于废弃钻井泥料是一种固体废弃物，资源丰富，价格低廉，以及发泡陶瓷制备过程中无需成型，并且烧成温度较低，本发明比使用抛光砖和陶瓷废弃料制备发泡陶瓷在制造成本上节约30％以上。
2.隔热保温性能较好。本发明制造的发泡陶瓷对其化学组成和烧成制度进行了精心的设计，有效的控制了发泡陶瓷气孔孔径的大小和均匀性，使之实现了制品的热导系数小于0.045K/(m﹒K)，克服了其它种类的无机保温隔热材料导热系数较高，隔热保温性能较差的缺点。
3.本发明对提高现有建筑隔热保温材料的质量，在建筑保温材料防火性能、建筑节能和成本上具有重要意义。
具体实施方式
下面结合实施例进一步对本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
下列实施例中，所述的废弃钻井泥料化学成分质量组成为：氧化硅50-70％、氧化铝10-20％、氧化钙5-10％、氧化铁1-5％、氧化钡0-3％和的钾、钠和镁小于3％。
实施例1
本实施例所述的一种发泡陶瓷隔热保温板的制备方法，包括如下步骤：
1)原料处理：
采用微波干燥器将废弃钻井液、硅质原料、粘土、高温熔剂和发泡剂干燥至含水率为3％；
将废弃钻井泥料、硅质原料、粘土、高温熔剂和发泡剂等五种原料分别用对辊式破碎机和球磨机破碎，过200目筛，得到五种粉料，备用。
其中，硅质原料为石英；粘土为星子高岭土；高温熔剂为钾长石和钠长石；发泡剂为碳化硅。
2)原料混合：按各原料所占重量百分数为：废弃钻井泥料50％、硅质原料15％、粘土5％、钾长石15％、钠长石15％、发泡剂0.05％称料，用球磨机混料1h，制得混合坯料；
其中，废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量分数之和为100％，发泡剂占废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量之和的0.05％。
3)装填匣钵：在耐高温的凹形匣钵底部与四周铺盖一层耐火纸，将混合后的坯料均匀的装填入匣钵；
4)素坯烧成：将匣钵放入辊道窑内，经最高烧成温度1100℃保温60min烧成；
5)毛坯脱模：把匣钵内的半成品即发泡陶瓷毛坯取出，放置发泡陶瓷毛坯区域，待加工；
6)毛坯切割：采用自动切割机将发泡陶瓷毛坯，切割成规整形状，即制得发泡陶瓷隔热保温板成品。
表1实施例1中原料的化学组成的质量百分比(％)。
表1实施例1中原料的化学组成的质量百分比(％)
经测试，本发明的发泡陶瓷隔热保温板体积密度≤350Kg/m3，抗压强度≥2.5MPa，热导系数≤0.045W/(m﹒K)。具有轻质高强、隔热保温性能优异的特点，满足构筑节能建筑外装饰隔热墙体的要求。
实施例2
本实施例所述的一种发泡陶瓷隔热保温板的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料处理：
采用热鼓风干燥器将废弃钻井液、硅质原料、粘土、高温熔剂和发泡剂干燥至含水率为5％；将废弃钻井泥料、硅质原料、粘土、高温熔剂和发泡剂等五种原料分别用对辊式破碎机和球磨机破碎，过320目筛，得到五种粉料，备用。
硅质原料为硅藻土；粘土为膨润土；高温熔剂为钾长石和生滑石；发泡剂为碳酸钙。
2)原料混合：按各原料所占重量百分数为：废弃钻井泥料40％、硅质原料25％、粘土5％、钾长石25％、生滑石5％、发泡剂外加10％称料，用球磨机混料3h，制得混合坯料；
其中，废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量分数之和为100％，发泡剂占废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量之和的10％。
3)装填匣钵：在耐高温的凹形匣钵底部与四周铺盖一层耐火纸，将混合后的坯料均匀的装填入匣钵；
4)素坯烧成：将匣钵放入梭式窑内，经最高烧成温度1250℃点保温120min烧成；
5)毛坯脱模：把匣钵内的半成品即发泡陶瓷毛坯取出，放置发泡陶瓷毛坯区域，待加工；
6)毛坯切割：采用自动切割机将发泡陶瓷毛坯，切割成规整形状，即制得发泡陶瓷隔热保温板成品。
