专利名称：一种轻质多孔保温隔热材料及其制备方法
技术领域：
本发明所提供的轻质多孔保温隔热材料，属于新型墙体材料领域，具体涉及一种利用铁尾矿等固体废弃物制备的轻质轻质多孔保温隔热材料及其制备方法。
背景技术：
目前我国经济飞速发展，但各种资源和能源却日趋紧缺，大气污染、水污染和土地污染等日益严重，节约资源和保护环境已成我们必须面对的紧要问题。随着人民生活水平的提高，住宅的需求量进一步增加，每年新建房屋面积高达17 18亿平方米，超过所有发达国家每年建成建筑面积的总和，物耗水平相较发达国家，钢材高出10% 25%，每立方米混凝土多用水泥80公斤，污水回用率仅为25%。国民经济要实现可持续发展，推行建筑节能势在必行、迫在眉睫。而在矿山领域，排放的矿山废渣量已达50 60亿t，并且每年以3 4亿t的速度增长，而综合利用率不到20%。同时随着我国钢铁工业的迅速发展，铁矿石的开采量不断增加，选矿厂排出的铁尾矿越来越多。大量尾矿的长期堆积不仅占用土地，而且还造成环境污染。因铁尾矿化学成分接近建筑用陶瓷材料、玻璃、砖瓦等所需要的成分，用铁尾矿做原料制作各种建材产品，成本较低，尾矿利用率高，用量大，既利用了废物，减少了环境污染， 又节约了大量土地。多孔材料显著是具有较高的气孔率和较低的基体导热系数，具有很好的隔热保温效果，所以多孔材料现今越来越多地大量应用于各个领域。因此从环保和节能两方面来看， 利用尾矿、固体废弃物等工业废渣制备的多孔材料，可作为建筑物隔热保温的理想材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是利用一种利用铁尾矿等固体废弃物制备的轻质多孔保温隔热材料，该产品有高效利用固体废弃物、节约土地资源、保温隔热效果好、防水防火、施工便捷等优点。本发明的制备采用以下的技术方案一种轻质多孔保温隔热材料，其特征在于其组分及其组分含量按质量比计为固体废弃物粘结剂助熔剂增韧剂发泡剂= I O. 58 I. 7 O. 18 O. 56 O. 04 O. 24 O. 02 O. 03经混合烧结而成，所述的粘结剂为页岩，所述助熔剂为长石，所述的增韧剂为云母，所述的发泡剂为热分解型复合发泡剂，其由磷酸钙、煤粉和碳酸钙按质量比I : I : 3的混合物。按上述方案，所述的固体废弃物为铁尾矿与煤矸石、旧砖瓦、陶瓷粉末、碎玻璃废洛中的任意一种或多种混合磨细而成，其粒径为O. 07 O. 15mm,其中铁尾矿占固体废弃物总质量的55 90%。按上述方案，所述的页岩的粒径在O. 15mm以下。按上述方案，所述的发泡剂的粒径小于O. 075mm。按上述方案，所述的长石与云母二者混合时质量比为长石云母=1:0.5
轻质多孔保温隔热材料的制备方法，其特征在于包括有以下步骤按质量比计为固体废弃物粘结剂助熔剂增韧剂发泡剂=I O. 58 1.7 O. 18 O. 56 O. 04 O. 24 O. 02 O. 03取固体废弃物、粘结剂、助熔剂、增韧剂和发泡剂，备用，将固体废弃物磨细至粒径约为O. 07 O. 15mm，再与粘结剂、助熔剂、增稠剂、发泡剂混合，并向混合均匀后的原材料中加入原材料总质量的7 16%水造粒，置于SiC或者Al2O3 耐火模具中在设定的烧成制度下烧成I 4小时，冷却后制得轻质多孔保温隔热材料。按上述方案，所述的烧成制度为低于400°C，升温速率为3 5°C /min ;400°C 900°C，升温速率为5 10°C /min ;900°C 烧成温度，升温速率为I 5°C /min，并于烧成温度下保温I 4小时，所述的烧成温度为1080 1160°C。本发明与现有技术相比具有以下主要的优点(I)所用铁铁尾矿与煤矸石、旧砖瓦、陶瓷末、碎玻璃等皆为固体废弃物，不仅可以使资源得到循环利用，减少废弃物对环境的污染，而且可以节约大量土地资源；具有良好的保温隔热性能，具有良好的防水、防火、高耐久性等特点；(2)本发明所提供的多孔保温隔热材料采用热分解型发泡剂，使烧结制品在高温烧结时产生大量的密闭微孔，热震性能好，该烧结制品可由发泡剂的添加量和温度制度控制制品的体积密度和气孔的大小及分布，可进一步调整导热系数和材料的强度；(3)本发明所提供的多孔保温隔热材料抗压强度高，导热系数低，体积密度小，还具有防火阻燃、防水抗渗、易于施工等特点。所制得的轻质多孔保温隔热材料的孔隙率为 33. 62 48. 29 % %，平均导热系数为O. 09 O. 16ff/m · K,体积密度为500 1450Kg/m3， 抗压强度为5 14Mpa，其余各项指标也能满足GB 13544-2000和GB6566-2001的要求。
