CN108484119B - 轻质多孔保温隔热材料及其制备方法 - Google Patents

轻质多孔保温隔热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻质多孔保温隔热材料及其制备方法，所述轻质多孔保温隔热材料，其各组分按照重量百分数计为：建筑垃圾：45％～80％；城市生活垃圾焚烧炉渣：5～40％；粉煤灰：5～40％；发泡剂5％～25％；辅助材料0.5～2％，辅助材料包括稳泡剂和助熔剂，稳泡剂0.2～1.5％，助熔剂0.2～1.5％。本发明的轻质多孔保温隔热材料制备方法，原材料都是废弃物，原料易得、工艺简单、成本低，直接以建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰及农业秸秆稻壳等固体废弃物为原料，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、热传导率低；本发明可以有效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

轻质多孔保温隔热材料及其制备方法
技术领域
本发明属于环保领域和建筑材料科学，具体是涉及一种轻质多孔保温隔热材料及其制备方法。
背景技术
保温隔热材料(绝热材料)是指能阻挡热流传递的材料，在许多领域有着广泛的应用，可以提高能源的利用率，节约能源，从而促进减少污染物的排放。这对于应对目前广泛存在并且日益严重的能源危机、环境污染等社会、经济问题，实现经济社会的可持续发展具有重要意义。
当前建筑用保温材料大致分为无机保温隔热材料、有机保温隔热材料和有机无机符合保温隔热材料。其中，有机隔热保温材料多为树脂类材料，这类材料较无机保温隔热材料具有重量小、隔热能力好的优点，但这类材料的阻燃能力很差，极易燃烧，燃烧过程释放很多热量，并伴有发烟、滴落等现象，引起大面积火灾，而且在燃烧过程中这种材料会释放大量的烟尘和毒性气体，造成窒息性气氛，对人员生命安全造成巨大的威胁，因此这种材料在应用中会受到很大限制，现有的各种阻燃剂的加入对这类材料的危害降低效果并不明显。因此，阻燃能力较好的无机保温隔热材料受到人们的青睐，然而这类材料的重量太大，很大程度上限制了这类材料在大型建筑中的使用。
多孔材料具有低密度、高孔隙率、大比表面积、对其他有选择性透作用等特殊的性质和备受人们的关注，成为材料科学中发展较为迅速的一类材料。其结构特点是基体中存在无数个相互不连通的孔径0-0.3mm的气孔，可长期漂浮于水面上，其中相互封闭的气孔集保温、隔热、防水、防火、防潮、隔音的功能，还具有耐酸碱性，可广泛应用于建筑内墙的保温材料，以及发电厂烟囱内部的保温材料，此外，还可以应用到地铁以及大型音乐建筑以及KTV等墙体装饰材料，作为隔音和保温材料使用。将无机保温材料良好的隔热性、透气性和安全性等优点与多孔材料的低密度、低重量的特点相结合，制备出性能优良的保温阻燃材料，将具有重大的经济价值和环保意义。
基于上述分析中的问题，本发明提出一种全废弃物制备的轻质多种保温隔热材料及其制备方法。
发明内容
本发明目的是提供一种制备轻质多孔保温隔热材料的方法，通过对废弃物的资源化利用，有效削减废弃物的存量并制备出环境友好功能材料，实现了废弃物的高附加值利用。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种轻质多孔保温隔热材料，其各组分按照重量百分数计为：
建筑垃圾：45％～80％；
城市生活垃圾焚烧炉渣：5～40％；
粉煤灰：5～40％；
发泡剂5％～25％；以及
辅助材料0.5～2％，其中，辅助材料包括稳泡剂、助熔剂，稳泡剂0.2～1.5％，助熔剂0.2～1.5％。
可选的，所述建筑垃圾为经过筛分处理后的0-5mm粒径的建筑垃圾；
和/或，所述城市生活垃圾焚烧炉渣为经过分质多级资源化利用后利用效果不佳，目前只能作为填埋处置的组分；
和/或，所述粉煤灰最大粒径不超过0.3mm，平均粒径不超过0.2mm；
和/或，所述发泡剂需过80目筛，且发泡剂中无秸秆稻壳；
和/或，所述辅助材料包括稳泡剂和助熔剂，稳泡剂为磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、硼酸钠、醋酸钠，醋酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、氧化锌、三氧化二铝中的一种或多种，助熔剂为氟硅酸钠、硼砂、硫酸钙、萤石中一种或多种。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种轻质多孔保温隔热材料的制备方法，其包括：
