CN111704425B - 一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板及其制备方法。该方法，包括以下步骤：按配比称取低塑性硅质原料、海泡石族黏土类矿物和消石灰，混合均匀后获得干混物料；将干混物料置于模具中，按配比加水，混合均匀后获得半干物料，然后将半干物料压制成型，随后自然陈化，获得陈化制品；对陈化制品进行蒸压养护，蒸压结束后，自然冷却、出釜，最后经烘干、裁切得到含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板。本发明以低塑性硅质原料作为主要原料，采用半干法成型工艺，在不添加纤维、水泥等增强材料的基础上，中加海泡石族黏土类矿物和消石灰制备硅酸钙板，制得的硅酸钙板强度高且调湿、吸附甲醛和苯的性能良好，制造工艺简单，成本低。

Description

一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板及其制备方法。

背景技术

硅酸钙板通常以硅质原料(如粉煤灰、硅藻土、粉石英等)和钙质原料(如石灰、电石泥等)为原料，通过添加增强纤维(如石棉、玻璃纤维等)，经过制浆、成型、预养护、蒸压养护、烘干切割，砂光等工序制成。传统的硅酸钙板虽然具有高强、隔热、防火、防潮等优点，但不具备调湿、除臭、净化室内空气等性能。硅藻土具有独特的孔隙结构，将硅藻土作为填料添加到建筑材料中，具有调节室内湿度、保温、隔音、除臭抑菌等诸多优良性能，有研究表明，硅藻土对甲醛、甲苯、苯酚等有机污染物也具有一定的吸附能力。

硅藻基硅酸钙板工业上常用的湿法混浆工艺成型压力不能过高，必须依靠额外添加纤维、水泥和预先水热等方法对硅酸钙板强度进行补强，原料成本高，工艺过程较繁琐。CN110482978A所采用的半干法成型工艺简单，原料仅为硅藻土、消石灰和水，不需额外加入植物纤维等，成本低廉。然而，并非所有硅藻土均能适用于该体系。天然硅藻土中硅藻被较多杂质包覆，通过将天然硅藻土煅烧处理能够有效去除硅藻土中的有机杂质，提高硅藻土的白度和纯度，还能改善硅藻土的孔道结构，随着优质硅藻土原料的不断减少，煅烧加工工艺已成为硅藻土提纯加工过程中的重要环节。所得煅烧硅藻土塑性较差，通过半干法制备的硅钙板的成型过程中可塑性较差，成型和蒸压前转运过程中容易产生裂隙，影响其强度及耐用性。

以非粘土型天然硅藻土、煅烧蛋白土、石英粉及膨胀珍珠岩为硅质原料进行半干法制备硅酸钙板同样存在上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板及其制备方法，解决现有技术中低塑性硅质原料通过半干法制备硅酸钙板的成型过程中可塑性较差，成型和蒸压前转运过程中容易产生裂隙的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的第一方面提供了一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板的制备方法，包括以下步骤：

按配比称取低塑性硅质原料、海泡石族黏土类矿物和消石灰，混合均匀后获得干混物料；

将上述干混物料置于模具中，按配比加水，混合均匀后获得半干物料，然后将上述半干物料压制成型，随后自然陈化，获得陈化制品；

对上述陈化制品进行蒸压养护，蒸压结束后，自然冷却、出釜，最后经烘干、裁切得到含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板。

本发明的第二方面提供了一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板，该含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板通过本发明第一方面提供的含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板的制备方法得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明以低塑性硅质原料作为主要原料，采用半干法成型工艺，在不添加纤维、水泥等增强材料的基础上，在低塑性硅质原料中添加一定比例的海泡石族黏土类矿物和消石灰制备硅酸钙板，制得的硅酸钙板强度高且调湿、吸附甲醛和苯的性能良好，制造工艺简单，成本低。

附图说明

图1是本发明提供的含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板的制备方法一实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1，本发明的第一方面提供了一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板的制备方法，包括以下步骤：

