CN113185257A - 一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，将工业尾料以及建筑垃圾等固体废料进行筛选、细化、发泡、养护等方式形成防火泡沫陶瓷，用于建筑墙体的保温隔热。具体为：通过除碳、球磨等工艺使固体废料性能满足泡沫陶瓷原材料对细度和纯度的要求，之后将其与发泡剂和固化剂混合，经发泡、养护、水化等工艺流程制备泡沫陶瓷，最后将低导热系数的泡沫陶瓷材料切割分级应用于保温隔热墙体。该材料不但能够解决固废对环境的污染问题，还能减少建筑的热能消耗，是变废为宝的良好策略。

Description

一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料及制备方法
技术领域
本发明属于保温隔热材料制备技术领域，特别涉及一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法。
背景技术
随着工业化和城市化快速发展，与之而来的是巨大能源消耗和大量固体废料的产生。我国主要固体废弃物中，一般工业固体废弃物产生量最大。另外，我国建筑垃圾数量已占到城市垃圾总量的30％～40％。目前对固体废物处理方法虽然有许多种，例如，卫生填埋、焚化、堆肥等。但这些方式不仅会占用大量土地、花费大量建设经费，同时清运和堆放过程中遗撒、粉尘和扬灰又造成了严重的环境污染问题。在城市化进程中建筑物固体废料已经严重影响人类赖以生存的环境。目前,对固体废料的利用较少，国内利用率不足10％。固体废料内丰富的组分若能得到综合利用会创造巨大经济效益及环境效益。
目前，传统有机保温隔热材料(如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、颗粒保温材料)在使用过程中存在巨大安全隐患。一旦火灾发生，有机材料在100℃以上发生软化变形，会导致火势迅速蔓延，造成难以预计损失与伤亡。同时，有机板材引燃后，产生的有毒有害气体在空气中挥发，人体吸入后，易引发多种呼吸道疾病，造成额外的损伤。另一方面，传统无机保温隔热材料(如泡沫混凝土、岩棉、玻璃棉)由于其力学强度低，吸水性大，施工操作性较差等缺点会造成结构耐久性降低，施工难度大等问题。因此，寻找耐火、高强、低导热系数的保温隔热材料迫在眉睫。
防火泡沫陶瓷保温板是以陶瓷骨料为主，添加多种辅料，通过化学发泡方式制成，具有轻质保温、A级防火、低吸水率、高黏结力、低碳节能、环保利废、耐久性好等特点，是目前建筑墙体保温隔热发展的趋势，有着广阔的市场前景。
针对以上现状，利用固废再生技术，将工业尾料以及建筑垃圾等固体废料进行再加工，使其作为泡沫陶瓷的原材料，通过优化工艺流程制备泡沫陶瓷，最后将泡沫陶瓷应用于墙体的保温隔热。这样不仅能够解决固废对生态环境的污染问题，还能用于建筑保温隔热减少建筑的热能消耗，实现经济效益，是变废为宝的良好策略。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，包括以下步骤：
1)固废材料的提纯优化
2)发泡浆体的制备
3)防火泡沫陶瓷的制备。
优选地，所述步骤1)具体包括以下步骤：
首先，人工分类筛选去除固体废料中大块的塑料、木板、金属杂物；然后将固体废料在流动的氧气中烧结，烧结温度为500-600℃，以除去碳杂质；随后，固体废料粉碎过筛，筛孔孔径4-10目，除去大颗粒得到细化粒料；将细化粒料通过水洗除去材料中的融溶有害杂质，纯化原材料；最后，将纯化后的原材料加水球磨20-40min，固:水＝1～2：1,得到在溶液中分散均匀的前驱浆料。
优选地，所述步骤2)具体包括以下步骤：
在质量占比30-50wt％的前驱浆料中添加质量占比5-10％的发泡剂、质量占比20-40％的粘结剂、质量占比2-5％的分散剂，按合适比例进行混合，以3000-8000转/min采用机械搅拌形成均匀的发泡浆料。
优选地，所述步骤3)具体包括以下步骤：
根据需要采用钢模板筑造模型，然后将发泡好的陶瓷浆料浇筑到预先设计好的模具中，浇筑的数量通过发泡倍率进行计算；采用120-300℃整体加热进行辅助，加热速率为2-5℃/min，保温时间为3-5h；缓慢降温后，将发泡好的陶瓷浆料放置于湿度为90-95％，环境温度为25℃的条件中养护7-10天；养护完成后防火泡沫陶瓷制备完成。
优选地，所述发泡剂为碳酸氢钠、双氧水、十二烷基硫酸钠、动物蛋白、可溶性淀粉中的一种或多种。
