CN106542843A

CN106542843A - 一种利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法

Info

Publication number: CN106542843A
Application number: CN201610933852.5A
Authority: CN
Inventors: 周明凯; 葛雪祥; 王怀德
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: CN106542843B

Abstract

本发明公开了一种利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法。将铜尾矿、金尾矿、铬矿渣在鼓风干燥箱中105～110℃烘干至含水率低于1.0％，再使用钢球磨粉磨铬矿渣至全部通过150um标准筛；将铜尾矿、金尾矿、铬矿渣、复合膨胀剂、复合分散剂混合后粉磨，粉磨时间2～10h，出磨坯料全部通过250目标准筛得到坯料；将坯料粉末以自然堆积的方式装入由耐火板拼装成的模具中，坯料与耐火板之间以陶瓷纤维纸隔绝；放入窑炉升温至1080℃～1200℃烧成，升温速率3～8℃/min，保温时间0.5～2h；在窑中冷却，冷却速率0.5～4℃/min，冷却时间6h～15h，得到轻质保温墙体材料。

Description

一种利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法

技术领域

本发明属于废弃物资源化利用领域，具体涉及一种利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法。

背景技术

铜尾矿和金尾矿为提纯金属产生的固体废弃物，主要含有SiO₂、Al₂O₃、碱金属和碱土金属氧化物，同时伴随有大量重金属元素和硫化物等有害物质，颗粒粒径小，堆密度高。铬矿渣为冶炼金属铬中排放的废弃物，主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、MgO，且含有少量剧毒元素Cr⁶⁺。这些固体废弃物的露天堆存不仅占用大量土地，其重金属元素的溶出也会造成土壤和地下水的污染，随风混入大气中的颗粒易带来“雾霾”等大气污染问题。然而我国目前对固体废弃物的资源化利用率较低，无公害高附加值的资源化利用更是严重不足。

随着我国对建筑节能工作的深化，对建筑防火要求的提升，无机防火保温墙体材料需求量显著增加。相较于传统有机保温材料易燃不耐老化的缺点，常用的无机保温材料——加气混凝土砌块，也由于较高的导热系数、较大的吸水率、以及较低的抗冻性，限制了其在墙体材料中的应用。

在发明专利CN 103011888 A《一种利用固体废弃物制备泡沫陶瓷及其方法》公开了一种利用煤矸石、磷尾矿、长石、黄砂制备泡沫陶瓷的方法，该方法在利用煤矸石、磷尾矿为主要原料以外，还需添加18～32％的长石以及12～20％的黄砂，其固体废弃物利用率无法达到99％及以上，且需湿法粉磨和重新烘干制粉，再压制成型，制备工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种完全使用固体废弃物(主要是铜尾矿、金尾矿及铬矿渣)制备性能优良、成本低廉的轻质保温防火墙体材料的方法，以解决当前无机防火保温材料成本较高、性能较差的现状，并缓解多种固废堆存带来的环境污染现状。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法，包括以下步骤：

1)原料预处理：将铜尾矿、金尾矿、铬矿渣在鼓风干燥箱中105～110℃烘干至含水率低于1.0％，再使用钢球磨粉磨铬矿渣至全部通过150um标准筛；

2)坯料制备：将铜尾矿、金尾矿、铬矿渣、复合膨胀剂、复合分散剂混合后粉磨，粉磨时间2～10h，出磨坯料全部通过250目标准筛得到坯料；

3)装模成型：将坯料粉末平整铺堆在由耐火板拼装成的模具中，坯料与耐火板之间以陶瓷纤维纸隔绝；

4)烧成冷却：置于窑中并升温至1080℃～1200℃烧成，升温速率3～8℃/min，保温时间0.5～2h；在窑中控制冷却，冷却速率0.5～8℃/min，冷却时间6h～15h，得到轻质保温墙体材料。

按上述方案，制备干基所用原料按质量百分数计如下：铜尾矿45％～80％、金尾矿2％～20％、铬矿渣10％～35％；复合膨胀剂的添加量占干基质量的0.2％～2.0％、复合分散剂的添加量占干基质量的0.1％～0.5％。

按上述方案，所述复合膨胀剂为SiC、BaCO₃的混合。

按上述方案，所述复合膨胀剂为SiC、BaCO₃质量比2:1的混合，其颗粒全部通过800目标准筛。

按上述方案，所述复合分散剂三乙醇胺、丙三醇的混合。

按上述方案，所述复合分散剂三乙醇胺、丙三醇按质量比2:1的混合。

按上述方案，所述铜尾矿包含55～70wt％SiO₂、10～20wt％Al₂O₃、2～7wt％Fe₂O₃、2～6wt％CaO、2～5wt％K₂O、2～5wt％Na₂O、1～3wt％MgO。

按上述方案，所述铬矿渣包含：18～30wt％SiO₂、10～30wt％Al₂O₃、2～6wt％Fe₂O₃、2～15wt％CaO、0～1wt％Na₂O、3～10wt％Cr₂O₃、25～38wt％MgO。