步骤S1，混料：将经过预处理后的建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰、发泡剂、稳泡剂、助熔剂按照一定比例配伍后共同转入球磨机中进行物料粉磨；
步骤S2，成坯：将粉磨后过80目筛的物料加入搅拌机中，加入适量水溶液后的湿混合物料在10MPa-50MPa压力下压制成坯，获得坯体；
步骤S3，煅烧：将步骤S2所得的坯体放入窑炉中进行煅烧，煅烧后产品进行降温处理；
步骤S4，切割：将步骤S3煅烧的材料进行切割，切割后成型的产品即为轻质多孔保温隔热材料。
可选的，所述步骤S4中切割后的边角料添加入步骤S1的混料中，共同转入球磨机进行物料粉磨。
可选的，所述煅烧具体为：从室温升温到第一温度，在第一温度条件下保温10-40min，然后升温到第二温度，在第二温度条件下保温30-60min；或者从室温直接升温到煅烧温度，并在煅烧温度条件下保温30-60min。
可选的，所述步骤S2中，所述水溶液为自来水或水玻璃溶液。
可选的，所述步骤S3中，从室温升温到第一温度，升温速率为5-15℃/min，第一温度为450℃-550℃；从第一温度升温到第二温度，升温速率为8-18℃/min，第二温度的温度范围为900-1150℃；
或者，所述步骤S3中，煅烧温度的温度范围为900-1150℃，从室温升温到煅烧温度，升温速率为10-18℃/min。
可选的，所述步骤S4中，所述切割后的边角料添加量不超过其他物料总量的30％。
可选的，所述步骤S4中，所述切割后成型的产品的形状根据模具不同而不同。
本发明具有如下有益效果：本发明的轻质多孔保温隔热材料制备方法，原材料都是废弃物，原料易得、工艺简单、成本低，直接以建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰及农业秸秆稻壳等固体废弃物为原料，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、热传导率低；本发明可以有效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。
附图说明
图1为本发明的轻质多孔保温隔热材料的制备方法的流程图；
图2为本发明的原料的XRD图谱；
图3为本发明的轻质多孔保温隔热材料SEM图像。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种轻质多孔保温隔热材料，其各组分按照重量百分数计为：
建筑垃圾：45％～80％；优选范围为48～75％。
城市生活垃圾焚烧炉渣；5～40％；优选范围为8～35％。
粉煤灰：5～40％；优选范围为5～35％。
发泡剂5％～25％；优选范围为6～18％。
以及辅助材料0.5～2％，优选范围为0.6～1.2％，辅助材料包括稳泡剂、助熔剂，稳泡剂0.2～1.5％，优选范围为0.3～1.0％，助熔剂0.2～1.5％，优选范围为0.3～1.0％。
更优选地，所述建筑垃圾为经过筛分处理后的0-5mm粒径的建筑垃圾；所述城市生活垃圾焚烧炉渣为经过分质多级资源化利用后利用效果不佳目前只能作为填埋处置的组分；所述粉煤灰最大粒径不超过0.3mm，平均粒径不超过0.2mm；所述发泡剂需过80目筛，优选过100目筛且发泡剂中无明显的秸秆稻壳等小颗粒组分。
所述发泡剂为焚烧秸秆稻壳后得到的物质，所述秸秆稻壳中含有丰富二氧化硅、钠、钾、钙等成分，焚烧后这些组分进入焚烧残渣即发泡剂中可参与多孔材料的制备；发泡剂中的残碳起到发泡作用。
本发明的轻质多孔保温隔热材料中，建筑垃圾和粉煤灰作为主要材料，建筑垃圾中含有一定的碳酸盐，碳酸盐煅烧过程中分解释放二氧化碳，留下孔隙，并能生成氧化钙，可以参与煅烧，同时建筑垃圾中的部分微量组分可起到煅烧助剂并降低轻质保温材料的煅烧温度；粉煤灰中含有一定的未燃尽的碳，同样可起发泡作用。城市生活垃圾焚烧炉渣具有一定的烧失量，含有少量未燃尽组分，在多孔材料煅烧过程，因未燃尽组分燃烧，可在轻质多孔保温隔热材料中留下一定的孔隙。轻质多孔保温隔热材料为经历高温后产生的无机材料，具有耐高温和阻燃特征，材料的孔结构特征可降低自身密度，具有保温隔热的特性。
实施例2
本实施例提供了一种轻质多孔保温隔热材料的制备方法，尤其是利用废弃物为原料通过煅烧合成的方法制备轻质多孔隔热保温材料，即全废弃物制备轻质多空保温隔热材料的方法，包括以下步骤：