优选地，所述粘结剂为水泥、石膏、水玻璃中的一种或多种。
优选地，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或多种。
优选地，所述固体废料包括工业废料和建筑废料，所述工业废料包括粉煤灰、煤矸石、抛光渣、高炉渣、煤渣、钢渣、赤泥、铜尾矿、铁尾矿、金尾矿、花岗岩尾矿；所述建筑废料包括渣土、废旧混凝土、废旧陶瓷玻璃、砖瓦碎块、泥浆、废砂浆。
上述方法制备的用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料。
本发明通过固废再生工艺实现了工业废渣和建筑垃圾的循环利用，将制备得到的防火泡沫陶瓷材料应用于保温隔热墙体。防火泡沫陶瓷制备工艺简单、实施路径清晰、成本低廉、导热系数低、可以实现工业化生产。将其应用于建筑保温隔热墙体能够实现节能减排的效果。采用本发明技术，不但能够减小工业废料和建筑废料对环境的污染，还能变废为宝，降低建筑成本，有着巨大的商业价值。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图1是本发明一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法的流程图。
图2是分散均匀的前驱粉料
图3是发泡浆料。
图4是防火泡沫陶瓷板材。
图5是泡沫陶瓷墙板的应力应变曲线图。
图6是泡沫陶瓷墙板随温度变化的导热系数图。
具体实施方式
固废再生防火泡沫陶瓷保温隔热墙板的制备流程如图1所示。
一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，包括以下步骤：
1)固废材料的提纯优化：工业废料(粉煤灰、煤矸石、抛光渣、高炉渣、煤渣、钢渣、赤泥、铜尾矿、铁尾矿、金尾矿、花岗岩尾矿)和建筑废料(渣土、废旧混凝土、废旧陶瓷玻璃、砖瓦碎块、泥浆、废砂浆)固体废料中含有大量的活性成分，如氧化铝、氧化硅、硅酸盐、钙质盐、氧化铁等，同时也含有大量的有机质和有害物质。首先，人工分类筛选去除固体废料中大块的塑料、木板、金属等杂物。然后将固体废料在流动的氧气中烧结(烧结温度为500-600℃)，以除去碳杂质。随后，固体废料粉碎过筛(筛孔孔径4-10目)除去大颗粒得到的细化粒料。将细化粒料通过水洗除去材料中的融溶有害杂质，纯化原材料。最后，将纯化后的原材料加水球磨20-40min(固:水＝1～2：1),得到在溶液中分散均匀的前驱浆料，至此固废材料的提纯优化工作完成。对于煤渣处理的后的特征如图2所示。
2)发泡浆体的制备：在前驱浆料(占比30-50wt％)中添加质量比5-10％发泡剂(碳酸氢钠、双氧水、十二烷基硫酸钠、动物蛋白、可溶性淀粉)、质量比(20-40％)粘结剂(水泥、石膏、水玻璃)、质量比(2-5％)分散剂(三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酰胺)，按合适比例进行混合，采用机械搅拌(3000-8000转/min)形成均匀的发泡浆料。如图3所示(煤渣为前驱粉料，以双氧水为发泡剂，水泥为粘结剂，聚丙酰胺为分散剂)。
3)防火泡沫陶瓷的制备：根据需要采用钢模板筑造模型，然后将发泡好的陶瓷浆料浇筑到预先设计好的模具中，浇筑的数量通过发泡倍率进行计算。为了进一步增强发泡效果，采用整体加热(120-300℃)进行辅助，加热速率为2-5℃/min，保温时间为3-5h。缓慢降温后，将发泡好的陶瓷浆料放置于湿度为90-95％，环境温度为25℃的条件中养护7-10天。养护完成后防火泡沫陶瓷制备完成，将泡沫陶瓷根据需要切割成不同尺寸的墙体板材。如图4所示，保温隔热墙体板材(灰渣)。
保温隔热板材的性能测试：将保温隔热泡沫陶瓷墙体板材进行孔隙结构、力学、导热系数以及吸水率的测试。图5为防火泡沫陶瓷墙板的应力应变曲线，图6为防火泡沫陶瓷墙板的在不同温度下的导热系数。
本发明公开了一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法。将工业尾料以及建筑垃圾等固体废料进行筛选、细化、发泡、养护等方式形成防火泡沫陶瓷，用于建筑墙体的保温隔热。具体为：通过除碳、球磨等工艺使固体废料性能满足泡沫陶瓷原材料对细度和纯度的要求，之后将其与发泡剂和固化剂混合，经发泡、养护、水化等工艺流程制备泡沫陶瓷，最后将低导热系数的泡沫陶瓷材料切割分级应用于保温隔热墙体。该材料不但能够解决固废对环境的污染问题，还能减少建筑的热能消耗，是变废为宝的良好策略。