表2实施例2中原料的化学组成的质量百分比(％)。
表2实施例2中原料的化学组成的质量百分比(％)
经测试，本发明的发泡陶瓷隔热保温板体积密度≤300Kg/m3，抗压强度≥2MPa，热导系数≤0.04W/(m﹒K)。具有轻质高强、隔热保温性能优异的特点，满足构筑节能建筑外装饰隔热墙体的要求。
实施例3
本实施例所述的一种发泡陶瓷隔热保温板的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料处理：
采用热鼓风干燥器将废弃钻井液、硅质原料、粘土、高温熔剂和发泡剂干燥至含水率为5％；将废弃钻井泥料、硅质原料、粘土、高温熔剂和发泡剂等五种原料分别用对辊式破碎机和球磨机破碎，过270目筛，得到五种粉料，备用。
硅质原料为硅藻土；粘土为膨润土；高温熔剂为钠长石和生滑石；发泡剂为碳酸钙与碳化硅。
2)原料混合：按各原料所占重量百分数为：废弃钻井泥料45％、硅质原料20％、粘土5％、钠长石15％、生滑石15％、发泡剂碳酸钙2.5％、碳化硅2.5％称料，用球磨机混料3h，制得混合坯料；
其中，废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量分数之和为100％，发泡剂占废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量之和的5％。
3)装填匣钵：在耐高温的凹形匣钵底部与四周铺盖一层耐火纸，将混合后的坯料均匀的装填入匣钵；
4)素坯烧成：将匣钵放入梭式窑内，经最高烧成温度1180℃点保温80min烧成；
5)毛坯脱模：把匣钵内的半成品即发泡陶瓷毛坯取出，放置发泡陶瓷毛坯区域，待加工；
6)毛坯切割：采用自动切割机将发泡陶瓷毛坯，切割成规整形状，即制得发泡陶瓷隔热保温板成品。
表3实施例3中原料的化学组成的质量百分比(％)。
表3实施例3中原料的化学组成的质量百分比(％)
经测试，本发明的发泡陶瓷隔热保温板体积密度≤330Kg/m3，抗压强度≥2.4MPa，热导系数≤0.042W/(m﹒K)。具有轻质高强、隔热保温性能优异的特点，满足构筑节能建筑外装饰隔热墙体的要求。
Claims (5)
1.一种发泡陶瓷隔热保温板，其特征是，包括如下重量百分比的原料：
废弃钻井泥料30％～60％、硅质原料10％～30％、粘土1％～10％、高温熔剂10％～30％、发泡剂0.05％～10％；
其中，废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量分数之和为100％，发泡剂占废弃钻井泥料、硅质原料、粘土和高温熔剂的质量之和的0.05％～10％；
所述的废弃钻井泥料化学成分质量组成为：氧化硅50～70％、氧化铝10～20％、氧化钙5～10％、氧化铁1～5％、氧化钡0～3％和钾、钠和镁小于3％；
高温熔剂是生滑石、钾长石或钠长石以任意比混合；
发泡剂是碳酸钙或碳化硅以任意比混合；
硅质原料是石英或硅藻土以任意比混合；
粘土是星子高岭土或膨润土以任意比混合。
2.根据权利要求1所述的发泡陶瓷隔热保温板，其特征是，原料混合后经高温发泡膨化而成。
3.一种权利要求1所述的发泡陶瓷隔热保温板的制备方法，其特征是，步骤如下：
1)原料混合：称料各原料；
2)装填匣钵：将混合后的坯料均匀的装填入匣钵；
4)素坯烧成：将匣钵经1100～1250℃烧成，最高烧成温度点保温60～120min烧成；
5)毛坯脱模：把匣钵内的半成品即发泡陶瓷毛坯取出，放置发泡陶瓷毛坯区域，待加工；
6)毛坯切割：将发泡陶瓷毛坯，切割成规整形状，即制得发泡陶瓷隔热保温板成品。
4.根据权利要求3所述的发泡陶瓷隔热保温板的制备方法，其特征于：步骤(2)中，在耐高温的凹形匣钵底部与四周铺盖一层耐火纸。
5.根据权利要求3所述的发泡陶瓷隔热保温板的制备方法，其特征是，原料处理：(1)将废弃钻井液、硅质原料、粘土、高温熔剂和发泡剂干燥至含水率至3～5％；(2)将废弃钻井泥料、硅质原料、粘土、高温熔剂和发泡剂五种原料分别破碎，过200-320目筛，得到五种粉料，备用。
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