CN110590164B - 人造微晶浮石材料及火山成岩法工业固废低温制备人造微晶浮石材料的方法 - Google Patents

人造微晶浮石材料及火山成岩法工业固废低温制备人造微晶浮石材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了人造微晶浮石材料及火山成岩法工业固废低温制备人造微晶浮石材料的方法，该材料包括如下化学成分：Al2O3、SiO2、CaO、MgO、Fe2O3、K2O和Na2O，成分的重量比为：Al2O3：SiO2：CaO：MgO：Fe2O3：K2O：Na2O＝2～20：65～90：0.1～5：0.1～5：0.1～10：0.1～10：0.1～10；制备方法：1)选取原料；2)原料混合与粉磨，得生料粉；3)成型，将步骤(2)制得的生料粉成型；4)烧成，将步骤(3)得到的成型生料置于高温炉中烧结，烧成温度为500‑1000℃；5)冷却；(6)造型；本发明的人造微晶浮石材料制备温度较低，造孔可控，质轻高强、性能优良，用途广泛，原料来源丰富、环保；所述人造微晶浮石材料的制备方法简便易行，成本低廉。

Description

人造微晶浮石材料及火山成岩法工业固废低温制备人造微晶 浮石材料的方法
技术领域
本发明涉及一种轻质无机人造矿物材料，具体是人造微晶浮石材料，适用但不限于工业建筑隔热材料、磨抛材料、催化剂载体、建筑装饰板材、人工浮岛建材及保温填充轻质砂石等。本发明还涉及一种火山成岩法工业固废低温制备人造微晶浮石材料的方法。
背景技术
浮石是火山喷发的岩浆冷凝后形成的一种非金属矿产型无机轻质材料,它具有多孔、质轻、吸水、吸味、隔音、保温、耐火等特点,受到国内外研究学者青睐。浮石通过深加工制成各种产品,应用于建筑、装饰、磨料等,投资少、省工、省力,倍受日本和其它国家的欢迎。
无机轻质材料行业是国家建设、工业材料基础行业，具有体量庞大、应用广泛、品种多样等特点，传统矿物无机轻质材料尤其是浮石材料及其制品往往受到资源开采局限，结构缺陷及均匀稳定性差，强度低，加工粗放，应用低端，开采过程污染环境等问题，从而限制其在更深更广领域的应用。而且，现有技术中天然浮石材料及其制品具有比重不受控、强度与热导性不稳定、开孔吸水性差等缺点，限制了其应用的范围等问题。
具有轻质高强、低吸水、低导热等性能特点的新型无机质人造浮石材料是建筑结构、工业应用、装饰产品和保温材料的共同诉求，代表了无机功能材料的多功能发展方向，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种人造微晶浮石材料，该材料具有轻质高强、低吸水、低导热等性能特点，一方面可以解决现代建筑与工业轻质保温材料领域对优质材料的供应短缺问题，同时又可实现节约自然资源和保护生态环境。本发明还提供一种火山成岩法工业固废低温制备人造微晶浮石材料的方法。
为解决上述技术问题，本发明的人造微晶浮石材料包括如下化学成分：Al2O3、SiO2、CaO、MgO、Fe2O3、K2O和Na2O，成分的重量比为：Al2O3：SiO2：CaO：MgO：Fe2O3：K2O：Na2O＝2～20：65～90：0.1～5：0.1～5：0.1～10：0.1～10：0.1～10。
作为优选，人造微晶浮石材料的重量份原料为：
工业固废70～85份，所述工业固废为冶金尾矿、冶炼炉渣、粉煤灰、垃圾焚烧飞灰、煤矸石、建筑垃圾或污染土中的两种或多种。
无机引气剂1～5份，所述无机引气剂为氯化锌、氯化钙、铝粉、碳化硼、碳化硅、活性炭、石墨、水镁石、菱镁矿或白云石中的一种或多种。
助熔剂10～25份，所述助熔剂为长石、膨润土、氧化硼、硼酸、硼砂、萤石、磷酸、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钾、纳米硅微粉、碳酸钠中的一种或多种。
