CN106146024A - 一种玄武岩多孔保温材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种玄武岩多孔保温材料的制备方法，将玄武岩，屏玻璃，碳酸钙，碳化硅，氧化锰，碳酸镁和硅酸钠球磨得配合料；然后将配合料装入模具中，升温发泡、降温退火至室温得到玄武岩多孔保温材料；本发明不但有利于废物利用，保护环境，而且制备高强度多孔材料发泡温度低，直接以玄武岩为主要原料，制备工艺简单，制得的多孔保温材料结构强度高、吸水率低、密度小、导热系数低；本发明可以有效地降低发泡多孔材料的生产成本，保护环境，变废为宝，具有明显的经济效益和环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔保温材料的制造方法，特别涉及一种利用玄武岩制备多孔保温材料的制备方法。
背景技术
玄武岩是在开采、分选矿石之后排放的、且暂时不能被利用的固体或粉状废料，包括玄武岩尾矿和选厂尾矿，其中矿山尾矿包括己经开采出的伴生围岩和中途剔除的低品位矿石；选厂尾矿包括采用一定工艺，机械洗选矿石之后排放的矿物废料(尾矿)，这些尾矿用管道输送至尾矿库存放。为此，大量农田和林地被占用，生态收到破坏，难以恢复。
我国玄武岩矿中的化学成分主要包括：二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁和氧化钾等，这些氧化物的总量占整个玄武岩矿氧化物成分的96wt％以上，以上成分大多数为制备建筑用多孔保温玻璃材料(泡沫玻璃)时可以利用的氧化物。
据调查，目前建筑保温材料主要有以下几种，各有不同的优缺点：
(1)有机保温材料：典型代表为聚苯乙烯泡沫保温板(XPS)，市场占有量逐渐减少，其主要优点是表观密度小，导热系数小隔音效果好，但是热稳定性差，易燃且释放有毒气体，如央视大火、上海大火等事故都与易燃保温材料有关。
(2)改性保温材料：典型代表改性酌醒或硬泡聚氨醋，市场占有率逐年增加，主要优点是密度小，导热系数小，吸水率小，防火性能略有改善，但热稳定性较差，燃烧试验体积变形甚至产生熔滴，易释放有毒气体(CO)，不利推广。
(3)无机保温材料：典型代表为岩棉或发泡水泥保温材料，市场占有率较小，主要优点无毒无害，防火性能好，耐候性好，价格便宜，但是导热系数高，保温效果差，吸水率高，质量重，不易施工。目前新兴的泡沫玻璃保温材料能够有效的解决这些缺点，不仅很好的满足了保温隔热、防火的要求，而且密度小，质量轻，易于施工。
专利CN104177120 A提供了一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备方法，将预处理过的粉煤灰、废玻璃粉、粘士、水和增稠剂加入球磨机中混料，加入发泡剂发泡，注浆，脱模干燥，烧结，防水处理制得多孔保温材料。以这种方法制备多孔保温材料，可以变废为宝，保护环境，但制品强度较低。专利CN101638918 A提供了一种以铁尾矿和天然原料页岩为主要原料，添加增韧剂，助溶剂和发泡剂利用传统窑炉烧结工艺制备保温材料的方法，专利CN102167618A提供了一种粉煤灰一铁尾矿基多孔保温材料及其制备方法，它由粉状固体废弃物、粘结剂、助熔增韧剂和复合发泡剂混合而成，但其均存在着传热不均匀、发泡气孔尺寸分布差异大，密度高，保温性能差的问题，难以实现工业化生产；铁尾矿使用量所占的比例低，仅达到10-40％，尚需使用其他天然原料如页岩等，铁尾矿利用率低，不利于铁尾矿的大量、规模化利用。专利CN102515828 A提供了一种利用铁矿围岩和铁尾矿制备多孔保温材料的制备方法，将铁尾矿粉、铁矿围岩粉、发泡剂、助溶剂、稳泡剂混合均匀后加水混磨成料浆微波假烧、降温制得保温材料。该方法制得的多孔保温材料密度大，尾矿粒度要小于100μm，操作难度大，不易工厂化生产。
