专利名称：一种采用钢渣尾渣和脱硫石膏制备建筑用无机防火板的方法
技术领域：
本发明涉及一种采用固体废弃物制备防火板的方法，具体涉及一种以钢渣尾渣和脱硫石膏为主要原料生产建筑用无机防火板的方法，属于固体废弃物综合利用技术领域。
背景技术：
防火板是采用硅质材料或钙质材料为主要原料，与一定比例的纤维材料、轻质骨料、黏合剂和化学添加剂混合，经蒸压技术制成的板材。目前主要应用于一些大型的、人员密度大的和对防火性能有较高要求的公共建筑如会议中心、展览馆、体育馆、剧院等。随着世界各国对建筑防火的日渐重视，防火板的材料、品种、规格越来越丰富、应用也越来越广泛。因此，新型防火板的设计需要在提高防火功能的前提下降低材料成本以及对资源的损^^ ο
在防火性能的设计上，防火石膏板主要依靠耐火玻璃纤维等阻燃剂的作用，珍珠岩和蛭石防火板采用了具有优良的防火隔热等功能的膨胀珍珠岩、玻化微珠、膨胀蛭石等廉价的原材料，在提高防火性能的同时降低了材料成本。但珍珠岩和蛭石防火板中的有机粘结剂有的会释放毒气或通过燃烧产生毒气，从而影响了和限制其应用。
钢渣是炼钢过程的副产品，平均生产1吨钢材会生成0. 15^0. 2吨左右的钢渣，以此计算，2010年我国粗钢产量达6. 3亿吨，钢渣排放量近亿吨。大量钢渣的存放不仅占用土地、污染环境，而且造成了资源浪费。铁和铁的化合物的存在造成钢渣的易磨性较差，而且导致钢渣的容重较大(1320-3360 kg/m3)。钢渣经过回收处理，提纯出渣钢和铁精粉，剩余的尾渣中铁和铁的化合物的含量显著降低，但在不同粒度范围的钢渣尾渣中所含的比例存在差异，因此钢渣尾渣的容重和易磨性也会因为粒度不同而出现差异。钢渣尾渣的化学组成与水泥熟料相似，含有硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(Cf)等水硬性矿物，但钢渣的生成温度一般在1600°C以上，硅酸盐水泥熟料的锻烧温度仅为1450°C，因此过高的生成温度造成了钢渣中的矿物相结晶致密、晶粒较大，胶凝活性较低。而且钢渣中存在大量的游离CaO和 MgO，影响着材料的安定性。目前提高钢渣胶凝性能主要通过物理激发活化(机械激发)、化学激发活化、热活化及相分离活化等途径，石膏是一种常用的化学激发剂。脱硫石膏是用石灰对含硫烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产物。近年来，全国烟气脱硫石膏的年产量约达2000万吨。脱硫石膏的颗粒细小且粒度分布比较集中，水化形成的晶体比较规则， 其中二水硫酸钙含量高达95%。但单一的石膏或脱硫石膏对钢渣活性的激发作用有限，材料仍然水化速度较慢、强度较低，因此需要通过研究活化方式和2种以上激发剂的协同作用， 提高钢渣胶凝活性。
《建筑材料及制品燃烧性能分级》国家标准GB86M-2006将材料按燃烧性能分为 Al、A2、B、C、D、E、F七个等级，对Al级不燃材料的主要试验方法是(1)不燃性试验(GB/T M64)，045mmX50mm样品置于炉中，炉内温度750°C 士 5°C、试验时间30min，若未终温平衡应延长试验。(2)燃烧热值试验(GB/T 14402)。实验结果要达到炉内升温Zl Γ < 30°C，质量损失Zl in ( 50%，持续燃烧时间tf =0 s，PCS、总热值)彡2. 0 MJ/kg的要求。 发明内容
本发明选取一定粒度的钢渣尾渣细磨，将脱硫石膏进行脱水处理，将两者混合后配以一定量的石膏晶须、水玻璃、生石灰和明矾，加工制成防火板，具有防火、防水、无毒、容重适中、成本低、绿色环保等性质，为钢渣尾渣和脱硫石膏等工业固体废弃物的应用提供了一条消耗量大、制造廉价、利用高效的新途径。
本发明具体采用以下技术方案采用以钢渣尾渣和脱硫石膏为主要原料和一定比例的外加剂，所述原料按照如下重量份数混合钢渣尾渣40-60份，脱硫石膏40-60份，外加剂4-15份，搅拌20-40 min后，按照原料与水质量比为1 (0. 50-0. 70)加入水混勻搅拌60-150 s，倒入模具成型。
所述无机防火板原料的钢渣尾渣是指主要组成(质量百分比)为CaO 35-60 %, SiO2 8-17 %，Al2O3 2-4 %，Fe2O3 3-9 %，FeO 7-20 %，将钢■尾■进行筛分，选取粒度在 40-100 目颗粒进行细磨后达到比表面积为3000-4500 cm2/g的钢渣尾渣。
