CN109293370A - 一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，该方法包括以下步骤：1)原料预处理；2)预混合：预混合时要求废玻璃粉剂的粒度大于发泡剂粉剂和稳泡粉剂的粒度；3)微波加热：将步骤2)得到混合粉料放置在成型容器内，微波加热烧结20～40min，自然冷却得到高强轻质建筑材料。由于本发明选用了特殊配比的发泡剂，该发泡剂中钾的质量百分比低于钠的质量百分比，能有效降低轻质建筑材料发泡制备过程中，能有效将需要合成的晶体结构从高温降低到低温，可以降低温度300℃以上；能有效降低轻质建筑材料发泡制备的温度，节约能耗1/4～1/6。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，涉及一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法。
背景技术
我国已成为世界最大的电解锰生产国、消费国和出口国。2011年我国电解锰产量148万吨，由于大多用的贫锰矿，渣量在1200－1480万吨。一些地区将它用作砖或生产水泥，但用量很小，大多作为废弃物被白白扔掉。由于简单将其堆放，其堆放占用大量土地资源，增加企业处置费用。同时，电解锰渣含有一定量的有害元素，任其排放给周边环境带来了严重的污染。因此，让锰矿渣得到合理、有效的利用这一技术难题愈加凸显。目前，我国每年产生的废玻璃有1040万吨。废玻璃类物质，其化学性质稳定，不腐烂、不燃烧、不能降解，废玻璃若不加处理而随其他垃圾一起随意排放，不仅浪费了自然资源，而且对环境造成危害。
目前已有相关人员利用钢渣等工业废渣为原料生产免烧砖、加气混凝土砌块，如：一种矿渣免烧砖的制备方法(CN201310150458.0)、锰矿渣加气混凝土砌块(CN201310174074.0) 和一种矿渣蒸养砖的制备方法(CN201310149020.0)等，但是产品效果并不是很理想，或多或少都存在着抗压强度、吸水率高、耐久性差、易老化、重量大等问题。
除了上述问题之外，目前利用传统发泡剂来生产轻质建筑材料的工艺使用的温度在 1000℃以上，能耗非常高，导致了生产成本居高不下，限制了这种材料的发展和应用推广。
发明内容
本发明针对现有技术的轻质建筑材料发泡制造过程中，发泡剂的应用范围不广，发泡剂使用过程中能耗过高等技术问题，提供一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，能有效降低轻质建筑材料发泡制造的温度，有效节约生产成本。
一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，该方法包括以下步骤：
a)主料：将锰矿渣主料研磨成80～150目的锰矿渣粉剂；
将废玻璃主料研磨成80～150目的废玻璃粉剂；
b)发泡剂：按照质量百分比65-75％：10-15％：15-25％称取碳化硅、钾钠长石粉、钠的化合物，置于带有磨球的搅拌器中，高速搅拌均匀得到粒度为220-400目，钠的质量百分比为 4-8％，钾的质量百分比为12-18％的发泡剂粉剂；
c)稳泡剂：将稳泡剂研磨成220-400目的稳泡粉剂；
2)预混合：取步骤1)研磨得到的锰矿渣粉剂、废玻璃粉剂、发泡剂粉剂、稳泡粉剂，按照重量比例40～70％：20～50％：3～8％：1～5％搅拌均匀得到混合粉料，其中锰矿渣粉剂和废玻璃粉剂的粒度大于发泡剂粉剂和稳泡粉剂的粒度；
3)微波加热：将步骤2)得到混合粉料放置在成型容器内，微波加热升温至800～940℃的温度烧结20～40min，自然冷却得到高强轻质建筑材料。成型容器的成型尺寸根据建筑板材需要而定。所用的复合发泡剂有利于在聚合物中形成链式导电结构，作为发泡剂的有效成分，少量的添加炭黑不仅可加速建筑材料发泡效率和改善材料内部分子结构，还可以调节本发明产品导热率≤0.08W/m·k。
作为技术方案的进一步改进，以上所述的一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，所述稳泡剂为硼砂；所述的废玻璃为废弃的玻璃边角料或是洗净后的废弃玻璃碎片。同时，硼砂为稳泡剂，可在一定程度上稳定气泡不外溢出的作用。为得到更优质建筑材料，废弃的玻璃需要进行分选，再清洗干净后干燥，才进行研磨粉碎。
作为技术方案的进一步改进，以上所述的一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，所述磨球为二氧化锆球、不锈钢球、氧化铝陶瓷球中的任一种或是他们的组合物，磨球的直径为0.5～3mm。