专利CN104355546A提供了一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料制备泡沫玻璃的方法，将分别得到的玄武岩玻璃熟料粉和CRT屏玻璃粉研磨混合，并将发泡剂、添加剂按比例混合，经装模、烧成、退火工序得到泡沫玻璃，所得泡沫玻璃密度小、强度高、孔隙率高，可作为保温与隔音材料来应用，但是该方法制备的泡沫玻璃需要先将玄武岩矿粉与少量石英、纯碱混合，在1450-1520℃熔融后水淬，经干燥、球磨得到玄武岩破璃熟料粉，才能与其他原料混合制得泡沫玻璃，原料所需粒度小，工序复杂，能耗高，不适于工厂化生产。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种利用玄武岩生产多孔保温材料的方法；本发明制备多孔保温材料发泡温度较低，工艺简单；按照本发明制备方法制得的保温材料机械强度高，气孔均匀，吸水率低、导热系数小，保温隔热效果良好，质量轻，施工方便。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)首先，将玄武岩破碎成小于2mm的玄武岩颗粒，然后，将去除电子枪后的废阴极射线管的玻璃表面进行清洗，并去除荧光涂层和栅网，分拣出屏玻璃破碎成小于2mm的屏玻璃颗粒；
2)然后，按质量分数将65～95％的玄武岩颗粒，0～30％的屏玻璃颗粒，0.5～2％的碳酸钙，0.5～2％的碳化硅，0.01～3％的氧化锰，0.5～8％的碳酸镁和0.01～15％的硅酸钠放入球磨机中球磨至150目得混合均匀的配合料；
3)最后，将混合均匀的配合料装入模具中，以8℃/分钟的升温速率从室温升至600℃并保温20～60分钟；再以5～8℃/分钟的升温速率自600℃升至1000～1150℃并保温20～40分钟进行发泡后，以20℃/分钟的冷却速率将其冷却至650℃，并保温20～60分钟；再以1℃/分钟的速率降温退火至室温即得到玄武岩多孔保温材料。
所述的步骤1)的破碎采用鄂式破碎机。
所述的碳酸钙，碳化硅，二氧化锰由化学纯的CaCO3，SiC，MnO2引入，粒度大于600目标准筛。
所述的碳酸镁，硅酸钠，由化学纯的MgCO3，Na2SiO4引入，粒度大于200目标准筛。
所述的模具为莫来石，使用时表面铺耐火度大于1300℃的陶瓷纤维纸。
本发明所用玄武岩中玻璃相SiO2含量较高，属于硅酸盐材料，适合生产高强度的多孔绝热材料。同时，玄武岩自身铁在加入所选择的添加剂后，在高温发泡后试样自然显示为黑色，复合保温材料的颜色要求。通过添加一定量的废弃屏玻璃大大改善了玄武岩发泡的均匀性，并通过所加添加剂增强了退火过程中结晶相的生成。本发明所制得的多孔保温材料，其内部存在大量的封闭气孔，几乎不存在连通气孔，在这些气孔中，被包裹的气体不产生对流，减少了温度的传导、辐射、扩散，热能在气孔中逐渐减弱，达到隔热、保温、防潮和隔音的效果，可作为墙体、管道、隧道工程等的保温与防潮材料来应用。
本发明不但有利于废物利用，保护环境，而且制备高强度多孔材料发泡温度低，直接以玄武岩为主要原料，制备工艺简单，制得的多孔保温材料结构强度高、吸水率低、密度小、导热系数低。本发明可以有效地降低发泡多孔材料的生产成本，保护环境，变废为宝，具有明显的经济效益和环保效益。
具体实施方式
实施例1：
1)首先，将玄武岩采用鄂式破碎机破碎成小于2mm的玄武岩颗粒，然后，将去除电子枪后的废阴极射线管的玻璃表面进行清洗，并去除荧光涂层和栅网，分拣出屏玻璃破碎成小于2mm的屏玻璃颗粒；
