CN116003104A - 工业固废材料蓄热砖及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种工业固废材料蓄热砖及其制备工艺，所述蓄热砖包括：工业固废材料、白泥、镁砂，所述蓄热砖上设置有若干凸起和若干凹槽，所述凸起和若干凹槽分别位于所述蓄热砖的两个对立面上，所述凸起与所述凹槽相适配；其制备工艺为：步骤一、煅烧工业固废材料；步骤二、将煅烧后的工业固废材料进行破碎并研磨；步骤三、将煅烧后的工业固废材料、白泥、镁砂、粘合剂和水混合；步骤四、制备蓄热砖坯体；步骤五、蓄热砖坯体干燥；步骤六、将干燥后的蓄热砖坯体放入电阻炉中烧制得到工业固废材料蓄热砖成品。本发明是一种能够高效利用工业固废材料的蓄热砖，在烧结后使蓄热砖具有良好的热力学性能，满足使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及蓄热砖技术领域，特别是涉及一种工业固废材料蓄热砖及其制备工艺。
背景技术
随着工业的发展，工业固废材料作为工业生产的主要副产品,产量也随之迅速增长。由于工业固废材料种类多，处理技术复杂，涉及面广泛，处理和利用一直以来都没有得到实际的发展和开拓。因此，如何将工业固废材料作为二次资源有效利用已经成为国内外研究的热点。
目前蓄热市场发展迅速，电供暖需求旺盛，但目前市场需求的储热材料为氧化镁，材料成本相对过高，导致固体电储能装置成本过高，不能适应当前需求，同时由于传统的蓄热砖体在蓄热时可能会因膨胀导致砖体发生偏移，进而容易导致堆砌的砖体倒塌。因此，提出一种工业固废材料蓄热砖以及制备工艺来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种工业固废材料蓄热砖及其制备工艺，以解决上述现有技术存在的问题，降低蓄热砖材料成本，同时解决蓄热砖体在蓄热时因膨胀而导致砖体发生偏移的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种工业固废材料蓄热砖，所述蓄热砖包括：述蓄热砖包括工业固废材料、白泥、镁砂，所述镁砂为92重烧镁砂，所述工业固废材料质量百分比范围为75％-76％，所述白泥质量百分比范围为4％-5％，所述镁砂质量百分比范围为18％-19％。
优选的，所述蓄热砖热导率范围为1.0678W/(m·K)-2.0662W/(m·K)，所述蓄热砖抗拉强度范围为21MPa-25MPa，所述蓄热砖密度2.5×103kg/m-2.6×103kg/m3。
优选的，所述蓄热砖具有第一端面和第二端面，所述第一端面和所述第二端面对向设置，所述第一端面上固定连接有四个凸起，所述凸起尺寸相同，所述第二端面上开设有九个凹槽，所述凹槽尺寸相同，相邻所述蓄热砖上的所述凸起和所述凹槽相适配。
一种工业固废材料蓄热砖制备工艺，其步骤为：
步骤一：煅烧工业固废材料，将工业固废材料进行煅烧至1100℃，保温2h；
步骤二：进一步处理原料，将煅烧后的工业固废材料进行破碎并研磨，得到不同粒径的工业固废材料；
步骤三：将煅烧后粒径尺寸为1mm-3mm、0.1mm-1mm以及小于0.1mm的工业固废材料和水混合，制得一次混合料；再将白泥、镁砂、粘合剂和水加入一次混合料中，其中水的质量百分比为2％，然后搅拌10min使其混合均匀，制得二次混合料；
步骤四：制备蓄热砖坯体，取出二次混合料，放入模具中，经压制成型后得到蓄热砖坯体；
步骤五：蓄热砖坯体干燥，将得到的蓄热砖坯体放在120℃环境下干燥24h；
步骤六：将步骤五中干燥后的蓄热砖坯体放入电阻炉中烧制得到工业固废材料蓄热砖成品。