步骤S1，混料：将经过预处理后的建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰、发泡剂、稳泡剂、助熔剂按照一定比例配伍后共同转入球磨机中进行物料粉磨。
步骤S2，成坯：将粉磨后过80目筛的物料加入搅拌机中，加入适量水溶液后的湿混合物料在10MPa-50MPa压力下压制成坯，获得坯体。
步骤S3，煅烧：将步骤S2所得的坯体放入窑炉中进行煅烧，煅烧后产品进行降温处理；所述煅烧具体为：从室温升温到第一温度，在第一温度条件下保温10-40min，然后升温到第二温度(900℃-1150℃)，在第二温度条件下保温30-60min；或者从室温直接升温到煅烧温度，并在煅烧温度条件下保温30-60min。
步骤S4，切割：将步骤S3煅烧的材料进行切割，切割后成型的产品即为轻质多孔保温隔热材料。
更优选地，所述步骤S4中切割后的边角料添加入步骤S1的混料中，共同转入球磨机进行物料粉磨。
更优选地，所述步骤S2中，所述水溶液为自来水或水玻璃溶液。
更优选地，所述步骤S3中，从室温升温到第一温度，升温速率为5-15℃/min，第一温度为450℃-550℃。从第一温度升温到第二温度，升温速率为8-18℃/min，第二温度的温度范围为900-1150℃。
更优选地，所述步骤S3中，煅烧温度的温度范围为900-1150℃，从室温升温到煅烧温度，升温速率为10-18℃/min。
更优选地，所述步骤S4中，所述切割后成型的产品的形状可根据模具不同而进行调整。
更优选地，所述步骤S4中，所述切割后的边角料添加量不超过其他物料(建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰和发泡剂)总量的30％。
本实施例的原料主要化学成分如表1所示：
表1原料主要化学成分
SiO<sub>2</sub> CaO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Na<sub>2</sub>O K<sub>2</sub>O P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> SO<sub>3</sub>
建筑垃圾 51.96 13.54 11.87 3.75 4.09 1.65 1.57 0.11 0.64
城市生活垃圾焚烧炉渣 37.42 19.90 13.69 3.42 4.77 4.24 2.34 1.41 1.65
粉煤灰 48.08 3.70 36.74 0.93 3.29 0.28 0.75 0.33 0.37
发泡剂 93.26 0.83 0.36 0.48 0.47 0.14 3.04 0.85 0.21
本实施例的轻质多孔保温隔热材料的制备方法还包括对原料进行处理，具体地包括：
(1)建筑垃圾预处理
建筑垃圾经过分选、破碎、筛分等预处理后可大致分为5类，砂石等大颗粒组分、废弃金属、有机杂物、渣土、破碎或粉碎后的小粒径建筑垃圾组分。其中砂石等大颗粒组分可作为再生骨料及干混砂浆等再利用；废弃金属等组分进行资源化回收利用；有机杂物等属于可燃性组分，可就近送往垃圾焚烧厂进行焚烧处置；回收的渣土可以用于园林绿化等；本发明采用的建筑垃圾粉碎粉磨后的组分按照粒径分为三部分，分别为：0-5mm，5-25mm、25-37.5mm，其中后两者可以很好地进行再利用，在以往资源化利用过程，粒径0-5mm的建筑垃圾即为破碎或粉碎后的小粒径建筑垃圾，这类建筑垃圾利用率低，利用效果差，本发明以粒径为0-5mm的建筑垃圾为原料。基于建筑垃圾来源不同及建筑物和构筑物使用功能和建筑时间不同，作为保温材料使用的建筑垃圾中红砖、混凝土结构及沙石料将会是主要来源。
(2)城市生活垃圾焚烧炉渣预处理
对城市生活垃圾焚烧炉渣进行高效脱水、炉渣涡电流分选、有色金属高效分选、尾渣残留金属精选、再生铝利用后的炉渣，分类资源化利用后的城市生活垃圾焚烧炉渣资源化利用程度差，由于质量不符合其他综合利用的要求，本部分炉渣只能进行填埋处理。资源化利用程度差的炉渣作为本发明中使用的材料。
(3)粉煤灰
本发明中对粉煤灰无特殊要求，可以是未经过预处理的原始状态粉煤灰，也可以是经过分级利用后的粉煤灰残渣，对粉煤灰可以不需进行预处理工作，只需进行物料配伍工作即可。
(4)发泡剂制备与预处理