2)然后，按质量分数将65％的玄武岩颗粒，25％的屏玻璃颗粒，1％的碳酸钙，1.5％的碳化硅，2％的氧化锰，0.5％的碳酸镁和5％的硅酸钠放入球磨机中球磨至150目得混合均匀的配合料；
3)最后，将混合均匀的配合料装入模具中，以8℃/分钟的升温速率从室温升至600℃并保温20分钟；再:5℃/分钟的升温速率自600℃升至1080℃并保温35分钟进行发泡后，以20℃/分钟的冷却速率将其冷却至650℃，并保温30分钟；再以1℃/分钟的速率降温退火至室温即得到玄武岩多孔保温材料。
测试相关性能为：表观密度：0.25g/cm3；平均泡径：1.2mm；吸水率：0.3％；抗折强度：3.8Mpa。
实施例2：
1)首先，将玄武岩采用鄂式破碎机破碎成小于2mm的玄武岩颗粒，然后，将去除电子枪后的废阴极射线管的玻璃表面进行清洗，并去除荧光涂层和栅网，分拣出屏玻璃破碎成小于2mm的屏玻璃颗粒；
2)然后，按质量分数将75％的玄武岩颗粒，15％的屏玻璃颗粒，1.5％的碳酸钙，1％的碳化硅，0.5％的氧化锰，1.5％的碳酸镁和5.5％的硅酸钠放入球磨机中球磨至150目得混合均匀的配合料；
3)最后，将混合均匀的配合料装入模具中，以8℃/分钟的升温速率从室温升至600℃并保温30分钟；再以6℃/分钟的升温速率自600℃升至1100℃并保温25分钟进行发泡后，以20℃/分钟的冷却速率将其冷却至650℃，并保温20分钟；再以1℃/分钟的速率降温退火至室温即得到玄武岩多孔保温材料。
测试相关性能为：表观密度：0.2g/cm3；平均泡径：2.3mm；吸水率：0.4％；抗折强度：2.8Mpa。
实施例3：
1)首先，将玄武岩采用鄂式破碎机破碎成小于2mm的玄武岩颗粒，然后，将去除电子枪后的废阴极射线管的玻璃表面进行清洗，并去除荧光涂层和栅网，分拣出屏玻璃破碎成小于2mm的屏玻璃颗粒；
2)然后，按质量分数将85％的玄武岩颗粒，10％的屏玻璃颗粒，0.5％的碳酸钙，0.5％的碳化硅，0.05％的氧化锰，2％的碳酸镁和1.95％的硅酸钠放入球磨机中球磨至150目得混合均匀的配合料；
3)最后，将混合均匀的配合料装入模具中，以8℃/分钟的升温速率从室温升至600℃并保温40分钟；再以6℃/分钟的升温速率自600℃升至1150℃并保温20分钟进行发泡后，以20℃/分钟的冷却速率将其冷却至650℃，并保温40分钟；再以1℃/分钟的速率降温退火至室温即得到玄武岩多孔保温材料。
测试相关性能为：表观密度：0.15g/cm3；平均泡径：1.8mm；吸水率：0.35％；抗折强度：3.2Mpa。
实施例4：
1)首先，将玄武岩采用鄂式破碎机破碎成小于2mm的玄武岩颗粒；
2)然后，按质量分数将90％的玄武岩颗粒，2％的碳酸钙，2％的碳化硅，3％的氧化锰，2.99％的碳酸镁和0.01％的硅酸钠放入球磨机中球磨至150目得混合均匀的配合料；
3)最后，将混合均匀的配合料装入模具中，以8℃/分钟的升温速率从室温升至600℃并保温50分钟；再以7℃/分钟的升温速率自600℃升至1000℃并保温30分钟进行发泡后，以20℃/分钟的冷却速率将其冷却至650℃，并保温50分钟；再以1℃/分钟的速率降温退火至室温即得到玄武岩多孔保温材料。
实施例5：1)首先，将玄武岩采用鄂式破碎机破碎成小于2mm的玄武岩颗粒，然后，将去除电子枪后的废阴极射线管的玻璃表面进行清洗，并去除荧光涂层和栅网，分拣出屏玻璃破碎成小于2mm的屏玻璃颗粒；
2)然后，按质量分数将65％的玄武岩颗粒，30％的屏玻璃颗粒，0.5％的碳酸钙，0.5％的碳化硅，0.01％的氧化锰，1％的碳酸镁和2.99％的硅酸钠放入球磨机中球磨至150目得混合均匀的配合料；
