CN115093171B

CN115093171B - 一种硅酸钙板及其制备方法

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Publication number: CN115093171B
Application number: CN202211022481.7A
Authority: CN
Inventors: 苏裕昆; 吴筱峰
Original assignee: Jiangsu Dechang Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Dechang Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2022-08-25
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2042-08-25
Also published as: CN115093171A

Abstract

本发明涉及一种硅酸钙板，硅酸钙板的原料包括锂云母渣、水泥和纸浆，其中，锂云母渣在硅酸钙板原料中的质量占比在60%及以上。本发明的硅酸钙板使用锂云母渣作为主要原料，硅酸钙板中的锂云母渣的添加量可达60%及以上，锂云母渣消耗量大，可缓解日渐增长的锂云母渣无法处理的问题；锂云母渣的使用，降低了硅酸钙板的制备成本，提高了硅酸钙板的市场竞争力。

Description

一种硅酸钙板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种硅酸钙板及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的发展，锂电池的应用越来越广泛，锂盐作为锂电池的关键材料，其需求也越来越大。锂盐主要由锂云母矿冶炼得到，通常冶炼1吨的锂盐，将会产生22吨的锂云母渣，产渣量极大。目前锂盐的需求量已达13万吨/年以上，也就是说每年至少将会产生286万吨的锂云母渣，锂云母渣的产生不仅会污染环境，而且会造成资源的浪费，因此，对锂云母渣的处理和利用具有重要意义。目前，锂云母渣的主要处理方式是堆放，而堆放已不能满足日渐增多的锂云母渣的需求，且堆放还存在占用土地资源、污染水源、破坏植被等问题。

有研究者将锂云母渣与建筑废料、陶瓷废料、粉煤灰、硅藻土等混合后制备陶瓷砖，由于锂云母渣中绝大数的氧化硅和氧化铝以无定形存在，其活性较低，需要对其进行活性激发，因此一般采用高温烧结（900~1100℃）的方式制备陶瓷砖。该方法虽然实现了锂云母渣的重新利用，但是需要在900~1100℃的温度下烧结，能耗较高；并且，陶瓷砖中锂云母渣的占比仅为10~20质量份，该方法对锂云母渣的消耗量有限。还有研究者将锂云母渣作水泥掺合料制备硅酸盐水泥，但锂云母渣掺杂量不易过大，否则会造成性能的降低，因此现有技术中的掺杂量往往在8%左右，且锂云母渣含水，在用作水泥掺合料时，往往需要烘干，所需能耗也比较高。另外，锂云母渣在掺入过程中还易起灰扬尘，会造成环境二次污染。因此，目前锂云母渣的处理方法存在消耗量小、能耗大、易造成二次污染的问题，无法满足日渐增多的锂云母渣的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硅酸钙板及其制备方法，该硅酸钙板以锂云母渣为主要原料，不仅可实现锂云母渣的重新利用，拓宽锂云母渣的应用范围，而且锂云母渣的添加量大，可达60%及以上，能够大大提高锂云母渣的消耗量，降低硅酸钙板的制备成本。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种硅酸钙板，所述硅酸钙板的原料包括锂云母渣、水泥和纸浆，其中，所述锂云母渣在所述硅酸钙板原料中的质量占比在60%及以上。

优选地，按所述原料的干重为100%计，所述原料包括如下组分：锂云母渣 60%~80%；水泥 10%~30%；纸浆 5%~15%。

进一步优选地，按所述原料的干重为100%计，所述原料由如下组分构成：锂云母渣65%~75%；水泥 15%~25%；纸浆 5%~15%。

优选地，所述锂云母渣包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化钠、氧化钾，其中，所述二氧化硅和氧化铝的总质量占所述锂云母渣的60%以上，所述锂云母渣的目数大于或等于200目。