优选的，所述步骤二中，不同粒径的工业固废材料中，按粒径尺寸划分为1mm-3mm、0.1mm-1mm以及小于0.1mm的工业固废材料，小于0.1mm的工业固废材料为粉末状。
优选的，所述步骤二中，使用球磨机进行破碎，球磨机转速为60r/min，球磨时间为1h，小于0.1mm的工业固废材料过200目筛网，使用通过200目筛网的工业固废材料，白泥、镁砂过200目筛网，使用通过200目筛网的白泥和镁砂。
优选的，所述步骤三中，在一次混合料中，1mm-3mm的工业固废材料质量百分比为35％，0.1mm-1mm的工业固废材料质量百分比为35％，小于0.1mm的工业固废材料质量百分比为5％-6％，水的质量百分比为2％，二者混合后搅拌5min使其混合均匀。
优选的，所述步骤三中，粘合剂的加入量按质量百分比为3％，粘合剂为黄糊精，黄糊精为粉末状，使用前在黄糊精中加入水混合均匀，黄糊精与水的配比为1:0.03-0.04。
优选的，所述步骤四中，采用压力机压制成型，压力机的压力为630MPa,并打击3下。
优选的，所述步骤六在电阻炉中烧制过程为：首先，以5℃/min的升温速率升温至在1000℃，然后，以2℃/min升温速率升温至1160℃保温2h，最后随炉冷却。
本发明公开了以下技术效果：本发明解决了工业固废材料直接作为蓄热材料导热能力差，机械强度低，工业固废材料利用率不高，砖体由于热胀冷缩受热膨胀导致砖垛不稳定的问题，通过配比使工业固废材料蓄热砖的固废材料含量、导热系数、抗折强度、抗压强度得以保证。本发明是一种能够高效利用工业固废材料的蓄热砖，在烧结后使蓄热砖具有良好的热力学性能，满足使用要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明工业固废材料蓄热砖结构示意图；
图2为本发明实施例1中蓄热砖尺寸图；
图3为本发明蓄热砖堆垛俯视示意图；
图4为本发明蓄热砖堆垛侧视示意图；
图5为本发明未煅烧固体废料的XRD衍射图；
图6为本发明煅烧固体废料的XRD衍射图；
图7为本发明工业固废蓄热砖的XRD衍射图；
其中，1、第一端面；1-1、凸起；2、第二端面；2-1、凹槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
参照图1-4，本发明提供一种工业固废材料蓄热砖，蓄热砖包括工业固废材料、白泥、镁砂，镁砂为92重烧镁砂，工业固废材料质量百分比范围为75％-76％，白泥质量百分比范围为4％-5％，镁砂质量百分比范围为18％-19％。
进一步优化方案，蓄热砖热导率范围为1.0678W/(m·K)-2.0662W/(m·K)，蓄热砖抗拉强度范围为21MPa-25MPa，蓄热砖密度2.5×103kg/m-2.6×103kg/m3。
进一步优化方案，蓄热砖具有第一端面1和第二端面2，第一端面1和第二端面2对向设置，第一端面1上固定连接有四个凸起1-1，凸起1-1尺寸相同，第二端面2上开设有九个凹槽2-1，凹槽2-1尺寸相同，相邻蓄热砖上的凸起1-1和凹槽2-1相适配。
凸起1-1和凹槽2-1如图1所示。
蓄热砖尺寸可参考图2，图2为本实施例蓄热砖建议尺寸。
蓄热砖堆垛如图3和图4所示，图3为蓄热砖堆垛俯视示意图，图4为蓄热砖堆垛侧视示意图。
一种工业固废材料蓄热砖制备工艺，其步骤为：
步骤一：煅烧工业固废材料，将工业固废材料进行煅烧至1100℃，保温2h；
步骤二：进一步处理原料，将煅烧后的工业固废材料进行破碎并研磨，得到不同粒径的工业固废材料；
步骤三：将煅烧后粒径尺寸为1mm-3mm、0.1mm-1mm以及小于0.1mm的工业固废材料和水混合，制得一次混合料；再将白泥、镁砂、粘合剂和水加入一次混合料中，其中水的质量百分比为2％，然后搅拌10min使其混合均匀，制得二次混合料；
