CN115028397A - 一种锂渣偏高岭土复合调湿材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂渣偏高岭土复合调湿材料，包含以下原料：锂渣、偏高岭土、无机改性掺合料、NaOH溶液和水。本发明还提供一种锂渣偏高岭土复合调湿材料的制备方法。本发明具有制备成本低、力学性能强、调湿效果优以及降低甲醛浓度的作用，在开发生态建筑材料、提高锂渣资源化水平等方面具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及调湿材料技术领域，具体是一种锂渣偏高岭土复合调湿材料及其制备方法。
背景技术
随着生活水平的提高，室内环境的舒适度已成为人们关注的焦点。室内空气相对湿度作为衡量室内环境舒适度的主要指标，对人体健康、家具及装饰材料的耐久性产生重要影响。利用调湿材料自发地对空气湿度进行调节，可有效降低建筑能耗、减少污染物排放。
锂渣是锂辉石选矿和锂盐工业的副产物，在我国资源量庞大。其大量堆积不仅造成资源浪费，且增加环境治理成本。微观分析显示，锂渣具有一定的吸附效果和火山灰活性，若将其充分利用，可显著提高锂渣的资源化利用水平。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出一种锂渣偏高岭土复合调湿材料及其制备方法，该材料具有制备成本低、力学性能强、调湿效果优以及降低甲醛浓度的作用。本发明在开发生态建筑材料、提高锂渣资源化水平等方面具有重要意义。
本发明提供的一种锂渣偏高岭土复合调湿材料，包含以下原料：锂渣、偏高岭土、无机改性掺合料、NaOH溶液和水。
优选地，所述锂渣的用量为偏高岭土质量的10％～30％。
优选地，所述无机改性掺合料的用量为偏高岭土质量的10％～20％。
优选地，所述无机改性掺合料的成分为90％钢渣和10％硅粉，所述钢渣经45μm方孔筛筛余为17％，所述硅粉经45μm方孔筛筛余为12％。所述钢渣的主要成分为C2S、CaO和少量MnO。
优选地，所述锂渣的细度为180～240目。
优选地，所述偏高岭土的细度为180～240目。
优选地，所述NaOH溶液为分析纯，质量分数为2％，用量为锂渣质量的2％，主要目的为适当激化锂渣的化学活性并碱化其少量的酸性成分。
本发明还提供一种所述的锂渣偏高岭土复合调湿材料的制备方法，包括下述步骤：
S1、将锂渣用水浸泡后，经干燥、研磨、筛分处理，细度在180～240目；
S2、将偏高岭土干燥、研磨、筛分处理，细度在180～240目；
S3、将钢渣干燥后研磨，经45μm方孔筛筛余为17％；
S4、将硅粉研磨后筛分，经45μm方孔筛筛余为12％；
S5、取步骤3中的钢渣和步骤4的硅粉按质量比9：1制备成无机改性掺合料；
S6、将步骤1中的锂渣，步骤2中的偏高岭土和步骤5中的无机改性掺合料按质量比0.1～0.3：1：0.1～0.2均匀混合后得到混合料，加入水、NaOH溶液拌和均匀，采用抹压的方式在内墙表面形成面层，经常温环境下养护28d成型。
优选地，S6中，加入水、NaOH溶液拌和均匀后，使含水率控制在20％～30％。
优选地，S6中，所述面层的厚度为2～3mm。
本发明中，所述锂渣取自江苏省南京市某锂电池生产公司，所述偏高岭土取自河南省郑州市某净水材料生产公司，所述钢渣取自安徽省马鞍山市某钢铁厂。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明所述复合调湿材料在养护过程中，无机改性掺合料中的C2S先参加水化反应，生成C-S-H凝胶并提供碱性环境，锂渣和偏高岭土中的活性SiO2、Al2O3则继续与Ca(OH)2、NaOH等反应生成C-S-H凝胶、蒙脱石、钠长石以及钙矾石等新的硅铝酸盐矿物，在胶凝材料和新的化学结合力作用下，复合调湿材料形成强度和耐水性，随着养护时间的延长，上述反应持续进行，强度和耐水性进一步提高。
此外，结合相关试验证实，利用该方法制备的锂渣偏高岭土复合调湿材料，满足7d抗压强度≥3.5MPa，7d软化系数≥0.45，28d抗压强度≥7.0MPa，28d软化系数≥0.60，最大吸湿率≥25.5％，最大放湿率≥23.5％。
附图说明
图1为本发明实施例中锂渣、偏高岭土以及复合调湿材料的X射线衍射图。
图2为本发明实施例中锂渣的SEM图。
图3为本发明实施例中偏高岭土的SEM图。
图4为本发明实施例中复合调湿材料的SEM图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