优选地，所述纸浆选自针叶木浆、废纸中提取的木质纤维、棉浆中的一种或多种。

优选地，所述硅酸钙板的平均抗折强度不低于16Mpa。

本发明的另一方面提供一种硅酸钙板的制备方法，所述硅酸钙板为如上所述的硅酸钙板，所述制备方法包括先对锂云母渣进行跳筛处理，然后使所述锂云母渣、水泥、纸浆和水在1000~2000rpm/min搅拌速度下混合制成浆料，所述浆料再经成型、预养护、蒸压养护制成所述硅酸钙板。

优选地，所述蒸压养护的温度为185℃~200℃，时间为8h~12h，压力为1Mpa~1.5Mpa。

优选地，所述浆料的质量浓度为16%~18%。

优选地，所述预养护的温度为80℃~100℃，时间为3h~5h，压力为0.05Mpa~0.15Mpa。

根据一些优选的实施方式，所述制备方法具体包括如下步骤：（1）将所述锂云母渣送入跳筛机进行跳筛除杂，其中，跳筛机的筛网的孔径为60~100目；（2）向配料罐中分别投入所述锂云母渣和水泥，使所述云母渣与水泥混合后再投入水和所述纸浆制成所述浆料，所述浆料的质量浓度为16%~18%；（3）将所述浆料均匀地铺在工业毛毯上，通过真空系统在-0.5kg~-0.1kg压力条件下抽吸滤水，再使用网轮辊压制得含水率为45%~50%的料坯；（4）将所述料坯缠绕在制板机的成型筒上，切割成板坯，将所述板坯进行堆垛；（5）将堆垛后的板坯送入养护釜内进行预养护、蒸压养护，制成所述硅酸钙板，其中，预养护的温度为80℃~100℃，时间为3h~5h，压力为0.05Mpa~0.15Mpa；蒸压养护的温度为185℃~200℃，时间为8h~12h，压力为1Mpa~1.5Mpa。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明的硅酸钙板使用锂云母渣作为主要原料，硅酸钙板中的锂云母渣的添加量可达60%及以上，锂云母渣消耗量大，可缓解日渐增长的锂云母渣无法处理的问题；锂云母渣的使用，降低了硅酸钙板的制备成本，提高了硅酸钙板的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明实施例1中制得的硅酸钙板的照片；

图2为本发明实施例3中制得的硅酸钙板的照片；

图3为本发明对比例2中制得的硅酸钙板的照片；

图4为本发明对比例3中制得的硅酸钙板的照片；

图5为本发明对比例3中制得的硅酸钙板被剥开后的照片。

具体实施方式

虽然有研究者将锂云母渣用作制备陶瓷砖、水泥掺合料等，实现了锂云母渣的二次利用，但是锂云母渣几乎均是作为辅料，掺杂量有限，对锂云母渣的消耗量有限，因此，锂云母渣的资源再利用一直是困扰业内人士的重点和难点问题。本发明人意外地发现，锂云母渣可以作为制备硅酸钙板的原料，并且，在锂云母渣添加量达到60%及以上的情况下，制得的硅酸钙板的强度、耐火性能能够达到现有水平甚至有所提升，如此发现，不但能够极大消耗锂云母渣，而且能够降低硅酸钙板的制备成本，提升硅酸钙板的性能。下面针对本申请方案做进一步论述。

一种硅酸钙板，其原料包括锂云母渣、水泥和纸浆，其中，锂云母渣在硅酸钙板原料中的质量占比在60%及以上。

硅酸钙板是一种国家重点鼓励发展的薄板类装饰材料和新型墙体材料，其需求量巨大并且逐年增长。硅酸钙板通常以石英砂、硅藻土、粉煤灰等硅质材料，电石泥、石灰等钙质材料以及增强纤维为主要原料制成。硅质材料和钙质材料能够在一定条件下反应生成性能极其稳定的托贝莫来石晶体（Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂·4H₂O），从而使硅酸钙板具有较佳的强度、防火耐高温性能等。出乎意料地是，当使用锂云母渣作为原料，且锂云母渣的质量占比在60%及以上时，制得的硅酸钙板具有较佳的抗折强度以及耐火性能，平均抗折强度甚至高于目前市售的硅酸钙板（8.5Mpa），可达到18Mpa以上。