实施例1
一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，包括以下步骤：
1)固废材料的提纯优化：人工分类筛选去除煤渣中大块的塑料、木板、金属等杂物。然后将固体废料在流动的氧气中烧结，烧结温度为500℃，以除去碳杂质。随后，煤渣粉碎过筛，筛孔孔径4目，除去大颗粒得到的细化粒料。将细化粒料通过水洗除去材料中的融溶有害杂质，纯化原材料。最后，将纯化后的原材料加水球磨20min(固:水＝1：1),得到在溶液中分散均匀的前驱浆料。
2)发泡浆体的制备：在前驱浆料(占比50wt％)中添加质量占比5％的双氧水、质量比40％的水泥、质量占比5％的聚丙酰胺，按合适比例进行混合，采用机械搅拌(3000转/min)形成均匀的发泡浆料，如图3所示。
3)防火泡沫陶瓷的制备：根据需要采用钢模板筑造模型，然后将发泡好的陶瓷浆料浇筑到预先设计好的模具中，浇筑的数量通过发泡倍率进行计算；采用整体120℃加热进行辅助，加热速率为2℃/min，保温时间为3h。缓慢降温后，将发泡好的陶瓷浆料放置于湿度为90％，环境温度为25℃的条件中养护7天；养护完成后防火泡沫陶瓷制备完成，将泡沫陶瓷根据需要切割成不同尺寸的墙体板材。
本发明将废弃的工业废渣以及建筑垃圾等固体废料通过固废再生技术对其进行二次利用，并将其应用到了建筑工程的墙体，实现了墙体高效的保温隔热，减少了建筑耗能，践行了变废为宝设计理念。
实施例2
一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，包括以下步骤：
1)固废材料的提纯优化：首先，人工分类筛选去除废旧混凝土中大块的塑料、木板、金属等杂物。然后将废旧混凝土在流动的氧气中烧结(烧结温度为550℃)，以除去碳杂质。随后，废旧混凝土粉碎过筛(筛孔孔径8目)除去大颗粒得到的细化粒料。将细化粒料通过水洗除去材料中的融溶有害杂质，纯化原材料。最后，将纯化后的原材料加水球磨230min(固:水＝1.5：1),得到在溶液中分散均匀的前驱浆料。
2.发泡浆体的制备：在前驱浆料(占比45wt％)中添加质量比10％碳酸氢钠、质量比40％的石膏、质量比5％的六偏磷酸钠，按合适比例进行混合，采用机械搅拌(6000转/min)形成均匀的发泡浆料。
3.防火泡沫陶瓷的制备：根据需要采用钢模板筑造模型，然后将发泡好的陶瓷浆料浇筑到预先设计好的模具中，浇筑的数量通过发泡倍率进行计算。为了进一步增强发泡效果，采用整体加热(200℃)进行辅助，加热速率为4℃/min，保温时间为4h。缓慢降温后，将发泡好的陶瓷浆料放置于湿度为92％，环境温度为25℃的条件中养护9天。养护完成后防火泡沫陶瓷制备完成，将泡沫陶瓷根据需要切割成不同尺寸的墙体板材。
实施例3
一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，包括以下步骤：
1)固废材料的提纯优化：首先，人工分类筛选去除铁尾矿中大块的塑料、木板、金属等杂物。然后将铁尾矿在流动的氧气中烧结(烧结温度为600℃)，以除去碳杂质。随后，铁尾矿粉碎过筛(筛孔孔径10目)除去大颗粒得到的细化粒料。将细化粒料通过水洗除去材料中的融溶有害杂质，纯化原材料。最后，将纯化后的原材料加水球磨40min(固:水＝2:1),得到在溶液中分散均匀的前驱浆料。
2)发泡浆体的制备：在前驱浆料(占比47wt％)中添加质量比10％的十二烷基硫酸钠、质量比40％的水玻璃、质量比3％的三聚磷酸钠，按合适比例进行混合，采用机械搅拌(8000转/min)形成均匀的发泡浆料。
3)防火泡沫陶瓷的制备：根据需要采用钢模板筑造模型，然后将发泡好的陶瓷浆料浇筑到预先设计好的模具中，浇筑的数量通过发泡倍率进行计算；采用整体加热(300℃)进行辅助，加热速率为5℃/min，保温时间为5h。缓慢降温后，将发泡好的陶瓷浆料放置于湿度为95％，环境温度为25℃的条件中养护10天。养护完成后防火泡沫陶瓷制备完成，将泡沫陶瓷根据需要切割成不同尺寸的墙体板材。
实施例4
一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，包括以下步骤：
