CN112745096B - 一种高强环保型硅酸钙板的制备方法 - Google Patents

一种高强环保型硅酸钙板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强环保型硅酸钙板的制备方法。技术方案包括将300‑400份白泥、石英尾矿粉60‑80份、粉煤灰30‑60份、80‑160份水、1‑5份助磨剂放入湿式球磨机中，湿磨得到浆料A；取120‑180份玻璃光纤废泥、30‑60份超细陶瓷纤维、40‑80份水、1‑5份助磨剂混合湿磨得到浆料B；取浆料A和B，加入80‑150份废纸浆、20‑30份水性环氧树脂乳液、50‑60份氧化石墨烯、60‑100份水，均匀搅拌后得到浆料C，将浆料C注入模板，利用造纸厂排风余热蒸养、烘干、抛光后，得到高强环保型硅酸钙板。本发明采用湿磨工艺实现了材料的超细化，充分发挥了材料的活性，且利用全固废体系制作硅酸钙板实现了材料的综合高效利用；借助造纸厂排风余热养护成型，水化速率高；所得硅酸钙板抗折强度高、隔热性能优良，有着巨大的推广价值。

Description

一种高强环保型硅酸钙板的制备方法
技术领域
本发明属于建筑领域，涉及一种高强环保型硅酸钙板的制备方法。
技术背景
硅酸钙板作为一种新型的绿色建筑环保材料，被应用于商业工程建筑的吊顶天花和隔墙、家庭装修、家具的衬板、广告牌的衬板、仓库的棚板以及隧道等室内工程的壁板等地方，除具有传统板材的基础功能外，还有优越的防火和防潮性能，具有隔音、耐久性好等优点，是一种理想的装饰板材。硅酸钙是以硅质、钙质材料为主要胶结材料，加入一定量的无机矿物纤维或者其他纤维作为增强材料，在高温高压条件下蒸汽养护快速固化反应，得到的一种硅酸钙胶凝体系的板材。但是常规的硅酸钙板要使用天然石膏粉作为主要原材料，制作成本高，且一般采用水蒸气养护的普通蒸养工艺，其加热方式是由内到外进行的，板材内外加热不均匀，易开裂，加热速率慢，生产效益低。
造纸白泥是造纸过程中从氢氧化钠溶液悬浊液中分离出来的副产品，主要成分是CaCO3。目前造纸白泥年产量巨大，但是处理方法存在巨大缺陷，多数采用填埋、焚烧处理，不仅占用资源，还可能造成二次污染；废纸浆也是造纸厂生产纸后的废弃浆料，回收利用成本高，排放处理困难，但是废纸浆内存在大量的植物纤维，若回收利用，可起到纤维增强的作用；玻璃光纤主要材质是石英，回收价值不高，但是其SiO2含量较高，结合白泥中存在的CaCO3和废纸浆的植物纤维，完美契合了硅酸钙板的生产要求。因此利用造纸白泥、玻璃光纤、废纸浆制作硅酸钙板，不仅可以解决资源浪费、环境污染的情况，还可以有效降低硅酸钙板的成本，通过造纸厂排风余热进行蒸养，充分利用资源，改善了硅酸钙板易开裂的情况。
CN108424081A公开了一种保温型硅酸钙板的制备方法，主要组分为30-40份120-300目钼尾矿，20-40份200-300目石英粉，50-60份硅酸盐水泥，80-120份水，18-25份改性多孔氧化铁纤维和3-8份分散剂。上述发明工艺复杂，改性多孔氧化铁纤维的预处理步骤繁多，难以实现大量生产。
CN104003674A公开了一种硅钙板及其生产方法,以造纸白泥、铅硅渣、硅酸盐水泥、秸千纤维、石棉、减水剂和水为原料混合压制而成。上述发明蒸压条件要求高、养护时间长，需在1.0-2.0Mpa、60-70℃的蒸汽中养护15-16小时，制备成本高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在资源化难以利用、生产成本高的问题，提供一种通过固体废弃物本身的性质和彼此的相互作用来生产硅酸钙板的方法。
一种高强环保型硅酸钙板的方法，原料组分及其质量份如下：
步骤一：将300-400份白泥、石英尾矿粉60-80份、粉煤灰30-60份、80-160份水、1-5份减水剂放入湿式球磨机中，湿磨得到浆料A；