根据本发明，锂云母渣包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化钠、氧化钾，其中，二氧化硅和氧化铝的总质量占锂云母渣的60%以上。作为优选，锂云母渣的目数大于或等于200目。

进一步地，按原料的干重为100%计，锂云母渣的占比为60%~80%，例如可以为60%、65%、68%、70%、72%、75%、80%等。

根据本发明，按原料的干重为100%计，水泥的占比为10%~30%，例如可以为10%、15%、18%、20%、22%、25%、30%等。

根据本发明，按原料的干重为100%计，纸浆的占比为5%~15%，例如可以为5%、8%、10%、12%、15%等。纸浆选自针叶木浆、废纸中提取的木质纤维、棉浆中的一种或多种，棉浆可以为制棉厂的废棉絮，废纸或废棉絮的使用进一步降低了硅酸钙板的制备成本。

本发明还提供一种硅酸钙板的制备方法，其包括对锂云母渣进行跳筛处理，然后再使锂云母渣、水泥、纸浆和水在1000~2000rpm/min搅拌速度下混合制成浆料，然后再经成型、预养护、蒸压养护制成硅酸钙板。

锂云母渣含有大颗粒杂质和强极性铁杂质，通过跳筛可将大颗粒杂质和强极性铁去除，从而能够提升硅酸钙板的性能。

通常原料会在500rpm/min左右的搅拌速度下混合制成浆料，然而，在该搅拌速度下，使用本发明的配方，却会出现分层现象，使得制得的硅酸钙板不合格。出乎意料的是，提高搅拌速度至1000~20000rpm/min能够降低硅酸钙板的分层概率，还可以进一步提升抗折强度和耐火性能。

根据一些具体且优选的实施方式，硅酸钙板的制备方法包括如下步骤：

（1）将锂云母渣送入跳筛机进行跳筛除杂，其中，跳筛机的筛网的孔径为60~100目；

（2）向配料罐中分别投入锂云母渣和水泥，使云母渣与水泥混合后再投入水和纸浆制成浆料，浆料的质量浓度为16%~18%；

（3）将浆料均匀地铺在工业毛毯上，通过真空系统在-0.5~-0.1kg压力条件下抽吸滤水，再使用网轮辊压制成含水率为45%~50%料坯；

（4）将料坯缠绕在制板机的成型筒上，切割成板坯，将板坯进行堆垛；

（5）将堆垛后的板坯送入养护釜内进行预养护、蒸压养护，制成硅酸钙板，其中，预养护的温度为80℃~100℃，时间为3h~5h，压力为0.05Mpa~0.15Mpa；蒸压养护的温度为185℃~200℃，时间为8h~12h，压力为1Mpa~1.5Mpa。

本发明的方案至少具有如下优点：

（1）本发明使用锂云母渣作为制备硅酸钙板的主要原料，拓宽了锂云母渣的应用范围，实现了锂云母渣的二次利用，对保护环境和节约资源具有重要意义。

（2）本发明使锂云母渣的添加量达到60%及以上，相较于使用锂云母渣制备陶瓷砖和水泥掺杂料，锂云母渣的添加量大大提升，满足了日渐增长的锂云母渣的需求；同时，锂云母渣的使用也极大降低了硅酸钙板的制备成本，提升了企业的竞争优势。

（3）本发明中原料多使用的是废料，除了主要原料锂云母渣外，纸浆可采用制棉厂产生的废料（棉絮渣）或者废纸（例如包括牛奶包装盒等的包装纸、书本等）中提取的木质纤维，如此，进一步降低了硅酸钙板的制备成本。

（4）本发明通过配方和工艺的协同作用，制得的硅酸钙板抗折强度优异、耐火性能佳、良率高，尤其是硅酸钙板的抗折强度远远高于现有的硅酸钙板，具有极高的市场竞争优势，可大大拓宽硅酸钙板的应用领域。