所述脱硫石膏是指比表面积为2000-3500 cm2/g,且经150_300°C热处理1. 5-2. 5 h得到的半水脱硫石膏。
所述外加剂主要组成按照如下重量份数混合而成晶须石膏1-5份，水玻璃 0. 1-0. 3份，生石灰1-5份，明矾1-5份。
制备的无机防火板于建筑上使用，满足20 X 20 X 20mm块体抗压强度8_12Mpa、容重360—450 kg/m3，达到国家标准GB86M-2006对Al级勻质不燃材料要求，而且总热值彡 0. 5MJ/kgo
模具成型M h，脱模养护3天得到以钢渣尾渣和脱硫石膏等固体废弃物为主要原料的无机防火板。其中钢渣经过物理激发和化学激发的协同作用胶凝活性提高，经过石膏晶须的增韧作用，材料的力学性能加强。脱硫石膏与其它外加剂发挥复合激发剂的作用，而且脱硫石膏的适当比例可实现制品的容重调整。
本发明的突出特点1.发挥冶金行业钢渣选后尾渣具有一定胶凝性能的潜力，利用工业副产品脱硫石膏和少量石膏晶须以及其他廉价激发剂复掺的协同作用显著提高了钢渣尾渣的胶凝活性，达到实际应用要求。
2.针对无机防火板设计，通过选取含有铁量较少的钢渣尾渣颗粒和脱硫石膏的掺入，控制了制品的容重。
3.利用固体废弃物设计制备的无机防火板达到了国家标准GB86M-2006对Al级勻质不燃材料要求，而且总热值低、力学性能优异，具有防水、无毒、无污染、绿色环保、易加工等优点。本发明提高了防火板的防火功能、降低了原材料成本，并为钢渣尾渣和脱硫石膏固体废弃物的应用提供了一条消耗量大、制造廉价、利用高效的新途径。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施作进一步说明。实施例中涉及的钢渣尾渣的主要化学组成如表1所示。4
表1实施例中使用的钢渣尾渣的主要化学组成(质量百分比)爾渣来灘主要化学成分(％)CaOSiQiFe2O3Al2O3MgOFeOP2O5首權52 6612 266 123 049 1210420 62鞍麵45 378 843 793.297 9S19 980 72武權5a 2216.243 182 572^287 91 17龙權35 5812 743 631329 4310 30 42tpf43 1515 555 193.843 4219 224 08实施例11.将首钢的钢渣尾渣(化学组成如表1所示)进行筛分，选取粒度在40-100目颗粒进行细磨达到比表面积为3800cm2/g。比表面积为2500cm2/g脱硫石膏经180°C热处理池，所有原料的按照如下重量份数混合钢渣尾渣60份脱硫石膏40份晶须石膏2份水玻璃0. 1份生石灰2份明矾2份2.以上原料混合搅拌30min后，按照原料与水质量比为1:0. 50加入水混勻搅拌120 s，倒入模具成型Mh，脱模养护3d。
3. 20X 20X 20mm块体的抗压强度达到9. 83MPa，容重442 kg/m3，达到国家标准 GB8624-2006 Al级勻质不燃材料要求，总热值=0. 38MJ/kg。
实施例21.将鞍钢的钢渣尾渣(化学组成如表1所示)进行筛分，选取粒度在40-100目颗粒进行细磨达到比表面积为3000cm2/g，比表面积为2200cm2/g脱硫石膏经150°C热处理2. 5h， 所有原料的按照如下重量份数混合钢渣尾渣55份脱硫石膏45份晶须石膏3份水玻璃0. 3份生石灰3份明矾3份2.以上原料混合搅拌20min后，按照原料与水质量比为1:0. 70加入水混勻搅拌60 s, 倒入模具成型Mh，脱模养护3d。
3. 20X20X20mm块体的抗压强度达到9. 33MPa，容重421 kg/m3，达到国家标准 GB8624-2006 Al级勻质不燃材料要求，总热值=0. 36MJ/kg。
实施例31.将鞍钢的钢渣尾渣(化学组成如表1所示)进行筛分，选取粒度在40-100目颗粒进行细磨达到比表面积为3600cm2/g，比表面积为^00cm2/g脱硫石膏经210°C热处理1. 8h， 所有原料的按照如下重量份数混合2.以上原料混合搅拌35min后，按照原料与水质量比为1 :0. 60加入水混勻搅拌100 s，倒入模具成型Mh，脱模养护3d。
3. 20X 20X 20mm块体的抗压强度达到9. 44MPa，容重410 kg/m3，达到国家标准 GB8624-2006 Al级勻质不燃材料要求，总热值=0. 22MJ/kg。