1)固废材料的提纯优化：首先，人工分类筛选去除废砂浆中大块的塑料、木板、金属等杂物；然后将固体废料在流动的氧气中烧结(烧结温度为570℃)，以除去碳杂质。随后，固体废料粉碎过筛(筛孔孔径6目)除去大颗粒得到的细化粒料；将细化粒料通过水洗除去材料中的融溶有害杂质，纯化原材料；最后，将纯化后的原材料加水球磨25min(固:水＝1.7：1),得到在溶液中分散均匀的前驱浆料，至此固废材料的提纯优化工作完成。
2)发泡浆体的制备：在前驱浆料(占比50wt％)中添加质量比6％的可溶性淀粉、质量比39％的石膏、质量比5％的六偏磷酸钠，按合适比例进行混合，采用机械搅拌(6500转/min)形成均匀的发泡浆料。
3)防火泡沫陶瓷的制备：根据需要采用钢模板筑造模型，然后将发泡好的陶瓷浆料浇筑到预先设计好的模具中，浇筑的数量通过发泡倍率进行计算；采用整体加热(250℃)进行辅助，加热速率为3℃/min，保温时间为4h；缓慢降温后，将发泡好的陶瓷浆料放置于湿度为91％，环境温度为25℃的条件中养护8天；养护完成后防火泡沫陶瓷制备完成，将泡沫陶瓷根据需要切割成不同尺寸的墙体板材。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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 (8)

1.一种用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)固废材料的提纯优化
2)发泡浆体的制备
3)防火泡沫陶瓷的制备。
2.根据权利要求1所述的用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，其特征在于：所述步骤1)具体包括以下步骤：
首先，人工分类筛选去除固体废料中大块的塑料、木板、金属杂物；然后将固体废料在流动的氧气中烧结，烧结温度为500-600℃，以除去碳杂质；随后，固体废料粉碎过筛，筛孔孔径4-10目，除去大颗粒得到细化粒料；将细化粒料通过水洗除去材料中的融溶有害杂质，纯化原材料；最后，将纯化后的原材料加水球磨20-40min，固:水＝1～2：1,得到在溶液中分散均匀的前驱浆料。
3.根据权利要求1所述的用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，其特征在于：所述步骤2)具体包括以下步骤：
在质量占比30-50wt％的前驱浆料中添加质量占比5-10％的发泡剂、质量占比20-40％的粘结剂、质量占比2-5％的分散剂，按合适比例进行混合，以3000-8000转/min采用机械搅拌形成均匀分散的发泡浆料。
4.根据权利要求1所述的用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，其特征在于：所述步骤3)具体包括以下步骤：
根据需要采用钢模板筑造模型，然后将发泡好的陶瓷浆料浇筑到预先设计好的模具中，浇筑的数量通过发泡倍率进行计算；采用120-300℃整体加热进行辅助，加热速率为2-5℃/min，保温时间为3-5h；缓慢降温后，将发泡好的陶瓷浆料放置于湿度为90-95％，环境温度为25℃的条件中养护7-10天；养护完成后防火泡沫陶瓷制备完成。
5.根据权利要求3所述的用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，其特征在于：所述发泡剂为碳酸氢钠、双氧水、十二烷基硫酸钠、动物蛋白、可溶性淀粉中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，其特征在于：所述粘结剂为水泥、石膏、水玻璃中的一种或多种。
7.根据权利要求3所述的用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，其特征在于：所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或多种。
8.根据权利要求2所述的用于保温隔热墙体的固废再生泡沫陶瓷材料制备方法，其特征在于：所述固体废料包括工业废料和建筑废料，所述工业废料包括粉煤灰、煤矸石、抛光渣、高炉渣、煤渣、钢渣、赤泥、铜尾矿、铁尾矿、金尾矿、花岗岩尾矿；所述建筑废料包括渣土、废旧混凝土、废旧陶瓷玻璃、砖瓦碎块、泥浆、废砂浆。
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