步骤四：制备蓄热砖坯体，取出二次混合料，放入模具中，经压制成型后得到蓄热砖坯体；
步骤五：蓄热砖坯体干燥，将得到的蓄热砖坯体放在120℃环境下干燥24h；
步骤六：将步骤五中干燥后的蓄热砖坯体放入电阻炉中烧制得到工业固废材料蓄热砖成品。
进一步优化方案，步骤二中，不同粒径的工业固废材料中，按粒径尺寸划分为1mm-3mm、0.1mm-1mm以及小于0.1mm的工业固废材料，小于0.1mm的工业固废材料为粉末状。
进一步优化方案，步骤二中，使用球磨机进行破碎，球磨机转速为60r/min，球磨时间为1h，小于0.1mm的工业固废材料过200目筛网，使用通过200目筛网的工业固废材料，白泥、镁砂过200目筛网，使用通过200目筛网的白泥和镁砂。
进一步优化方案，步骤三中，在一次混合料中，1mm-3mm的工业固废材料质量百分比为35％，0.1mm-1mm的工业固废材料质量百分比为35％，小于0.1mm的工业固废材料质量百分比为5％-6％，水的质量百分比为2％，二者混合后搅拌5min使其混合均匀。
进一步优化方案，步骤三中，粘合剂的加入量按质量百分比为3％，粘合剂为黄糊精，黄糊精为粉末状，使用前在黄糊精中加入水混合均匀，黄糊精与水的配比为1:0.03-0.04。
进一步优化方案，步骤四中，采用压力机压制成型，压力机的压力为630MPa,并打击3下。
进一步优化方案，步骤六在电阻炉中烧制过程为：首先，以5℃/min的升温速率升温至在1000℃，然后，以2℃/min升温速率升温至1160℃保温2h，最后随炉冷却。
工业固废材料的主要成分为氧化钙、二氧化硅、三氧化二铁，考虑到与工业固废材料成分相关的物相有钙铝黄长石、钙镁黄长石、钙镁橄榄石、透辉石和尖晶石等，镁铝尖晶石本身具有良好的导热性能，但由于工业固废材料中活性成分含量较高，经过计算需要配以三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁为主要成分的物料，辅料为主要成分为镁砂、白泥，配方具体成分及粒度占比如表1所示。
表1
由于工业固废材料未煅烧之前其体内含有大量活性成分，直接混料制作出的坯体可能烧结后会产生裂纹，影响蓄热砖的强度及其使用。故采用煅烧工业固废材料工艺，使其中的活性物质转化为其它成分，从而形成新的物相，未煅烧固体废料衍射峰强度如图5所示，其中活性物相为碳酸钙，氢氧化钙。
在1100℃下煅烧固体废料的衍射峰强度如图6所示，其中活性物相转变为稳定的硅酸二钙。
在1200℃下烧结蓄热砖的衍射峰强度如图7所示，可见活性物相转变为稳定物相，达到理想标准。
本实施例中，工业固废材料蓄热砖主要物相为硅酸二钙、磁铁矿、方镁石，工业固废材料蓄热砖体积密度为2.5g/cm3，导热系数2.0662W/(m·K)，抗压强度21MPa以上。工业固废材料各粒度成分如表2所示。
表2
实施例2
本实施例中，按质量分数称取76％煅烧工业固废材料(其中1mm-3mm粒度占35％，0.1mm-1mm粒度占35％，小于0.1mm粒度占6％)、5％白泥、19％镁砂。按上述工艺过程制得工业固废材料蓄热砖，测其密度、热力学性能等，所制得的工业固废材料蓄热砖其体积密度2.5g/cm3，抗压强度21MPa以上，导热系数常温下为1.0678W/(m·k)，200℃时导热系数为1.3274W/(m·k)，600℃时导热系数为1.9522W/m·k，750℃时导热系数为2.0662W/(m·k)，物相为硅酸二钙、磁铁矿、方镁石。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种工业固废材料蓄热砖，其特征在于：所述蓄热砖包括工业固废材料、白泥、镁砂，所述镁砂为92重烧镁砂，所述工业固废材料质量百分比范围为75％-76％，所述白泥质量百分比范围为4％-5％，所述镁砂质量百分比范围为18％-19％。