S1:按配比称取低塑性硅质原料、海泡石族黏土类矿物和消石灰，混合均匀后获得干混物料。

S2:将上述干混物料置于模具中，按配比加水，混合均匀后获得半干物料，然后将上述半干物料压制成型，随后自然陈化，获得陈化制品。

S3:对上述陈化制品进行蒸压养护，蒸压结束后，自然冷却、出釜，最后经烘干、裁切得到含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板。

本发明以低塑性硅质原料作为主要原料，采用半干法成型工艺，在不添加纤维、水泥等增强材料的基础上，在低塑性硅质原料中添加一定比例的海泡石族黏土类矿物和消石灰制备硅酸钙板，制得的硅酸钙板强度高且调湿、吸附性能良好，制造工艺简单，成本低。

优选地，上述低塑性硅质原料为非粘土型天然硅藻土、煅烧硅藻土、煅烧蛋白土、石英粉及膨胀珍珠岩中的一种或多种。

优选地，上述海泡石族黏土类矿物为海泡石、凹凸棒石、改性海泡石或改性凹凸棒石中的一种或多种。海泡石与凹凸棒石同为含镁链层状海泡石族黏土类矿物，遇水后，单体纤维不规则分散，使其具有较强的粘性，能改善半干法制备过程中容易产生裂隙的问题，并且由于其特殊的孔结构而具有较大的表面积，内部孔隙发达，其表面的极性位点对甲醛也具有较好的吸附性能。

进一步地，上述改性海泡石或改性凹凸棒石通过以下步骤得到：将海泡石或凹凸棒石与体积分数为5～15％的稀盐酸按固液比1:(8～12)混合并活化6～12h，清洗至中性，得到改性海泡石或改性凹凸棒石。海泡石或凹凸棒石经酸改性后，由于海泡石或凹凸棒石纤维中方解石等杂质的溶解以及部分Mg²⁺离子的溶出，孔道结构被疏通，纤维分散，有利于增大二者的比表面积和微孔率。盐酸改性的过程中，需要控制盐酸的浓度，若盐酸的浓度过低，难以彻底除去孔道中的碳酸盐类杂质，Mg²⁺脱除率较低，不能彻底打通孔道；若盐酸的浓度过高，又会破坏纤维结构，使纤维结构坍塌，虽然孔隙率大，但不利于气态污染物的吸附。

优选地，上述低塑性硅质原料为煅烧硅藻土，上述海泡石族黏土类矿物为海泡石、凹凸棒石、改性海泡石或改性凹凸棒石中的一种或多种。

进一步地，上述低塑性硅质原料、海泡石族黏土类矿物和消石灰的质量比为(1.1～2.8):(0.4～1.2):1。

更进一步地，上述低塑性硅质原料、海泡石族黏土类矿物和消石灰的质量比为1.7:0.7:1。

优选地，上述半干物料中，水占干混物料的质量比为25～35％。

优选地，上述压制成型过程中，成型压力为0.5～3MPa。

进一步地，上述压制成型过程中，成型压力为1MPa。

优选地，上述蒸压养护的过程中，蒸压温度为144～184℃，蒸压时间为6～12h。

进一步地，上述蒸压养护的过程中，蒸压温度为170～175℃，蒸压时间为8～10h。

本发明的第二方面提供了一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板，该含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板通过本发明第一方面提供的含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板的制备方法得到。

为避免赘述，本发明以下各实施例和对比例中采用的原料如下：

煅烧硅藻土和消石灰均来自吉林省白山市，煅烧硅藻土中二氧化硅的含量为80～90wt％，消石灰中氢氧化钙的含量为90～95wt％；

海泡石来自湖南湘潭，海泡石矿中二氧化硅含量60～70wt％，氧化镁含量20～25wt％；

改性海泡石通过以下步骤得到：将海泡石与体积分数为10％的稀盐酸按固液比1:10混合并活化8h，清洗至中性，得到改性海泡石；

所用凹凸棒石取自安徽明光，其氧化镁含量15～20％，二氧化硅含量60～65％；

改性凹凸棒石通过以下步骤得到：将凹凸棒石与体积分数为15％的稀盐酸按固液比1:8混合并活化12h，清洗至中性，得到改性凹凸棒石。

实施例1

S1.按质量配比为1.7:0.7:1称取煅烧硅藻土、海泡石、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料。