步骤二：取120-180份玻璃光纤废泥、30-60份超细陶瓷纤维、40-80份水、1-5份助磨剂混合湿磨得到浆料B；
步骤三：取浆料A和B，加入80-150份废纸浆、20-30份水性环氧树脂乳液、50-60份氧化石墨烯、60-100份水，均匀搅拌后得到浆料C，将浆料C注入模板，利用造纸厂排风余热蒸养、烘干、抛光后得到高强环保型硅酸钙板。
步骤一所用的白泥来自于造纸白泥，优选含钙量为不低于70wt％、含水量不超过25wt％、残余造纸纤维不超过10wt％的造纸白泥；
步骤一的浆料A是利用湿磨制备技术在300-500r/min的转速下湿磨60-120分钟得到的，其中值粒径小于8μm；
步骤一的减水剂为聚羧酸系高效减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂中的一种或几种复合；
步骤二所用的光纤玻璃废泥主要组分为SiO2；
步骤二的助磨剂为三乙醇胺类助磨剂、三异丙醇胺类助磨剂、乙二醇类助磨剂中的一种；
步骤二的浆料B是利用湿磨制备技术在400-600r/min的转速下湿磨80-180分钟得到的，其中值粒径小于5μm；
步骤三废纸浆的主要组分为造纸厂生产纸张之后剩余的废弃浆料，主要组分是植物纤维，纤维长度为5-10mm；
步骤三养护的造纸厂排风余热来源于纸机干燥部密闭气罩排风余热回收，蒸养温度在200℃以上，蒸养时间不低于5h；
步骤三的坯板蒸养后高于60℃的环境下干燥4小时以上。
步骤三的坯板抛光用振动频率为50Hz以上的硅酸钙板抛光机。
采用湿磨技术是为了细化玻璃纤维废泥和白泥，在助磨剂和减水剂的作用下，可以提前析出Si4+和Ca2+，发生预解聚，混合时有效提高反应速率，加快反应时间，充分发挥两种材料活性，使造纸白泥和玻璃光纤废泥中的原料成分被高效利用，反应生成絮凝状水化硅酸钙(C-S-H)和大量纤维状水化产物，起到增强基体的作用。造纸白泥和废纸浆中的大量纤维在硅酸钙板中起到了增加韧性的作用，纤维凝固后，相互粘接成为致密的、乱向分布的网状增强系统，有利于防止并控制裂缝的产生和发展，有效提高了抗折强度和韧性。
本发明的有益效果:
1.采用全固废体系，不仅降低了环境负荷，还节省了大量建筑用材，达到了治理环境污染和固体废弃材料综合高效利用的双重效果，促进了建筑行业的可持续发展。
2.借助造纸厂排风余热养护成型，回收余热温度可高达200-300℃，有效提高水化速率，成型快，还充分利用资源，节能环保。
3.所得硅酸钙板由于采用湿磨工艺处理，其原材料细度更大，结合造纸厂排风余热蒸养，加速了水化反应速率，有效提高抗折强度，加之控制合适放热钙硅比，减少了未反应物中的游离氧化钙，不仅提高了强度，也使得隔热性能更优良。
4.本发明中加入粉煤灰和纸纤维与超细陶瓷纤维作用可以减少硅酸钙板的裂缝率；
5.由于超细陶瓷纤维自身的耐火温度在1300℃以上，可以提高制备的碳酸钙板的耐温性能及耐火时间；超细陶瓷纤维是一种环保，A1级阻燃产品，解决了石棉带来的耐温低、环境问题，更环保，质量更好。
6.水性环氧树脂乳液是一种不含挥发性有机溶剂(VOC)的环保低毒型水分散乳液，它由环氧树脂、乳化剂按一定比例混合加热至一定高温并搅拌均匀，然后再在其中加入一定量的稀释剂、保护性胶体和蒸馏水搅拌制成。其最大的特点就是将油性的环氧树脂分散在水中，使得体系的连续相由环氧溶液相转变为水相，发生了相反转(即W/O变为O/W)，不含有机溶剂且低毒环保。水性环氧树脂乳液能很好地与多种材料黏结，体现了其良好的黏附性能，同时又保留了环氧树脂本身特有的性能。