同时为阐述锂渣及偏高岭土细度、锂渣复合量以及无机改性掺合料用量对复合调湿材料强度、耐水性、吸放湿性能以及除甲醛能力的影响程度及规律，以原料细度、锂渣复合量以及无机改性掺合料用量为3因素设计正交试验，共9组实施案例，正交试验设计表如表1所示。
表1正交试验设计表
实施例1
一种锂渣偏高岭土复合调湿材料的制备方法，将锂渣用水浸泡2h后，经干燥、研磨、筛分处理，细度在180～200目，将偏高岭土在50℃下干燥后研磨筛分至180～200目，将钢渣在50℃下干燥后研磨、筛分，经45μm方孔筛筛余为17％，将硅粉在常温下干燥后研磨、筛分，经45μm方孔筛筛余为12％，将钢渣和硅粉按质量比9:1制备成无机改性掺合料。将锂渣、偏高岭土和无机改性掺合料按质量比0.1：1：0.1混合均匀，加入水、NaOH溶液拌和后使含水率控制在20％～30％。将部分拌和物装入试模制备成200mm*200mm*200mm的试块，用于测定材料7d、28d抗压强度和软化系数，以及99％湿度环境下的吸放湿平衡含湿率。另一部分在密封玻璃柜中抹压成厚度约2mm的面层，待同条件养护28d后测定甲醛浓度降低率。相关数据见表2、3。
实施例2
重复实施例1的做法，将锂渣、偏高岭土研磨至200～220目，锂渣、偏高岭土和无机改性掺合料间的质量比调整为0.1：1：0.15，材料7d、28d抗压强度和软化系数，99％湿度环境下的吸放湿平衡含湿率以及28d甲醛浓度降低率见表2、3。
实施例3
重复实施例1的做法，将锂渣、偏高岭土研磨至220～240目，锂渣、偏高岭土和无机改性掺合料间的质量比调整为0.1：1：0.2，材料7d、28d抗压强度和软化系数，99％湿度环境下的吸放湿平衡含湿率以及28d甲醛浓度降低率见表2、3。
实施例4
重复实施例1的做法，将锂渣、偏高岭土研磨至180～200目，锂渣、偏高岭土和无机改性掺合料间的质量比调整为0.2：1：0.15，材料7d、28d抗压强度和软化系数，99％湿度环境下的吸放湿平衡含湿率以及28d甲醛浓度降低率见表2、3。
实施例5
重复实施例1的做法，将锂渣、偏高岭土研磨至200～220目，锂渣、偏高岭土和无机改性掺合料间的质量比调整为0.2：1：0.2，材料7d、28d抗压强度和软化系数，99％湿度环境下的吸放湿平衡含湿率以及28d甲醛浓度降低率见表2、3。
实施例6
重复实施例1的做法，将锂渣、偏高岭土研磨至220～240目，锂渣、偏高岭土和无机改性掺合料间的质量比调整为0.2：1：0.1，材料7d、28d抗压强度和软化系数，99％湿度环境下的吸放湿平衡含湿率以及28d甲醛浓度降低率见表2、3。
实施例7
重复实施例1的做法，将锂渣、偏高岭土研磨至180～200目，锂渣、偏高岭土和无机改性掺合料间的质量比调整为0.3：1：0.2，材料7d、28d抗压强度和软化系数，99％湿度环境下的吸放湿平衡含湿率以及28d甲醛浓度降低率见表2、3。
实施例8
重复实施例1的做法，将锂渣、偏高岭土研磨至200～220目，锂渣、偏高岭土和无机改性掺合料间的质量比调整为0.3：1：0.1，材料7d、28d抗压强度和软化系数，99％湿度环境下的吸放湿平衡含湿率以及28d甲醛浓度降低率见表2、3。
实施例9
重复实施例1的做法，将锂渣、偏高岭土研磨至220～240目，锂渣、偏高岭土和无机改性掺合料间的质量比调整为0.3：1：0.15，材料7d、28d抗压强度和软化系数，99％湿度环境下的吸放湿平衡含湿率以及28d甲醛浓度降低率见表2、3。
表2力学性能及调湿效果分析
表3甲醛去除效果分析
结合表2、3数据分析，提高锂渣复合量使材料7d、28d软化系数降低，7d、28d抗压强度先增加后降低，吸放湿平衡含湿率和甲醛浓度降低率提高；提高原材料细度和无机改性掺合料用量使材料抗压强度、软化系数增加，吸放湿平衡含湿率和甲醛浓度降低率下降。此外，3因素对7d抗压强度、软化系数和28d抗压强度的影响程度为：原材料细度＞无机改性掺合料用量＞锂渣复合量；28d软化系数为无机改性掺合料用量＞锂渣复合量＞原材料细度；吸放湿平衡含湿率为锂渣复合量＞原材料细度＞无机改性掺合料用量；甲醛浓度降低率为锂渣复合量＞原材料细度＞无机改性掺合料用量。
本发明中，锂渣、偏高岭土以及复合调湿材料的X射线衍射图如图1所示，锂渣、偏高岭土和复合调湿材料的SEM图如图2-4所示，由此可以看出，所述锂渣颗粒呈不规则块状，其外表分布大量纳米级孔洞；所述偏高岭土是由大量片状体簇拥形成的团状结构，片状体之间存在较多微、纳米级孔隙；复合调湿材料经历了一系列化学反应以及制备过程中的拌和、挤压作用，基本保留了片状体结构，放大50K倍可观察到其表面孔隙结构的直径明显降低。根据吸附/解吸理论，复合调湿材料可通过表面孔隙对水分子产生毛细孔道效应、范德华力和化学吸附作用，进而节室内空气湿度。