S2.将上述干混物料置于15mm×40mm的模具中，加入占干混物料总质量为35％的水，混合均匀，获得半干物料，然后采用1MPa压力将上述半干物料置于压力机中压制成型，随后自然陈化12h，获得陈化制品。

S3.将上述陈化制品置于蒸压釜中，在175℃下蒸压10h，蒸压结束后，自然冷却、出釜，最后在105℃下烘烤6h，得到含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板。

实施例2

S1.按质量配比为1.7:0.7:1称取煅烧硅藻土、改性海泡石、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料。

S2.将上述干混物料置于15mm×40mm的模具中，加入占干混物料总质量为35％的水，混合均匀，获得半干物料，然后采用1MPa压力将上述半干物料置于压力机中压制成型，随后自然陈化12h，获得陈化制品。

S3.将上述陈化制品置于蒸压釜中，在175℃下蒸压10h，蒸压结束后，自然冷却、出釜，最后在105℃下烘烤6h，得到含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板。

实施例3～5

实施例3～5与实施例2的工作过程、工作原理基本相同，不同之处在于，煅烧硅藻土、改性海泡石与消石灰的质量比不一致，详见表1。

实施例6～9

实施例6～9与实施例2的工作过程、工作原理基本相同，不同之处在于，蒸压养护的过程中，蒸压温度不一致，详见表1。

实施例10～12

实施例10～12与实施例2的工作过程、工作原理基本相同，不同之处在于，蒸压养护的过程中，蒸压时间不一致，详见表1。

实施例13

S1.按质量配比为1.7:0.7:1称取煅烧硅藻土、凹凸棒石、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料。

S2.将上述干混物料置于15mm×40mm的模具中，加入占干混物料总质量为25％水，混合均匀，获得半干物料，然后采用1MPa压力将上述半干物料置于压力机中压制成型，随后自然陈化12h，获得陈化制品。

S3.将上述陈化制品置于蒸压釜中，在170℃下蒸压10h，蒸压结束后，自然冷却、出釜，最后在105℃下烘烤6h，得到含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板。

实施例14

S1.按质量配比为1.7:0.7:1称取煅烧硅藻土、改性凹凸棒石、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料。

S2.将上述干混物料置于15mm×40mm的模具中，加入占干混物料总质量为25％的水，混合均匀，获得半干物料，然后采用1MPa压力将上述半干物料置于压力机中压制成型，随后自然陈化12h，获得陈化制品。

S3.将上述陈化制品置于蒸压釜中，在170℃下蒸压10h，蒸压结束后，自然冷却、出釜，最后在105℃下烘烤6h，得到含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板。

对比例1

S1.按质量配比为2.3:1称取煅烧硅藻土和消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料。

S2.将上述干混物料置于15mm×40mm的模具中，加入占干混物料总质量为35％的水，混合均匀，获得半干物料，然后采用1MPa压力将上述半干物料置于压力机中压制成型。

需要说明的是，上压制述成型过程中，半干物料难以成型，且塑性较差，从而无法通过后续蒸压养护过程得到硅酸钙板。

对比例2～3

对比例2～3与实施例2的工作过程、工作原理基本相同，不同之处在于，水占干混物料的质量比不一致，详见表1。

需要说明的是，上述压制成型过程中，半干物料难以成型或成型效果差，从而无法通过后续蒸压养护过程得到硅酸钙板。

对比例4

S1.按质量配比为1.7:0.7:1称取煅烧硅藻土、海泡石、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料。

S2.将上述干混物料置于15mm×40mm的模具中，加入占干混物料总质量为35％的水，混合均匀，获得半干物料，然后采用1MPa压力将上述半干物料置于压力机中压制成型，随后自然陈化12h，获得陈化制品。

S3.将上述陈化制品置于在70℃下烘烤6h，得到硅酸钙板。

对比例5

S1.称取质量配比为50％煅烧硅藻土、19％干纸浆纤维、1％甲基羟乙基纤维素、30％消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料。