作为技术方案的进一步改进，以上所述的一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，所述高速搅拌其转速为2000-5000rpm。
作为技术方案的进一步改进，以上任一所述的一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，制备得到的高强轻质建筑材料抗压强度≥15Mpa，导热率≤0.08W/m·k，吸水率为8％～22％，视孔隙率8％～20％，体密度为0.3～0.8g/cm3。
作为技术方案的进一步改进，以上所述的一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，所述微波加热的频率为300MHz-300GHz。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明选用的发泡剂中钾的质量百分比低于钠的质量百分比，能有效降低轻质建筑材料发泡制备过程中，能有效将需要合成的晶体结构从高温降低到低温，可以降低温度300℃以上。
2.本发明选用的发泡剂中钾的质量百分比低于钠的质量百分比，能有效降低轻质建筑材料发泡制备的温度，节约能耗1/4～1/6。
3.本发明技术方案中，选用发泡剂混合粉料的粒度小于建筑材料主体材料的粒度越大，轻质建筑材料发泡合成晶体结构的均匀性越高。
4.本发明选用微波方式进行加热，在微波介子的作用下，混合粉料中的极性分子的键更容易断裂，有效降低发泡制备的温度，节约能耗。
5.本发明使用锰矿渣和废玻璃为原料，生产能耗降低使成本低，降低环境污染，变废为宝，不仅制备的轻质墙体材料具有质轻、多孔、防火、隔热、隔音、无毒、无菌、无味等特性，经济环保，而且废弃后材料可以重复利用。
6.本发明的生产工艺简单，生产的轻质墙体材料抗压强度≥15Mpa，导热率≤0.08W/m·k，吸水率为8％～22％，视孔隙率8％～20％；与加气混凝土砌块相比密度更低，体密度为0.3～0.8g/cm3，隔音、保温和抗震性能远远优于加气混凝土砌块。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，但是本发明的保护范围不局限于这些实施例。以下实施例中用到的废玻璃为分选、清洗、干燥后的废弃玻璃边角料、废弃玻璃碎片。
实施例1
一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，该方法包括以下步骤：
a)主料：将锰矿渣主料研磨成80～90目的锰矿渣粉剂；
将废玻璃主料研磨成80～90目的废玻璃粉剂；
b)发泡剂：按照质量百分比65％：10％：25％称取碳化硅、钾钠长石粉、钠的化合物，置于带有磨球(二氧化锆球、不锈钢球、氧化铝陶瓷球中的任一种或是他们的组合物，磨球的直径为0.5～1mm。)的搅拌器中，在转速为2000rpm条件下高速搅拌均匀得到粒度为220-250 目，钠的质量百分比为4％，钾的质量百分比为12％的发泡剂粉剂；
c)稳泡剂：将稳泡剂研磨成220-250目的稳泡粉剂；
2)预混合：取步骤1)研磨得到的锰矿渣粉剂、废玻璃粉剂、发泡剂粉剂、稳泡粉剂，按照重量比例40％：50％：8％：2％搅拌均匀得到混合粉料，其中锰矿渣粉剂和废玻璃粉剂的粒度大于发泡剂粉剂和稳泡粉剂的粒度；
3)微波加热：将步骤2)得到混合粉料放置在成型容器内，在频率为300MHz条件下微波加热升温至800℃的温度烧结20min，自然冷却得到高强轻质建筑材料。
对制备得到的高强轻质建筑材料进行理化性能检测，各项指标为：抗压强度≥15Mpa，导热率≤0.08W/m·k，吸水率为8％～12％，视孔隙率8％～10％，体密度为0.3～0.4g/cm3。
本发明制备得到的高强轻质建筑材料，经过自然冷却后得到的材料制品可做进一步切割，及进行表面机械磨制得到优质成品，可用于做墙体表面装修材料。
实施例2
一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，该方法包括以下步骤：
a)主料：将锰矿渣主料研磨成90～100目的锰矿渣粉剂；
将废玻璃主料研磨成90～100目的废玻璃粉剂；
b)发泡剂：按照质量百分比70％：11％：19％称取碳化硅、钾钠长石粉、钠的化合物，置于带有磨球(二氧化锆球、不锈钢球、氧化铝陶瓷球中的任一种或是他们的组合物，磨球的直径为1～1.5mm。)的搅拌器中，在转速为3000rpm条件下高速搅拌均匀得到粒度为250-300 目，钠的质量百分比为5％，钾的质量百分比为13％的发泡剂粉剂；
c)稳泡剂：将稳泡剂研磨成250-300目的稳泡粉剂；
2)预混合：取步骤1)研磨得到的锰矿渣粉剂、废玻璃粉剂、发泡剂粉剂、稳泡粉剂，按照重量比例50％：40％：7％：3％搅拌均匀得到混合粉料，其中锰矿渣粉剂和废玻璃粉剂的粒度大于发泡剂粉剂和稳泡粉剂的粒度；