本发明中，验证锂渣偏高岭土复合调湿材料去除甲醛能力的方法，包含以下步骤：
S1、采用1500mm×1500mm×1500mm尺寸的矩形玻璃柜，顶面玻璃可自由拆卸，侧边及底边转角处采用玻璃胶从外侧密封，待7d后玻璃胶风干即可投入使用；
S2、将步骤1中的玻璃柜分为两组，一组为对照组，另一组设置为试验组；
S3、将拌和均匀后的锂渣偏高岭土复合调湿材料以抹压的方式均匀涂抹于试验组玻璃柜的内部四周及底面，厚度为2～3mm，在自然条件下养护28d后投入使用；
S4、将甲醛浓度监测仪放置在对照组玻璃柜中，在滴入甲醛溶液的同时观察监测仪示数，待监测仪示数稳定在1.000mg/m3时，记录下甲醛溶液用量；
S5、在步骤3的试验组玻璃柜中放入甲醛浓度监测仪并滴入甲醛溶液，滴入量为步骤4所记录用量；
S6、每3h记录对照组和试验组的甲醛浓度检测仪示数，待检测仪示数最终稳定后记录下此时甲醛浓度值，并通过计算甲醛浓度降低率以体现锂渣偏高岭土复合调湿材料的除甲醛能力。
其中，所述甲醛溶液的质量分数约为40％，分析纯；所述甲醛浓度监测仪的精度为0.001mg/m3；结合试验证实，锂渣偏高岭土复合调湿材料的甲醛降低率≥27.00％。
本发明充分利用锂渣的火山灰活性和强吸附作用。将偏高岭土的多孔结构与锂渣的微孔隙相结合，利用二者制成的复合调湿材料具有较强吸放湿性能和除甲醛效果。锂渣和偏高岭土的主要成分均包括活性SiO2、Al2O3，在无机改性掺合料的作用下，可生成C-S-H凝胶、C-A-H晶体以及新的硅铝酸盐矿物，使材料产生强度和耐水性。本发明提供的一种锂渣/偏高岭土复合调湿材料，将原材料特性充分利用，具有制备成本低、强度及耐水性强、调湿性能优以及除甲醛能力强等优点。同时，该复合调湿材料制备过程简单可控，适合大规模生产。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种锂渣偏高岭土复合调湿材料，其特征在于，包含以下原料：锂渣、偏高岭土、无机改性掺合料、NaOH溶液和水。
2.如权利要求1所述的锂渣偏高岭土复合调湿材料，其特征在于，所述锂渣的用量为偏高岭土质量的10%～30%。
3.如权利要求1或2所述的锂渣偏高岭土复合调湿材料，其特征在于，所述无机改性掺合料的用量为偏高岭土质量的10%～20%。
4.如权利要求1或2所述的锂渣偏高岭土复合调湿材料，其特征在于，所述无机改性掺合料的成分为90%钢渣和10%硅粉，所述钢渣经45μm方孔筛筛余为17%，所述硅粉经45μm方孔筛筛余为12%。
5.如权利要求1或2所述的锂渣偏高岭土复合调湿材料，其特征在于，所述锂渣的细度为180～240目。
6.如权利要求1或2所述的锂渣偏高岭土复合调湿材料，其特征在于，所述偏高岭土的细度为180～240目。
7.如权利要求1或2所述的锂渣偏高岭土复合调湿材料，其特征在于，所述NaOH溶液为分析纯，质量分数为2%，用量为锂渣质量的2%。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的锂渣偏高岭土复合调湿材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、将锂渣用水浸泡后，经干燥、研磨、筛分处理，细度在180～240目；
S2、将偏高岭土干燥、研磨、筛分处理，细度在180～240目；
S3、将钢渣干燥后研磨，经45μm方孔筛筛余为17%；
S4、将硅粉研磨后筛分，经45μm方孔筛筛余为12%；
S5、取步骤3中的钢渣和步骤4的硅粉按质量比9：1制备成无机改性掺合料；
S6、将步骤1中的锂渣，步骤2中的偏高岭土和步骤5中的无机改性掺合料按质量比0.1～0.3：1：0.1～0.2均匀混合后得到混合料，加入水、NaOH溶液拌和均匀，在内墙表面形成面层，并养护成型。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，S6中，加入水、NaOH溶液拌和均匀后，使含水率控制在20%～30%。
10.如权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，S6中，所述面层的厚度为2～3mm。
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