2.根据权利要求1所述的工业固废材料蓄热砖，其特征在于：所述蓄热砖热导率范围为1.0678W/(m·K)-2.0662W/(m·K)，所述蓄热砖抗拉强度范围为21MPa-25MPa，所述蓄热砖密度2.5×103kg/m-2.6×103kg/m3。
3.根据权利要求1所述的工业固废材料蓄热砖，其特征在于：所述蓄热砖具有第一端面(1)和第二端面(2)，所述第一端面(1)和所述第二端面(2)对向设置，所述第一端面(1)上固定连接有四个凸起(1-1)，所述凸起(1-1)尺寸相同，所述第二端面(2)上开设有九个凹槽(2-1)，所述凹槽(2-1)尺寸相同，相邻所述蓄热砖上的所述凸起(1-1)和所述凹槽(2-1)相适配。
4.一种工业固废材料蓄热砖制备工艺，基于权利要求1-3中任一所述的工业固废材料蓄热砖，其步骤为：
步骤一：煅烧工业固废材料，将工业固废材料进行煅烧至1100℃，保温2h；
步骤二：进一步处理原料，将煅烧后的工业固废材料进行破碎并研磨，得到不同粒径的工业固废材料；
步骤三：将煅烧后粒径尺寸为1mm-3mm、0.1mm-1mm以及小于0.1mm的工业固废材料和水混合，制得一次混合料；再将白泥、镁砂、粘合剂和水加入一次混合料中，其中水的质量百分比为2％，然后搅拌10min使其混合均匀，制得二次混合料；
步骤四：制备蓄热砖坯体，取出二次混合料，放入模具中，经压制成型后得到蓄热砖坯体；
步骤五：蓄热砖坯体干燥，将得到的蓄热砖坯体放在120℃环境下干燥24h；
步骤六：将步骤五中干燥后的蓄热砖坯体放入电阻炉中烧制得到工业固废材料蓄热砖成品。
5.根据权利要求4所述的工业固废材料蓄热砖制备工艺，其特征在于：所述步骤二中，不同粒径的工业固废材料中，按粒径尺寸划分为1mm-3mm、0.1mm-1mm以及小于0.1mm的工业固废材料，小于0.1mm的工业固废材料为粉末状。
6.根据权利要求4所述的工业固废材料蓄热砖制备工艺，其特征在于：所述步骤二中，使用球磨机进行破碎，球磨机转速为60r/min，球磨时间为1h，小于0.1mm的工业固废材料过200目筛网，使用通过200目筛网的工业固废材料，白泥、镁砂过200目筛网，使用通过200目筛网的白泥和镁砂。
7.根据权利要求4所述的工业固废材料蓄热砖制备工艺，其特征在于：所述步骤三中，在一次混合料中，1mm-3mm的工业固废材料质量百分比为35％，0.1mm-1mm的工业固废材料质量百分比为35％，小于0.1mm的工业固废材料质量百分比为5％-6％，水的质量百分比为2％，二者混合后搅拌5min使其混合均匀。
8.根据权利要求4所述的工业固废材料蓄热砖制备工艺，其特征在于：所述步骤三中，粘合剂的加入量按质量百分比为3％，粘合剂为黄糊精，黄糊精为粉末状，使用前在黄糊精中加入水混合均匀，黄糊精与水的配比为1:0.03-0.04。
9.根据权利要求4所述的工业固废材料蓄热砖制备工艺，其特征在于：所述步骤四中，采用压力机压制成型，压力机的压力为630MPa,并打击3下。
10.根据权利要求4所述的工业固废材料蓄热砖制备工艺，其特征在于：所述步骤六在电阻炉中烧制过程为：首先，以5℃/min的升温速率升温至在1000℃，然后，以2℃/min升温速率升温至1160℃保温2h，最后随炉冷却。
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