（5）本发明中的硅酸钙板无需进行烘干步骤，即可制成硅酸钙板，步骤更加简单，同时省去了烘干所需的能耗，进一步降低了硅酸钙板的制备成本。

（6）本发明中的硅酸钙板的制备成本约为现有技术的1/4，市场竞争优势明显。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下述实施例以及对比例中的锂云母渣为宜春银锂新能源有限责任公司提供，以锂云母渣的总质量为100%计，其主要成分为SiO₂41.77%、氧化铝 21.63%、钙 7.86%、三氧化硫8.60%、钠 5.10%、钾 5.09%、镁 0.83%、铁 0.42%、氧化锂 0.44%。

下述实施例以及对比例中的纸浆为废纸中提取的木质纤维，具体为牛奶包装盒中提取的木质纤维，提取工艺包括使废纸和水投入碎浆机，搅碎；将搅碎后的废纸浆通过筛孔为2.0mm孔筛进行过筛，去除大块杂质形成浆液，或者参照现有技术的提取方式，本发明不作具体限制。

水泥标号为42.5，购自海螺水泥。

本申请中的硅酸钙板的抗折强度的测试方法依据GB/T 7019-2014《纤维水泥制品试验方法》。耐火等级的测试方法为：使硅酸钙板投入马弗炉内，在1100℃下焙烧3h后，取出降至常温后观察硅酸钙板的形态。

在没有特别说明的情况下，下述实施例以及对比例中的原料配方指硅酸钙板中干料的配方；“wt”指质量分数。

实施例1

一种硅酸钙板，其原料配方如下：

锂云母渣 70wt%；

水泥 20wt%；

纸浆 10wt%。

该硅酸钙板的制备方法包括以下步骤：

（1）将锂云母渣送入跳筛机进行跳筛以去除大颗粒杂质以及强极性铁杂质，其中，跳筛机的筛网的孔径为60目；

（2）向配料罐中分别投入锂云母渣、水泥，使云母渣与水泥混合后再投入水和纸浆，在搅拌速度为1500rpm/min，搅拌时间为10~15min下进行搅拌，以使物料搅拌均匀制成料浆，其中，锂云母渣、水泥和纸浆的总投料质量占浆料的16%；

（3）将配料罐中的料浆均匀地铺在工业毛毯上，通过真空系统在-0.2kg压力条件下抽吸滤水，再使用网轮辊压料坯制成含水率为45%的料坯；

（5）将堆垛后的板坯送入养护釜内进行预养护、蒸压养护，制成硅酸钙板，其中，预养护的温度为80℃，压力为0.1Mpa，时间为3h；蒸压养护的温度为185℃，时间为10h，压力为1.3Mpa。

实施例2

一种硅酸钙板，其原料配方如下：

锂云母渣 60wt%；

水泥 30wt%；

纸浆 10wt%。

该硅酸钙板的制备方法与实施例1相同。

实施例3

一种硅酸钙板，其原料配方如下：

锂云母渣 80wt%；

水泥 10wt%；

纸浆 10wt%。

该硅酸钙板的制备方法与实施例1相同。

实施例4

一种硅酸钙板，其原料配方如下：

锂云母渣 70wt%；

水泥 20wt%；

纸浆 10wt%。

该硅酸钙板的制备方法包括以下步骤：

（5）将堆垛后的板坯送入养护釜内进行预养护、蒸压养护，制成硅酸钙板，其中，预养护的温度为80℃，压力为0.1Mpa，时间为3h；蒸压养护的温度为175℃，时间为10h，压力为0.9Mpa。

实施例5

一种硅酸钙板，其原料配方如下：

锂云母渣 70wt%；

水泥 20wt%；

纸浆 10wt%。

该硅酸钙板的制备方法包括以下步骤：

（2）向配料罐中分别投入锂云母渣、水泥，使云母渣与水泥混合后再投入水和纸浆，在搅拌速度为800rpm/min，搅拌时间为10~15min下进行搅拌，以使物料搅拌均匀制成料浆，其中，锂云母渣、水泥和纸浆的总投料质量占浆料的16%；