本发明中用的发泡剂为一种废弃物材料，是一种将秸秆、稻壳等农业废弃物焚烧热利用后剩余的一种黑色废弃物。发泡剂为将秸秆、稻壳及部分其他农业废弃物进行300-800℃焚烧处理后产生的黑色焚烧后的残渣，在进行多孔保温隔热材料制备前，将黑色残渣进行破碎粉磨后过80目筛，筛上物与秸秆稻壳及其他农业废弃物进行再焚烧处理，筛下物留存作为发泡剂使用。发泡剂可以直接使用焚烧处理后的残值利用亦可使用利用秸秆稻壳等农业废弃物自行进行焚烧处理，焚烧后的残渣作为发泡剂使用。
本发明中使用的原料均为废弃物，具有广泛代表性，涉及到建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰和农业废弃物；所利用的废弃物本身经济价值较低或已经过多级分质资源化回收利用后几乎无价值的产品，原料廉价易得产生量大。
本发明的轻质多孔保温隔热材料制备方法简单、易于操作，所制备的轻质多孔保温隔热材料具有良好的机械性能，可以满足除承重外的内外墙保温材料的需求；而且具有热导率低、耐高温、密度小等优点。
实施例3
本实施例提供了一种轻质多孔保温隔热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，混料：将经过预处理后的建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰、发泡剂、稳泡剂、助熔剂分别按照65％、20％、5％、9％、0.6％、0.4％的比例配伍后与保温材料切割后的边角料共同转入球磨机中进行物料粉磨。
步骤S2，成坯：将粉磨后过80目筛的物料加入搅拌机中，加入适量自来水后的湿混合物料在20MPa压力下压制成坯，获得坯体。
步骤S3，煅烧：将步骤S2所得的坯体放入窑炉中进行煅烧，煅烧后产品进行自然降温冷却，所述煅烧为：从室温以10℃/min升温速率升温到500℃，在500℃条件下保温20min，然后以12℃/min升温速率升温到1000℃，在1000℃条件下保温40min。
步骤S4，切割：将步骤S3煅烧的材料进行切割，切割后的边角料进入步骤S1中进行再利用，切割后成型的产品即为轻质多孔保温隔热材料。
本实施例的轻质多孔保温隔热材料的吸水率为0.5％，产品密度为450kg/m3，热导率为0.05W/(m·K)，使用温度为小于等于850℃。
实施例4
本实施例提供了一种轻质多孔保温隔热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，混料：将经过预处理后的建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰、发泡剂、稳泡剂、助熔剂分别按照74％、10％、5％、10％、0.7％、0.3％的比例配伍后与保温材料切割后的边角料共同转入球磨机中进行物料粉磨。
步骤S2，成坯：将粉磨后过80目筛的物料加入搅拌机中，加入适量自来水后的湿混合物料在15MPa压力下压制成坯，获得坯体。
步骤S3，煅烧：将步骤S2所得的坯体放入窑炉中进行煅烧，煅烧后产品进行空气骤冷降温冷却：所述煅烧为：从室温以12℃/min升温速率升温到550℃，在550℃条件下保温30min，然后以15℃/min升温速率升温到950℃，在950℃条件下保温30min。
步骤S4，切割：将步骤S3煅烧的材料进行切割，切割后的边角料进入步骤S1中进行再利用。切割后成型的产品即为轻质多孔保温隔热材料。
本实施例的轻质多孔保温隔热材料的吸水率为0.45％，产品密度为400kg/m3，热导率为0.045W/(m·K)，使用温度为小于等于850℃。
实施例5
本实施例提供了一种轻质多孔保温隔热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，混料：将经过预处理后的建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰、发泡剂分别按照64％、15％、8％、11.8％、0.8％、0.4％的比例配伍后与保温材料切割后的边角料共同转入球磨机中进行物料粉磨。
步骤S2，成坯：将粉磨后过80目筛的物料加入搅拌机中，加入适量水玻璃溶液后的湿混合物料在25MPa压力下压制成坯，获得坯体。
步骤S3，煅烧：将步骤S2所得的坯体放入窑炉中进行煅烧，煅烧后产品进行水冷降温；煅烧制度为：从室温以16℃/min升温速率升温到950℃，在950℃条件下保温10min。
步骤S4，切割：将步骤S3煅烧的材料进行切割，切割后的边角料进入步骤S1中进行再利用。切割后成型的产品即为轻质多孔保温隔热材料。