3)最后，将混合均匀的配合料装入模具中，以8℃/分钟的升温速率从室温升至600℃并保温60分钟；再以8℃/分钟的升温速率自600℃升至1050℃并保温20分钟进行发泡后，以20℃/分钟的冷却速率将其冷却至650℃，并保温45分钟；再以1℃/分钟的速率降温退火至室温即得到玄武岩多孔保温材料。
实施例6：
1)首先，将玄武岩采用鄂式破碎机破碎成小于2mm的玄武岩颗粒，然后，将去除电子枪后的废阴极射线管的玻璃表面进行清洗，并去除荧光涂层和栅网，分拣出屏玻璃破碎成小于2mm的屏玻璃颗粒；
2)然后，按质量分数将70％的玄武岩颗粒，3.5％的屏玻璃颗粒，1％的碳酸钙，1.5％的碳化硅，1％的氧化锰，8％的碳酸镁和15％的硅酸钠放入球磨机中球磨至150目得混合均匀的配合料；
3)最后，将混合均匀的配合料装入模具中，以8℃/分钟的升温速率从室温升至600℃并保温30分钟；再以8℃/分钟的升温速率自600℃升至1130℃并保温40分钟进行发泡后，以20℃/分钟的冷却速率将其冷却至650℃，并保温60分钟；再以1℃/分钟的速率降温退火至室温即得到玄武岩多孔保温材料。
本发明的碳酸钙，碳化硅，二氧化锰由化学纯的CaCO3，SiC，MnO2引入，粒度大于600目标准筛；碳酸镁，硅酸钠，由化学纯的MgCO3，Na2SiO4引入，粒度大于200目标准筛；所用模具采用莫来石制备，并在模具表面铺耐火度大于1300℃的陶瓷纤维纸。
本发明以玄武岩矿粉为主要原料，制备的多孔保温材料机械强度高，气孔均匀，密度小，吸水率低、导热系数小，保温隔热效果良好。本发明制备多孔保温材料利用玄武矿粉，成本低，制备过程操作简便，能耗低，节能环保，适于大批量生产，产品附加值高。本发明使用了大量的工业废弃物，有效地降低了保温建筑材料的生产成本，保护环境，变废为宝，所制备的保温板材可作为优质的防火建筑保温材料，及建筑外墙保温装饰一体材料。具有明显的经济效益和环保效益。
Claims (5)
1.一种玄武岩多孔保温材料的制备方法，其特征在于：
1)首先，将玄武岩破碎成小于2mm的玄武岩颗粒，然后，将去除电子枪后的废阴极射线管的玻璃表面进行清洗，并去除荧光涂层和栅网，分拣出屏玻璃破碎成小于2mm的屏玻璃颗粒；
2)然后，按质量分数将65～95％的玄武岩颗粒，0～30％的屏玻璃颗粒，0.5～2％的碳酸钙，0.5～2％的碳化硅，0.01～3％的氧化锰，0.5～8％的碳酸镁和0.01～15％的硅酸钠放入球磨机中球磨至150目得混合均匀的配合料；
3)最后，将混合均匀的配合料装入模具中，以8℃/分钟的升温速率从室温升至600℃并保温20～60分钟；再以5～8℃/分钟的升温速率自600℃升至1000～1150℃并保温20～40分钟进行发泡后，以20℃/分钟的冷却速率将其冷却至650℃，并保温20～60分钟；再以1℃/分钟的速率降温退火至室温即得到玄武岩多孔保温材料。
2.根据权利要求1所述的玄武岩多孔保温材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)的破碎采用鄂式破碎机。
3.根据权利要求1所述的玄武岩多孔保温材料的制备方法，其特征在于：所述的碳酸钙，碳化硅，二氧化锰由化学纯的CaCO3，SiC，MnO2引入，粒度大于600目标准筛。
4.根据权利要求1所述的玄武岩多孔保温材料的制备方法，其特征在于：所述的碳酸镁，硅酸钠，由化学纯的MgCO3，Na2SiO4引入，粒度大于200目标准筛。
5.根据权利要求1所述的玄武岩多孔保温材料的制备方法，其特征在于：所述的模具为莫来石，使用时表面铺耐火度大于1300℃的陶瓷纤维纸。
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