3)微波加热：将步骤2)得到混合粉料放置在成型容器内，在频率为1000MHz条件下微波加热升温至880℃的温度烧结25min，自然冷却得到高强轻质建筑材料。
对制备得到的高强轻质建筑材料进行理化性能检测，各项指标为：抗压强度≥15Mpa，导热率≤0.08W/m·k，吸水率为12％～15％，视孔隙率10％～12％，体密度为0.4～0.5g/cm3。
本发明制备得到的高强轻质建筑材料，经过自然冷却后得到的材料制品可做进一步切割，及进行表面机械磨制得到优质成品，可用于做墙体表面装修材料。
实施例3
一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，该方法包括以下步骤：
a)主料：将锰矿渣主料研磨成100～120目的锰矿渣粉剂；
将废玻璃主料研磨成100～120目的废玻璃粉剂；
b)发泡剂：按照质量百分比75％：12％：11％称取碳化硅、钾钠长石粉、钠的化合物，置于带有磨球(二氧化锆球、不锈钢球、氧化铝陶瓷球中的任一种或是他们的组合物，磨球的直径为1.5～2mm。)的搅拌器中，在转速为4000rpm条件下高速搅拌均匀得到粒度为300-350 目，钠的质量百分比为6％，钾的质量百分比为15％的发泡剂粉剂；
c)稳泡剂：将稳泡剂研磨成300-350目的稳泡粉剂；
2)预混合：取步骤1)研磨得到的锰矿渣粉剂、废玻璃粉剂、发泡剂粉剂、稳泡粉剂，按照重量比例60％：27％：8％：5％搅拌均匀得到混合粉料，其中锰矿渣粉剂和废玻璃粉剂的粒度大于发泡剂粉剂和稳泡粉剂的粒度；
3)微波加热：将步骤2)得到混合粉料放置在成型容器内，在频率为100GHz条件下微波加热升温至900℃的温度烧结30min，自然冷却得到高强轻质建筑材料。
对制备得到的高强轻质建筑材料进行理化性能检测，各项指标为：抗压强度≥15Mpa，导热率≤0.08W/m·k，吸水率为15％～18％，视孔隙率12％～15％，体密度为0.5～0.6g/cm3。
本发明制备得到的高强轻质建筑材料，经过自然冷却后得到的材料制品可做进一步切割，及进行表面机械磨制得到优质成品，可用于做墙体表面装修材料。
实施例4
一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，该方法包括以下步骤：
a)主料：将锰矿渣主料研磨成120～130目的锰矿渣粉剂；
将废玻璃主料研磨成120～130目的废玻璃粉剂；
b)发泡剂：按照质量百分比75％：10％：15％称取碳化硅、钾钠长石粉、钠的化合物，置于带有磨球(二氧化锆球、不锈钢球、氧化铝陶瓷球中的任一种或是他们的组合物，磨球的直径为2～2.5mm。)的搅拌器中，在转速为5000rpm条件下高速搅拌均匀得到粒度为350-400 目，钠的质量百分比为7％，钾的质量百分比为16％的发泡剂粉剂；
c)稳泡剂：将稳泡剂研磨成350-400目的稳泡粉剂；
2)预混合：取步骤1)研磨得到的锰矿渣粉剂、废玻璃粉剂、发泡剂粉剂、稳泡粉剂，按照重量比例66％：30％：3％：1％搅拌均匀得到混合粉料，其中锰矿渣粉剂和废玻璃粉剂的粒度大于发泡剂粉剂和稳泡粉剂的粒度；
3)微波加热：将步骤2)得到混合粉料放置在成型容器内，在频率为200GHz条件下微波加热升温至920℃的温度烧结40min，自然冷却得到高强轻质建筑材料。
对制备得到的高强轻质建筑材料进行理化性能检测，各项指标为：抗压强度≥15Mpa，导热率≤0.08W/m·k，吸水率为18％～20％，视孔隙率15％～18％，体密度为0.6～0.7g/cm3。
本发明制备得到的高强轻质建筑材料，经过自然冷却后得到的材料制品可做进一步切割，及进行表面机械磨制得到优质成品，可用于做墙体表面装修材料。
实施例5
一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，该方法包括以下步骤：
a)主料：将锰矿渣主料研磨成130～140目的锰矿渣粉剂；
将废玻璃主料研磨成130～140目的废玻璃粉剂；
b)发泡剂：按照质量百分比70％：15％：15％称取碳化硅、钾钠长石粉、钠的化合物，置于带有磨球(二氧化锆球、不锈钢球、氧化铝陶瓷球中的任一种或是他们的组合物，磨球的直径为2.5～3mm。)的搅拌器中，在转速为2500rpm条件下高速搅拌均匀得到粒度为280-330 目，钠的质量百分比为8％，钾的质量百分比为17％的发泡剂粉剂；
c)稳泡剂：将稳泡剂研磨成280-330目的稳泡粉剂；
2)预混合：取步骤1)研磨得到的锰矿渣粉剂、废玻璃粉剂、发泡剂粉剂、稳泡粉剂，按照重量比例70％：20％：5％：5％搅拌均匀得到混合粉料，其中锰矿渣粉剂和废玻璃粉剂的粒度大于发泡剂粉剂和稳泡粉剂的粒度；