S2.将上述干混物料置于15mm×40mm的模具中，加入占干混物料总质量为35％水，混合均匀，获得半干物料，然后采用1MPa压力将上述半干物料置于压力机中压制成型，随后自然陈化12h，获得陈化制品。

S3.将上述陈化制品置于蒸压釜中，在175℃下蒸压10h，蒸压结束后，自然冷却、出釜，最后在105℃下烘烤6h，得到硅酸钙板。

现对实施例1～14和对比例1～5作如下总结，如表1。

表1

试验组

样品抗折强度的测试方法为将待测样品切割成尺寸为100mm×300mm×10mm的条块状板材，采用三点弯曲法测试其抗折强度。

样品吸湿性能的测试方法参考JC/T2002-2009建筑材料吸放湿性能测试方法。具体是将105℃烘干干燥6h后的待测样品(质量m₁)，置于环境温度25℃，相对湿度75％的恒温恒湿含NaCl饱和溶液环境中，24h后称量其质量m₂。样品放湿性的测试方法是将上述吸湿量达到饱和的样品(其质量为m₂)置于环境温度25℃，相对湿度33％的恒温恒湿含MgCl饱和溶液环境中，24h后称取质量m₃。吸湿率(β)和放湿率(γ)按下述公式计算得出。

β＝(m₂–m₁)/m₁×100％ (1)

γ＝(m₂–m₃)/m₂×100％ (2)

甲醛和苯的吸附量测试采用委托湖南华思仪器有限公司制作的PFD-5060光化学反应器，反应器舱体容积为1m³，甲醛的初始浓度为5ppm，苯的初始浓度为10ppm，吸附至饱和(时间为8～10h)。

将本发明实施例1～14中和对比例4～5中得到的硅酸钙板的密度、抗折强度、吸湿、放湿、甲醛去除率和苯去除率进行测试，实验结果见表2。

表2

由实施例1～14可以看出，本发明通过在煅烧硅藻土中加入海泡石、凹凸棒石等海泡石族黏土类矿物，可有效改善半干法制备过程中容易产生裂隙的问题；同时，由于煅烧硅藻土内含大量的介孔和大孔结构，而海泡石或凹凸棒石蒸压后含有大量的微孔，二者结合，便于使孔型结构得到补充和优化，从而有利于提高吸附性能。具体的，大孔和介孔结构对比表面积的影响较小，微孔结构的增加对比表面积有较大影响，吸附气态污染物时，微孔作为主要吸附位点对吸附量有较大贡献；然而，微孔含量过多，吸附质扩散阻力大，吸附质在孔隙中的传质速率慢，引入大孔或介孔结构有利于减小扩散阻力，从而最终提高吸附性能。

与实施例2、14相比，实施例1、13得到的硅酸钙板具有较差的甲醛去除率和苯去除率，其原因在于，实施例1和实施例13中的海泡石、凹凸棒石未经稀盐酸改性，其含有较多的方解石等杂质，矿物纤维状结构未分散，孔道不连通，比表面积和微孔含量都较低，从而导致实施例1和实施例13具有较差的甲醛和苯的去除能力。

与实施例2相比，实施例3得到的硅酸钙板具有较差的吸附性能，其原因在于，实施例3中，煅烧硅藻土与海泡石的质量比较高，从而导致体系中大孔和介孔较多、微孔较少，从而使甲醛和苯的吸附位点较少，最终导致吸附性能较差。

与实施例2相比，实施例4得到的硅酸钙板具有较差的抗折强度，其原因在于，实施例4中的钙硅比过低，其无法形成水化硅酸钙类产物，最终导致所得试样抗折强度较差。

与实施例2相比，实施例5得到的硅酸钙板具有较差的抗折强度，其原因在于，实施例5中的钙硅比过高，低强度的高碱水化硅酸钙不能很好的转化为高强度的低碱水化硅酸钙，最终导致所得试样抗折强度较差；同时，实施例5得到的硅酸钙板的吸附性能也较差，其原因在于，石灰配比较高时，煅烧硅藻土和海泡石比例相对较低，体系中的大孔、介孔、微孔均较少，从而导致吸附性能较差。