按上述方案，所述金尾矿包含：40～60wt％SiO₂、6～18wt％Al₂O₃、4～8wt％Fe₂O₃、1～5wt％CaO、1～5wt％Na₂O、1～4wt％K₂O、1～5wt％MgO及8～15wt％SO₃。

本发明复合膨胀剂中SiC、BaCO₃与金尾矿中包含的高温发泡组分Fe₂O₃、CaSO₄形成复合发泡效果。

本发明专利提出使用掺量≥99％的铜尾矿、金尾矿及铬矿渣为主要原料制备轻质保温墙体材料，充分利用了铜尾矿、金尾矿颗粒较细的特点，且铜尾矿、金尾矿中较多的碱金属与碱土金属氧化物，熔点较低，可作为主要的助溶剂。铬矿渣中较多的镁、铬化合物，可作为发泡过程中的稳泡剂。这些固体废弃物的特性互补，使得在不掺其它矿物原料的条件下，制备出的多孔保温陶瓷材料具成本低、体积密度小、强度高、吸水率小的特点。且生产过程中不产生废弃物，是实现了建材真正的绿色化生产。

本发明提出使用SiC、BaCO₃作为复合膨胀剂，充分利用了SiC的高温氧化和BaCO₃的高温分解生成CO₂的特性，且复配使用SiC与BaCO₃，极大的拓宽了气孔生成的温度范围，使制备的轻质保温墙体材料体积密度低、吸水率小、气孔分布均匀，并有效提升保温性能。配合烧成温度的设计，产品孔径1.2～0.3mm，体积密度150～400kg/m³之间，导热系数：0.05～0.12w/(m·k)，抗压强度0.8～9MPa，体积吸水率<1.5％，主要用于外墙保温和室内隔音以及屋面防水。

本发明相对于现有技术，有益效果如下：

1)本发明所使用的原料为工业固体废弃物，综合掺量99％以上，且除铬矿渣外均为粒度较小的废弃物，不仅实现了废弃物资源化利用，有利于环境保护，而且降低粉磨电耗，其粉磨均匀性较好，适用于进行干法混料，降低产品成本。

2)本发明所制备的产品经过高温烧结，有利于铜尾矿、金尾矿中的重金属离子的固化，同时有助于铬矿渣中剧毒的六价铬元素转化为三价铬元素，消除铬渣毒性，实现了多种固体废弃物的无害化利用。

3)本发明制备的轻质保温墙体材料，具有较高的气孔率(80％～95％)和较小的孔径尺寸(0.3～1.2mm)，且闭气孔率率较高、体积吸水率低(0.5％～2％)，体积密度在150～400kg/m³范围内连续可控，强度较高(体积密度300kg/m³，强度>5MPa)，导热系数较低(体积密度250kg/m³，导热系数<0.09w/(m·k))。有效弥补了泡沫混凝土在无机防火保温材料中的不足，同时提供了一种与建筑同寿命的耐火隔音墙体保温材料。

4)本发明制备的轻质保温墙体材料，可以自由设计不同体积密度，不仅可以用于外墙保温板，节省保温层施工成本和施工时间，有效缩短施工周期，同时可以制作室内隔墙吸音板，隔音效果显著。

附图说明

图1：实施例1所得产品显微形貌图。

具体实施方式

下面结合实例和配图进行进一步详细说明，但本发明不局限于以下实施例。

实例中制备的轻质泡沫陶瓷性能测试方法参照如下标准：

实施例中所制备轻质陶瓷的性能测试方法如下：体积密度和吸水率测试方法参照《多孔陶瓷显气孔率、容重试验方法》(GB/T 1966-1996)；抗压强度的测试方法参照《无机硬质绝热制品试验方法》(GB/T 5486-2008)；热导率的测试方法参照《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定—防护热板法》(GB/T 10294-2008)。

所用铜尾矿包含55～70wt％SiO₂、10～20wt％Al₂O₃、2～7wt％Fe₂O₃、2～6wt％CaO、2～5wt％K₂O、2～5wt％Na₂O、1～3wt％MgO。

所用铬矿渣包含：18～30wt％SiO₂、10～30wt％Al₂O₃、2～6wt％Fe₂O₃、2～15wt％CaO、0～1wt％Na₂O、3～10wt％Cr₂O₃、25～38wt％MgO。

所用金尾矿包含：40～60wt％SiO₂、6～18wt％Al₂O₃、4～8wt％Fe₂O₃、1～5wt％CaO、1～5wt％Na₂O、1～4wt％K₂O、1～5wt％MgO及8～15wt％SO₃。

复合膨胀剂为SiC、BaCO₃质量比2:1的混合，其颗粒全部通过800目标准筛。复合分散剂三乙醇胺、丙三醇按质量比2:1的混合

实施例1

制备干基所用原料按照质量百分比：铜尾矿53.3％，金尾矿5％，铬矿渣41.7％，各原料烘干至含水率低于2wt％。复合膨胀剂添加量为干基质量的0.25％，复合分散剂添加量为干基质量的0.15％，精确称量各原料。称好的原料在陶瓷球磨机中，球磨机的料球比为1:4，混料4h，出磨粒度<75um。