3)微波加热：将步骤2)得到混合粉料放置在成型容器内，在频率为300GHz条件下微波加热升温至930℃的温度烧结25min，自然冷却得到高强轻质建筑材料。
对制备得到的高强轻质建筑材料进行理化性能检测，各项指标为：抗压强度≥15Mpa，导热率≤0.08W/m·k，吸水率为20％～22％，视孔隙率18％～20％，体密度为0.7～0.8g/cm3。
本发明制备得到的高强轻质建筑材料，经过自然冷却后得到的材料制品可做进一步切割，及进行表面机械磨制得到优质成品，可用于做墙体表面装修材料。
实施例6
一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，该方法包括以下步骤：
a)主料：将锰矿渣主料研磨成140～150目的锰矿渣粉剂；
将废玻璃主料研磨成140～150目的废玻璃粉剂；
b)发泡剂：按照质量百分比70％：10％：20％称取碳化硅、钾钠长石粉、钠的化合物，置于带有磨球(二氧化锆球、不锈钢球、氧化铝陶瓷球中的任一种或是他们的组合物，磨球的直径为1～2mm。)的搅拌器中，在转速为3500rpm条件下高速搅拌均匀得到粒度为330-380 目，钠的质量百分比为6％，钾的质量百分比为15％的发泡剂粉剂；
c)稳泡剂：将稳泡剂研磨成330-380目的稳泡粉剂；
2)预混合：取步骤1)研磨得到的锰矿渣粉剂、废玻璃粉剂、发泡剂粉剂、稳泡粉剂，按照重量比例55％：35％：6％：4％搅拌均匀得到混合粉料，其中锰矿渣粉剂和废玻璃粉剂的粒度大于发泡剂粉剂和稳泡粉剂的粒度；
3)微波加热：将步骤2)得到混合粉料放置在成型容器内，在频率为150GHz条件下微波加热升温至940℃的温度烧结35min，自然冷却得到高强轻质建筑材料。
对制备得到的高强轻质建筑材料进行理化性能检测，各项指标为：抗压强度≥15Mpa，导热率≤0.08W/m·k，吸水率为12％～16％，视孔隙率13％～15％，体密度为0.5～0.6g/cm3。
本发明制备得到的高强轻质建筑材料，经过自然冷却后得到的材料制品可做进一步切割，及进行表面机械磨制得到优质成品，可用于做墙体表面装修材料。
Claims (6)
1.一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)原料预处理：
a)主料：将锰矿渣主料研磨成80～150目的锰矿渣粉剂；
将废玻璃主料研磨成80～150目的废玻璃粉剂；
b)发泡剂：按照质量百分比65-75％：10-15％：15-25％称取碳化硅、钾钠长石粉、钠的化合物，置于带有磨球的搅拌器中，高速搅拌均匀得到粒度为220-400目，钠的质量百分比为4-8％，钾的质量百分比为12-18％的发泡剂粉剂；
c)稳泡剂：将稳泡剂研磨成220-400目的稳泡粉剂；
2)预混合：取步骤1)研磨得到的锰矿渣粉剂、废玻璃粉剂、发泡剂粉剂、稳泡粉剂，按照重量比例40～70％：20～50％：3～8％：1～5％搅拌均匀得到混合粉料，其中锰矿渣粉剂和废玻璃粉剂的粒度大于发泡剂粉剂和稳泡粉剂的粒度；
3)微波加热：将步骤2)得到混合粉料放置在成型容器内，微波加热升温至800～940℃的温度烧结20～40min，自然冷却得到高强轻质建筑材料。
2.根据权利要求1所述的一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，其特征在于：所述稳泡剂为硼砂；所述的废玻璃为废弃的玻璃边角料或是洗净后的废弃玻璃碎片。
3.根据权利要求1所述的一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，其特征在于：所述磨球为二氧化锆球、不锈钢球、氧化铝陶瓷球中的任一种或是他们的组合物，磨球的直径为0.5～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，其特征在于：所述高速搅拌其转速为2000-5000rpm。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，其特征在于：制备得到的高强轻质建筑材料抗压强度≥15Mpa，导热率≤0.08W/m·k，吸水率为8％～22％，视孔隙率8％～20％，体密度为0.3～0.8g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种利用锰矿渣为原料微波高温加热制备轻质材料的方法，其特征在于：所述微波加热的频率为300MHz-300GHz。
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