与实施例2相比，实施例6～7均具有较差的抗折强度和吸附性能，实施例9具有较差的吸附性能。其原因在于，实施例6～7的蒸压温度较低，导致海泡石的活化效果差，从而导致抗折强度和吸附性能均较差；实施例9的蒸压温度较高，使煅烧硅藻土和海泡石的孔隙结构被破坏，从而导致吸附性能较差。

与实施例2相比，实施例10～11均具有较差的抗折强度和吸附性能、实施例12具有较差的吸附性能，其原因在于，实施例10～11的蒸压时间较低，海泡石活化效果差，且所形成的托贝莫来石物相及水化硅酸钙物相较少，从而导致抗折强度和吸附性能均较差；实施例12的蒸压时间过长，导致煅烧硅藻土和海泡石的孔隙结构被破坏，从而使其吸附性能较差。

与实施例2相比，对比例1中未加入海泡石或凹凸棒石等海泡石族黏土类矿物原料，无法改善半干法制备过程中容易产生裂隙的问题，半干物料难以成型，塑性较差。

与实施例2相比，对比例2～3均未获得制品，其原因在于，对比例2中水的加入量过少，导致半干法成型过程中易产生裂隙，成型效果差，对比例3中水的加入量过多，难以压制成型。

与实施例2相比，对比例4中未采用蒸压养护过程，其具有较差的吸附性能，其原因在于，海泡石原矿由于层间结合力较强，海泡石纤维呈束状紧密结合，在特定蒸压条件下，海泡石纤维解束，吸附能力增强；同时，蒸压后形成的托贝莫来石物相也具有较高比表面积，对吸附有促进作用。

与实施例2相比，对比例5中通过添加干纸浆纤维和增稠剂的方式增强干混物料的粘结性，虽然成型效果较好，但其调湿性能较差，甲醛和苯的去除率较低，其原因在于，体系中微孔含量较少，导致吸附效果差。

综上，本发明通过添加海泡石族黏土类矿物增强了半干法成型工艺过程中物料的可塑性，为半干法制备硅酸钙板蒸压前容易产生裂隙的问题提供了一种有效的解决办法；同时，海泡石族黏土类矿物表面具有极性位点，对室内空气污染物中的甲醛等挥发性有机物具有良好的吸附性能；与海泡石族黏土类矿物原矿相比，蒸压后的海泡石族黏土类矿物微结构进一步改善，因此制备硅酸钙板的过程中加入海泡石族黏土类矿物不仅可提高其力学强度，还可增强硅酸钙板的吸附性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按低塑性硅质原料、海泡石族黏土类矿物和消石灰为1.7:0.7:1的质量比称取低塑性硅质原料、海泡石族黏土类矿物和消石灰，混合均匀后获得干混物料；所述低塑性硅质原料为煅烧硅藻土，所述海泡石族黏土类矿物为改性海泡石或改性凹凸棒石中的一种或多种，且所述改性海泡石或改性凹凸棒石通过将海泡石或凹凸棒石与体积分数为5~15%的稀盐酸按固液比1:（8~12）混合并活化6~12h后清洗至中性得到；

将所述干混物料置于模具中，按配比加水，混合均匀后获得半干物料，然后将所述半干物料压制成型，随后自然陈化，获得陈化制品；所述半干物料中，水占所述干混物料的质量比为25~35%；

对所述陈化制品进行蒸压养护，蒸压结束后，自然冷却、出釜，最后经烘干、裁切得到含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板；所述蒸压养护的过程中，蒸压温度为170~175℃，蒸压时间为8~10h。

2.根据权利要求1所述含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板的制备方法，其特征在于，所述压制成型过程中，成型压力为0.5~3MPa。

3.一种含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板，其特征在于，所述含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板通过权利要求1~2中任一项所述含海泡石族黏土类矿物的硅酸钙板的制备方法得到。

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