（4）将料坯缠绕在制板机的成型筒上切割成板坯，将板坯进行堆垛；

对比例1

一种硅酸钙板，其原料配方如下：

锂云母渣 50wt%；

电炉渣泥 20wt%；

水泥 20wt%；

纸浆 10wt%。

该硅酸钙板的制备方法与实施例1相同。

对比例2

一种硅酸钙板，其原料配方如下：

锂云母渣 50wt%；

二氧化硅 20wt%；

水泥 20wt%；

纸浆 10wt%。

该硅酸钙板的制备方法与实施例1相同。

对比例3

一种硅酸钙板，其原料配方如下：

锂云母渣 50wt%；

石英砂 20wt%；

水泥 20wt%；

纸浆 10wt%。

该硅酸钙板的制备方法与实施例1相同。

上述实施例以及对比例中的硅酸钙板的性能测试如下表1所示。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种硅酸钙板，其特征在于：按原料的干重为100%计，所述原料包括如下组分：

锂云母渣 60%~75%；

水泥 10%~30%；

纸浆 5%~15%；

使所述锂云母渣、水泥、纸浆和水在1000~2000rpm/min搅拌速度下混合制成浆料，所述浆料再经成型、预养护、蒸压养护制成所述硅酸钙板，所述蒸压养护的压力为1Mpa~1.5Mpa。

2.根据权利要求1所述的硅酸钙板，其特征在于：按所述原料的干重为100%计，所述原料由如下组分构成：

锂云母渣 65%~75%；

水泥 15%~25%；

纸浆 5%~15%。

3.根据权利要求1所述的硅酸钙板，其特征在于：所述锂云母渣包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化钠、氧化钾，其中，所述二氧化硅和氧化铝的总质量占所述锂云母渣的60%以上，所述锂云母渣的目数大于或等于200目；和/或，

所述纸浆包括针叶木浆、废纸中提取的木质纤维、棉浆中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的硅酸钙板，其特征在于：所述硅酸钙板的平均抗折强度不低于16Mpa。

5.一种硅酸钙板的制备方法，其特征在于：所述硅酸钙板为权利要求1至4中任一项所述的硅酸钙板，所述制备方法包括先对锂云母渣进行跳筛处理，然后使所述锂云母渣、水泥、纸浆和水在1000~2000rpm/min搅拌速度下混合制成浆料，所述浆料再经成型、预养护、蒸压养护制成所述硅酸钙板。

6.根据权利要求5所述的硅酸钙板的制备方法，其特征在于：所述蒸压养护的温度为185℃~200℃，时间为8h~12h，压力为1Mpa~1.5Mpa。

7.根据权利要求5所述的硅酸钙板的制备方法，其特征在于：所述浆料的质量浓度为16%~18%。

8.根据权利要求5所述的硅酸钙板的制备方法，其特征在于：所述预养护的温度为80℃~100℃，时间为3h~5h，压力为0.05Mpa~0.15Mpa。

9.根据权利要求5所述的硅酸钙板的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体包括如下步骤：

（1）将所述锂云母渣送入跳筛机进行跳筛除杂，其中，所述跳筛机的筛网的孔径为60~100目；

（2）向配料罐中分别投入所述锂云母渣和水泥，使所述云母渣与水泥混合后再投入水和所述纸浆制成所述浆料，所述浆料的质量浓度为16%~18%；

（3）将所述浆料均匀地铺在工业毛毯上，通过真空系统在-0.5~-0.1kg压力条件下抽吸滤水，再使用网轮辊压制成含水率为45%~50%的料坯；

（4）将所述料坯缠绕在制板机的成型筒上，然后切割成板坯，将所述板坯进行堆垛；

（5）将堆垛后的板坯送入养护釜内进行预养护、蒸压养护，制成所述硅酸钙板，其中，预养护的温度为80℃~100℃，时间为3h~5h，压力为0.05Mpa~0.15Mpa；蒸压养护的温度为185℃~200℃，时间为8h~12h，压力为1Mpa~1.5Mpa。