微晶形核剂0.01～5份，所述微晶形核剂为石灰、氧化钛、三氧化二铬、稀土氧化物中的一种或多种。
火山成岩法工业固废低温制备人造微晶浮石材料的方法，包括如下步骤：
(1)选取上述原料(含有上述化学成分及重量百分比)。
(2)原料混合与粉磨，将步骤(1)选取好的原料按比例称量并混合，置于粉磨机中粉磨，得生料粉；所述生料粉优选的粒度为5～40微米。其中，对粉磨机的选型及粉磨工艺没有特定要求。
(3)成型，将步骤(2)制得的生料粉成型，成型过程加水(水的添加量为生料粉重量20％～50％)调浆挤塑制坯或造粒成型或直接料粉压块或造粒成型。
(4)烧成，将步骤(3)得到的成型生料置于高温炉中烧结，烧成温度为500-1000℃。其中，对高温炉的选型没有特定要求，可以是回转窑、梭式窑、辊道窑、隧道窑或高温流化床等。
(5)冷却，将步骤(4)得到的烧成物料进行自然冷却，得到人造微晶浮石材料。
(6)造型，将步骤(5)得到的人造微晶浮石材料依照不同用途，经切割、抛光、破碎和筛分工序进行造型，得到块状、板状、条状或粒状人造微晶浮石材料。
本发明方法采用火山浮石形成原理，通过助熔剂作用实现材料低温(500-1000℃)软化引气可控发泡，并在微晶形核剂的定向成核作用下，使得降温过程中玻璃态液相微晶析出形成稳态结构，制得人造微晶浮石。
与现有技术方案相比，本发明的有益效果：
(1)本发明所制得的人造微晶浮石材料性能优良，孔径可控，相对低温烧成，微晶化结构保证质轻高强、吸水率低、低导热、防火阻燃。
(2)本发明所用的方法简便易行，可批量生产；且原材料来源丰富，可大量使用工业固废甚至危废，既降低了生产成本，又实现了资源节约、废弃物协同处置和环境保护。
(3)本发明所制得的人造微晶浮石材料用途广泛，可有效解决现代建筑、工业保温材料领域对优质材料的供应短缺问题。
具体实施方式
实施例1
人造微晶浮石材料的原料配比(重量百分比，下同)如表1所示：
表1人造微晶浮石材料的原料配比
Figure BDA0002184417070000031
上述原料中，成分的重量比为：Al2O3：SiO2：CaO：MgO：Fe2O3：K2O：Na2O＝5：70：4：4：9：3：1。
所述人造微晶浮石材料按如下步骤进行制备：
1、选取如表1所示的原料。
2、将步骤1所选取的原料按照如表1所示的配比称重后混合，在球磨机中粉磨，细度控制在30微米，制得生料粉。
3、将步骤2所制得的生料粉进行冲压成型。
4、将步骤3所制得的成型生料在隧道窑中烧结，最高烧成温度设定为900℃，升温速度为10℃/分钟。
5、将步骤4所制得的物料进行自然冷却，制得人造微晶浮石材料。
6、将步骤5所制得的人造微晶浮石材料进行切割制得轻质装饰板材。
实施例2
人造微晶浮石材料的原料配比如表2所示：
表2人造微晶浮石材料的原料配比
Figure BDA0002184417070000041
上述原料中，成分的重量比为：Al2O3：SiO2：CaO：MgO：Fe2O3：K2O：Na2O＝10：72：3：3：4：1：2。
所述人造微晶浮石材料按如下步骤进行制备：
1、选取如表2所示的原料。
2、将步骤1所选取的原料按照如表2所示的配比称重后混合，在球磨机中粉磨，控制粒度在25微米左右，制得生料粉。
3、将步骤2所制得的生料粉进行挤出成型。
4、将步骤3所制得的成型生料在辊道窑中烧结，最高烧成温度设定为850℃，升温速度为15℃/分钟。
5、将步骤4所制得的物料进行自然冷却，制得人造微晶浮石材料。
6、将步骤5所制得的人造微晶浮石材料进行切割制得轻质保温板材。
实施例3
人造微晶浮石材料的原料配比如表3所示：
表3人造微晶浮石材料1的原料配比
Figure BDA0002184417070000042
Figure BDA0002184417070000051