将所制粉料放入铺有高温纸的耐火模具中，铺料厚度60mm，将装有粉料的模具放在窑车上，在隧道窑内以5℃/min的升温速率升温至1190℃，保温1h 20min后，在窑内以8℃/min冷却至850min，再以0.5/min冷却至500℃，最后以2℃/min冷却至室温，取出拆模并切割成规定尺寸的产品。

按所述方法制得的泡沫陶瓷轻质保温材料性能数据如下表1所示。横截面显微形貌图见附图1所示。

表1泡沫陶瓷轻质保温材料性能

实施例2

制备干基所用原料的质量百分比：铜尾矿65.2％、金尾矿4.5％，铬矿渣30.3％，将原料烘干至含水率<2％。复合膨胀剂的添加量为0.30wt％，复合分散剂添加量为干基质量的0.3％，精确称量各原料。以升温速率6℃/min升温至1180℃，保温1h 20min，其余步骤与实施例1相同。制得的泡沫陶瓷轻质保温材料性能数据如下表2所示：

表2泡沫陶瓷轻质保温材料性能

实施例3

制备干基所用原料的质量百分比：铜尾矿70.5％、金尾矿8.5％，铬矿渣21％，将原料烘干至含水率<2％。复合膨胀剂的添加量为0.40wt％，复合分散剂添加量为干基质量的0.5％，精确称量各原料。以升温速率5℃/min升温至1160℃，保温1.5h，其余步骤与实施例1相同。制得的泡沫陶瓷轻质保温材料性能数据如下表3所示：

表3泡沫陶瓷轻质保温材料性能

实施例4

制备干基所用原料的质量百分比：铜尾矿45％、金尾矿20％，铬矿渣35％，将原料烘干至含水率<2％。复合膨胀剂的添加量为0.15wt％，复合分散剂添加量为干基质量的0.1％，精确称量各原料。以升温速率3℃/min升温至1200℃，保温2h，其余步骤与实施例1相同。制得的泡沫陶瓷轻质保温材料性能数据如下表4所示：

表4泡沫陶瓷轻质保温材料性能

实施例5

制备干基所用原料的质量百分比：铜尾矿80％、金尾矿2％，铬矿渣18％，将原料烘干至含水率<2％。复合膨胀剂的添加量为0.25wt％，复合分散剂添加量为干基质量的0.5％，精确称量各原料。以升温速率5℃/min升温至1180℃，保温1h，其余步骤与实施例1相同。制得的泡沫陶瓷轻质保温材料性能数据如下表5所示：

表5泡沫陶瓷轻质保温材料性能

Claims

1.一种利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

4)烧成冷却：放入窑炉升温至1080℃～1200℃烧成，升温速率3～8℃/min，保温时间0.5～2h；在窑中冷却，冷却速率0.5～8℃/min，冷却时间6h～15h，得到轻质保温墙体材料。

2.如权利要求1所述利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法，其特征在于制备干基所用原料按质量百分数计如下：铜尾矿45％～80％、金尾矿2％～20％、铬矿渣10％～35％；复合膨胀剂的添加量占干基质量的0.2％～2.0％、复合分散剂的添加量占干基质量的0.1％～0.5％。

3.如权利要求1所述利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法，其特征在于所述复合膨胀剂为SiC、BaCO₃的混合。

4.如权利要求1所述利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法，其特征在于所述复合膨胀剂为SiC、BaCO₃质量比2:1的混合，其颗粒全部通过800目标准筛。

5.如权利要求1所述利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法，其特征在于所述复合分散剂三乙醇胺、丙三醇的混合。

6.如权利要求1所述利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法，其特征在于所述复合分散剂为三乙醇胺、丙三醇按质量比2:1的混合。

7.如权利要求1所述利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法，其特征在于所述铜尾矿包含55～70wt％SiO₂、10～20wt％Al₂O₃、2～7wt％Fe₂O₃、2～6wt％CaO、2～5wt％K₂O、2～5wt％Na₂O、1～3wt％MgO。

8.如权利要求1所述利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法，其特征在于所述铬矿渣包含：18～30wt％SiO₂、10～30wt％Al₂O₃、2～6wt％Fe₂O₃、2～15wt％CaO、0～1wt％Na₂O、3～10wt％Cr₂O₃、25～38wt％MgO。

9.如权利要求1所述利用固体废弃物制备轻质保温墙体材料的方法，其特征在于所述金尾矿包含：40～60wt％SiO₂、6～18wt％Al₂O₃、4～8wt％Fe₂O₃、1～5wt％CaO、1～5wt％Na₂O、1～4wt％K₂O、1～5wt％MgO及8～15wt％SO₃。