7.氧化石墨烯上丰富的羟基、羧基等官能团使得碳纤维与粉料之间的吸附性大大增强，在高温水化反应中，氧化石墨烯片层上的极性基团可以诱导托贝莫来石和硬硅钙石等高温水化晶体在氧化石墨烯片层上生长，并形成规整的晶体结构，从而将氧化石墨烯片层本身的高强度引入到晶体结构中去，使得硅酸钙板结构更加致密，抗折强度大大增加。氧化石墨烯是平面网状结构，水分子无法通过，将氧化石墨烯引入硅酸钙板结构中可以部分的影响和阻止水分子在硅酸钙板中的运动，从而有效的降低硅酸钙板的吸水率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优势表现地更加清楚，以下列出了四个实施例、两个对比例，对本发明进一步阐明。此处所述的具体实施方案仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
步骤一：将300份白泥、石英尾矿粉60份、粉煤灰30份、80份水、5份聚羧酸系高效减水剂放入湿式球磨机中，在300r/min的转速下湿磨60分钟得到浆料A，浆料A的中值粒径为8μm；
步骤二：取120份玻璃光纤废泥、30份超细陶瓷纤维、40份水、5份三乙醇胺类助磨剂在400r/min的转速下混合湿磨80分钟得到浆料B，浆料B的中值粒径为5μm；
步骤三：取浆料A和B，加入80份废纸浆、20份水性环氧树脂乳液、50份氧化石墨烯、60份水，均匀搅拌后得到浆料C，将浆料C注入模板，利用造纸厂排风余热在200℃条件下蒸养10h，在60℃下干燥6小时，抛光后得到硅酸钙板。
实施例2
步骤一：将340份白泥、石英尾矿粉65份、粉煤灰35份、120份水、2.5份聚羧酸系高效减水剂放入湿式球磨机中，在350r/min的转速下湿磨80分钟得到浆料A，浆料A的中值粒径为7μm；
步骤二：取140份玻璃光纤废泥、35份超细陶瓷纤维、60份水、3份三乙醇胺类助磨剂在450r/min的转速下混合湿磨120分钟得到浆料B，浆料B的中值粒径为4μm；
步骤三：取浆料A和B，加入100份废纸浆、25份水性环氧树脂乳液、55份氧化石墨烯、80份的水，均匀搅拌后得到浆料C，将浆料C注入模板，利用造纸厂排风余热在200℃条件下蒸养10h，在65℃下干燥5.5小时，抛光后得到硅酸钙板。
实施例3
步骤一：将360份白泥、石英尾矿粉65份、粉煤灰35份、140份水、1.5份聚羧酸系高效减水剂放入湿式球磨机中，在450r/min的转速下湿磨100分钟得到浆料A，浆料A的中值粒径为5μm；
步骤二：取160份玻璃光纤废泥、35份超细陶瓷纤维、70份水、2份三乙醇胺类助磨剂在550r/min的转速下混合湿磨160分钟得到浆料B，浆料B的中值粒径为2μm；
步骤三：取浆料A和B，加入120份废纸浆、25份水性环氧树脂乳液、55份氧化石墨烯、90份的水，均匀搅拌后得到浆料C，将浆料C注入模板，利用造纸厂排风余热在200℃条件下蒸养10h，在75℃下干燥5小时，抛光后得到硅酸钙板。
实施例4
步骤一：将400份白泥、石英尾矿粉80份、粉煤灰60份、160份水、1份聚羧酸系高效减水剂放入湿式球磨机中，在500r/min的转速下湿磨120分钟得到浆料A，浆料A的中值粒径为3μm；
步骤二：取180份玻璃光纤废泥、60份超细陶瓷纤维、80份水、1份三乙醇胺类助磨剂在600r/min的转速下混合湿磨180分钟得到浆料B，浆料B的中值粒径为1μm；
步骤三：取浆料A和B，加入150份废纸浆、30份水性环氧树脂乳液、60份氧化石墨烯、100份的水，均匀搅拌后得到浆料C，将浆料C注入模板，利用造纸厂排风余热在200℃条件下蒸养10h，在80℃下干燥4小时，抛光后得到硅酸钙板。
比较例1
直接将300份白泥、120份玻璃光纤废泥、240份水、5份聚羧酸系高效减水剂、5份三乙醇胺类助磨剂混合、加入80份废纸浆，均匀搅拌后得到浆料，将浆料注入模板，利用造纸厂排风余热在200℃条件下蒸养10h，在80℃下干燥4小时，抛光后得到硅酸钙板。
比较例2