上述原料中，成分的重量比为：Al2O3：SiO2：CaO：MgO：Fe2O3：K2O：Na2O＝10：65：5：3：6：1：2。
所述人造微晶浮石材料按如下步骤进行制备：
1、选取如表3所示的原料。
2、将步骤1所选取的原料按照如表3所示的配比称重后混合，在球磨机中粉磨，粒度控制在35微米左右，制得生料粉。
3、将步骤2所制得的生料粉进行挤出成型。
4、将步骤3所制得的成型生料在1m3的梭式窑中烧结，最高烧成温度设定为980℃，升温速度为12℃/分钟。
5、将步骤4所制得的物料进行自然冷却，制得人造微晶浮石材料。
6、将步骤5所制得的人造微晶浮石材料进行破碎并筛分制得人造轻质骨料。
分别对实施例1-3制得的人造微晶浮石材料进行性能分析，结果如下。
人造微晶浮石板材作为保温板材的性能指标如下表4所示：
表4人造微晶浮石板材性能测试结果
Figure BDA0002184417070000052
人造微晶浮石颗粒料性能测试结果如下表5所示：
表5人造微晶浮石颗粒料性能测试结果
Figure BDA0002184417070000053
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.人造微晶浮石材料，其特征在于包括如下化学成分：Al2O3、SiO2、CaO、MgO、Fe2O3、K2O和Na2O，成分的重量比为：Al2O3：SiO2：CaO：MgO：Fe2O3：K2O：Na2O＝2～20：65～90：0.1～5：0.1～5：0.1～10：0.1～10：0.1～10；
所述的人造微晶浮石材料包括如下重量份的原料：工业固废70～85份，无机引气剂1～5份，助熔剂10～25份，微晶形核剂0.01～5份；
所述微晶形核剂为石灰、氧化钛、三氧化二铬、稀土氧化物中的一种或多种；
所述的人造微晶浮石材料的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)选取原料；
(2)原料混合与粉磨，将步骤(1)选取好的原料按比例称量并混合，置于粉磨机中粉磨，得生料粉；
(3)成型，将步骤(2)制得的生料粉成型，成型过程加水调浆挤塑制坯或造粒成型或直接料粉压块或造粒成型；
(4)烧成，将步骤(3)得到的成型生料置于高温炉中烧结，烧成温度为500-1000℃；
(5)冷却，将步骤(4)得到的烧成物料进行自然冷却，得到人造微晶浮石材料；
(6)造型，将步骤(5)得到的人造微晶浮石材料依照不同用途，经切割、抛光、破碎和筛分工序进行造型，得到块状、板状、条状或粒状人造微晶浮石材料。
2.根据权利要求1所述的人造微晶浮石材料，其特征在于：所述工业固废为冶金尾矿、冶炼炉渣、粉煤灰、垃圾焚烧飞灰、煤矸石、建筑垃圾或污染土中的两种或多种。
3.根据权利要求1所述的人造微晶浮石材料，其特征在于：所述无机引气剂为氯化锌、氯化钙、铝粉、碳化硼、碳化硅、活性炭、石墨、水镁石、菱镁矿或白云石中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的人造微晶浮石材料，其特征在于：所述助熔剂为长石、膨润土、氧化硼、硼酸、硼砂、萤石、磷酸、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钾、纳米硅微粉、碳酸钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的人造微晶浮石材料，其特征在于：在所述步骤(2)中，所述生料粉的粒度为5～40微米。
6.根据权利要求1所述的人造微晶浮石材料，其特征在于：在所述步骤(3)中，所述水的添加量为生料粉重量的20％～50％。
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