实施例41.将龙钢的钢渣尾渣(化学组成如表1所示)进行筛分，选取粒度在40-100目颗粒进行细磨达到比表面积为4500cm2/g，比表面积为3200cm2/g脱硫石膏经250°C热处理1. 6h后， 所有原料的按照如下重量份数混合钢渣尾渣40份脱硫石膏60份晶须石膏4份水玻璃0. 2份生石灰4份明矾4份2.以上原料混合搅拌40min后，按照原料与水质量比为1:0. 50加入水混勻搅拌150 s，倒入模具成型Mh，脱模养护3d。
3. 20X20X20mm块体的抗压强度达到11.010^，容重3801^/1113，达到国家标准 GB8624-2006 Al级勻质不燃材料要求，总热值=0. 29MJ/kgo
实施例51.将马钢的钢渣尾渣，化学组成如表1所示，进行粒度筛分，选取粒度在40-100目颗粒进行细磨达到比表面积为4300cm2/g，比表面积为3400cm2/g脱硫石膏经300°C热处理 1. 5h后，所有原料的按照如下重量份数混合钢渣尾渣45份脱硫石膏55份晶须石膏4份水玻璃0. 1份生石灰4份明矾4份2.以上原料混合搅拌^min后，按照原料与水质量比为1:0. 60加入水混勻搅拌140 s，倒入模具成型Mh，脱模养护3d。钢渣尾渣脱硫石膏晶须石膏水玻璃生石灰明矾50份 50份 4份 0.2份 4份 4份
3. 20X 20X 20mm块体的抗压强度达到10. 18MPa，容重413 kg/m3，达到国家标准 GB8624-2006 Al级勻质不燃材料要求，总热值=0. 43MJ/kg。
权利要求
1.一种采用钢渣尾渣和脱硫石膏制备建筑用无机防火板的方法，其特征在于原料按照如下重量份数混合钢渣尾渣40-60份，脱硫石膏40-60份，外加剂4-15份，搅拌20-40 min后，按照原料与水质量比为1 : (0. 50-0. 70)加入水混勻搅拌60-150 s，倒入模具成型。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述钢渣尾渣的主要组成质量百分比为 CaO 35-60 %，SiO2 8-17 %，Al2O3 2-4 %，Fe2O3 3-9 %，FeO 7-20 %，钢渣尾渣筛分细磨后， 比表面积为3000-4500 cm2/go
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述脱硫石膏要求比表面积为2000-3500 cm2/g，且经150-300 °C热处理1. 5-2. 5 h后得到的半水脱硫石膏。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述外加剂按照如下重量份数混合而成 晶须石膏1-5份，水玻璃0. 1-0. 3份，生石灰1-5份，明矾1-5份。
5.根据权利要求1所述的方法制得的无机防火板，在建筑上使用，满足20X 20 X 20mm 块体抗压强度8-12Mpa、容重360— 450 kg/m3,达到国家标准GB86M-2006对Al级勻质不燃材料要求，而且总热值彡0. 5MJ/kg。
全文摘要
本发明涉及一种以钢渣尾渣和脱硫石膏为主要原料生产建筑用无机防火板的方法，属于固体废弃物综合利用技术领域。原料按照如下按重量份数混合钢渣尾渣40-60份，脱硫石膏40-60份，外加剂4-15份。其中，选取粒度在40-100目钢渣尾渣颗粒进行细磨达到比表面积为3000-4500cm2/g；脱硫石膏比表面积为2000-3500cm2/g，经热处理为半水脱硫石膏。所述外加剂主要组成按照如下按重量份数混合而成晶须石膏1-5份，水玻璃0.1-0.3份，生石灰1-5份，明矾1-5份。本发明显著激发了钢渣尾渣的胶凝活性，材料的力学性能加强，20×20×20mm块体的抗压强度达到8-12Mpa，容重控制在360—450kg/m3，达到国家标准GB8624-2006对A1级匀质不燃材料要求，为钢渣尾渣和脱硫石膏固体废弃物的应用提供了一条消耗量大、制造廉价、利用高效的新途径。
文档编号C04B28/14GK102531517SQ201210053359
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月3日 优先权日2012年3月3日
发明者张作顺, 文天阳, 杨淇, 连芳 申请人:北京科技大学