步骤一：将300份白泥、80份水、2.5份聚羧酸系高效减水剂放入湿式球磨机中，在300r/min的转速下湿磨60分钟得到浆料A，浆料A的中值粒径为8μm；
步骤二：取120份玻璃光纤废泥、40份水、1.5份三乙醇胺类助磨剂在400r/min的转速下混合湿磨80分钟得到浆料B，浆料B的中值粒径为5μm；
步骤三：取浆料A和B，加入80份废纸浆、80份的水，均匀搅拌后得到浆料C，将浆料C注入模板，普通蒸压养护24h，在80℃下干燥4小时，抛光后得到硅酸钙板。
Figure BDA0002899100410000071
由上表数据不难看出，所有实例的硅酸钙板满足国家标准JC/T654.1-2008，而对比例1所得的硅酸钙板在抗折强度、密度、含水率等方面均达不到国家标准，说明没有湿磨工艺时材料性能不能完全发挥，达不到相应要求，而对比例2虽然可以满足国家规范，但是其抗折强度、导热系数等方面都远不如实例，由此可见该发明所述的硅酸钙板不仅有着自重轻、抗折强度大、导热系数低等优点，保证了其优异的力学性能和耐火性能，还能固废利用，达到了治理环境污染和固体废弃材料综合高效利用的双重效果。

Claims (8)

1.一种高强环保型硅酸钙板的制备方法，其特征在于：原料组分及其质量份如下：
步骤一：将300-400份造纸白泥、60-80份石英尾矿粉、30-60份粉煤灰、80-160份水、1-5份减水剂放入湿式球磨机中，混合湿磨得到的中值粒径小于8μm的浆料A；
其中造纸白泥的含钙量不低于70wt％、含水量不超过25wt％、残余造纸纤维不超过10wt％；
步骤二：取120-180份光纤玻璃废泥、30-60份超细陶瓷纤维、40-80份水、1-5份助磨剂混合，湿磨得到中值粒径小于5μm的浆料B；
所述光纤玻璃废泥为废弃的光纤玻璃回收得到，为Al2O3、Fe2O3总含量不超过5wt％、SiO2含量超过95wt％的光纤玻璃废泥；
步骤三：取浆料A和B，加入80-150份废纸浆、20-30份水性环氧树脂乳液、50-60份氧化石墨烯、60-100份水，均匀搅拌后得到浆料C，将浆料C注入模板，利用造纸厂排风余热蒸养、烘干、抛光后得到高强环保型硅酸钙板。
2.根据权利要求1所述的一种高强环保型硅酸钙板的制备方法，其特征在于：步骤一浆料A是利用湿磨制备技术在300-500r/min的转速下湿磨60-120分钟得的。
3.根据权利要求1所述的一种高强环保型硅酸钙板的制备方法，其特征在于：步骤一减水剂为聚羧酸系高效减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂中的一种或几种复合。
4.根据权利要求1所述的一种高强环保型硅酸钙板的制备方法，其特征在于：步骤二中的助磨剂为三乙醇胺类助磨剂、三异丙醇胺类助磨剂、乙二醇类助磨剂中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高强环保型硅酸钙板的制备方法，其特征在于：步骤二中浆料B是利用湿磨制备技术在400-600r/min的转速下湿磨30-180分钟得到的。
6.根据权利要求1所述的一种高强环保型硅酸钙板的制备方法，其特征在于：步骤三中废纸浆的主要组分为造纸厂生产纸张之后剩余的废弃浆料，主要组分是植物纤维，纤维长度为5-10mm。
7.根据权利要求1所述的一种高强环保型硅酸钙板的制备方法，其特征在于：步骤三中养护的造纸厂排风余热来源于纸机干燥部密闭气罩排风余热回收，蒸养温度在200℃以上，蒸养时间不低于5h。
8.根据权利要求1所述的一种高强环保型硅酸钙板的制备方法，其特征在于：蒸养后的坯板在不低于60℃的环境下干燥4h以上，抛光用振动频率为50Hz以上的硅酸钙板抛光机。
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