本实施例的轻质多孔保温隔热材料的吸水率为0.3％，产品密度为360kg/m3，热导率为0.04W/(m·K)，使用温度为小于等于850℃。
实施例6
本实施例提供了一种轻质多孔保温隔热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，混料：将经过预处理后的建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰、发泡剂、稳泡剂、助熔剂分别按照50％、15％、25.8％、8％、0.6％、0.6％的比例配伍后与保温材料切割后的边角料共同转入球磨机中进行物料粉磨。
步骤S2，成坯：将粉磨后过80目筛的物料加入搅拌机中，加入适量水溶液后的湿混合物料在35MPa压力下压制成坯，获得坯体。
步骤S3，煅烧：将步骤S2所得的坯体放入窑炉中进行煅烧，煅烧后产品进行水冷降温：煅烧制度为：从室温以10℃/min升温速率升温到450℃，在450℃条件下保温10min，然后以12℃/min升温速率升温到1050℃，在1050℃条件下保温25min。
步骤S4，切割：将步骤S3煅烧的材料进行切割，切割后的边角料进入步骤S1中进行再利用。切割后成型的产品即为轻质多孔保温隔热材料。
本实施例的轻质多孔保温隔热材料的吸水率为0.65％，产品密度为750kg/m3，热导率为0.08W/(m·K)，使用温度为小于等于850℃。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种轻质多孔保温隔热材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1，混料：将经过预处理后的建筑垃圾、城市生活垃圾焚烧炉渣、粉煤灰、发泡剂、稳泡剂、助熔剂按照一定比例配伍后共同转入球磨机中进行物料粉磨；
步骤S2，成坯：将粉磨后过80目筛的物料加入搅拌机中，加入适量自来水或水玻璃溶液后的湿混合物料在10MPa-50MPa压力下压制成坯，获得坯体；
步骤S3，煅烧：将步骤S2所得的坯体放入窑炉中进行煅烧，煅烧后产品进行降温处理；
步骤S4，切割：将步骤S3煅烧的材料进行切割，切割后成型的产品即为轻质多孔保温隔热材料；
其中，所述煅烧具体为：从室温升温到第一温度，在第一温度条件下保温10-40min，然后升温到第二温度，在第二温度条件下保温30-60min；
从室温升温到第一温度，升温速率为5-15℃/min，第一温度为450℃-550℃；从第一温度升温到第二温度，升温速率为8-18℃/min，第二温度的温度范围为900-1150℃；
其中，所述轻质多孔保温隔热材料的各组分按照重量百分数计为：建筑垃圾：65%~80%；城市生活垃圾焚烧炉渣20~40%；粉煤灰：5~40%；发泡剂9%~25%；以及辅助材料0.5~2%，以上原料重量百分比之和满足100%；其中，辅助材料包括稳泡剂和助熔剂，稳泡剂0.2~1.5%，助熔剂0.2~1.5%；
其中，所述城市生活垃圾焚烧炉渣为经过分质多级资源化利用后利用效果不佳目前只能作为填埋处置的组分；所述发泡剂为焚烧秸秆稻壳后得到的物质。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中切割后的边角料添加入步骤S1的混料中，共同转入球磨机进行物料粉磨。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述切割后的边角料添加量不超过其他物料总量的30%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述切割后成型的产品的形状根据模具不同而不同。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述建筑垃圾为经过筛分处理后的0-5mm粒径的建筑垃圾；
和/或，所述粉煤灰最大粒径不超过0.3mm，平均粒径不超过0.2mm；
和/或，所述发泡剂需过80目筛，且发泡剂中无秸秆稻壳；
和/或，所述辅助材料包括稳泡剂和助熔剂，稳泡剂为磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、硼酸钠、醋酸钠，醋酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾和氧化锌中的一种或多种，助熔剂为氟硅酸钠、硼砂、硫酸钙和萤石中的一种或多种。
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