图I为本发明轻质多孔保温隔热材料的结构截面图；图2为本发明的XRD衍射图谱。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例I :将铁尾矿等固体废弃物、页岩、长石、云母、发泡剂按照质量比为 I 1.3 O. 4 O. 2 O. 03混合并搅拌均匀，加入原材料总质量的14%水造粒，陈化I天， 获得适宜的可塑性后放入SiC耐火模具中，在1100°C下烧成2小时左右，可得到导热系数为 O. 127ff/m · K，抗压强度为9. 6MPa，密度为1023g/cm3，其余各项指标也满足GB13544-2000 和GB6566-2001要求的轻质多孔保温隔热材料。其中，发泡剂的粒径小于O. 075mm,其余固体原料的粒径小于O. 15mm;所述固体废弃物为铁尾矿、煤矸石与旧砖瓦按照质量比 25 : 3 : 2组成；温度制度为低于400°C，升温速率为5°C/min ;400°C 900°C，升温速率为 IO0C /min ；900°C~ 1100°C，升温速率为 3°C /min，并于 1100°C保温 2 小时。其余原料的化学分析见表1-3，制品的物理性能见附表4，图2所示为不同烧结温度下制得样品的XRD图谱，由图可看出，样品中的主要物相为石英、斜长石和少量赤铁矿。 其中，随烧结温度的升高，石英、斜长石及赤铁矿对应的峰强度有所下降，说明三种矿物含量随烧结温度的升高而减少。由于没有新的物相产生，分析其原因可能是随烧结温度的升高矿物熔融产生更多的液相。实施例2 将铁尾矿等固体废弃物、页岩、长石、云母、发泡剂按照质量比为 I I. I O. 25 O. 12 O. 025混合并搅拌均匀，加入原材料总质量的15%水造粒，获得适宜的可塑性后使放入SiC模具中，在1110°C下烧成3小时左右，可得到导热系数为 O. 114ff/m · K，抗压强度为8. 3MPa，密度为942g/cm3，其余各项指标也满足GB13544-2000 和GB6566-2001要求的轻质多孔保温隔热材料。其中，发泡剂的粒径小于O. 075mm,其余固体原料的粒径小于O. 15mm;所述固体废弃物为铁尾矿、煤矸石与旧砖瓦按照质量比 14 3 3组成；温度制度为低于400°C，升温速率为5°C/min ;400°C 900°C，升温速率为10°C /min ;900°C 1110°C，升温速率为4°C /min，并于1110°C保温3小时。其余原料的化学分析见表1-3。实施例3 将铁尾矿等固体废弃物、页岩、长石、云母、发泡剂按照质量比为 I I. 2 O. 2 O. 15 O. 03混合并搅拌均匀，加入原材料总质量的15%水造粒，获得适宜的可塑性后使放入SiC模具中，在1120°C下烧成2小时左右，可得到导热系数为 O. 099ff/m · K，抗压强度为7. 5MPa，密度为829g/cm3，其余各项指标也满足GB13544-2000 和GB6566-2001要求的轻质多孔保温隔热材料。其中，发泡剂的粒径小于O. 075mm，其余固体原料的粒径小于O. 15mm ;所述固体废弃物为铁尾矿、煤矸石与碎玻璃按照质量比 16 3 2组成；温度制度为低于400°C，升温速率为5°C/min ;400°C 900°C，升温速率为10°C /min ;900°C 1120°C，升温速率为3°C /min，并于1120°C保温2小时。其余原料的化学分析见表1-3。实施例4 将铁尾矿等固体废弃物、页岩、长石、云母、发泡剂按照质量比为 I O. 7 O. 2 O. I O. 02混合并搅拌均匀，加入原材料总质量的14%水造粒，获得适宜的可塑性后使放入SiC模具中，在1130°C下烧成3小时左右，可得到导热系数为 O. 108ff/m ·Κ，抗压强度为6. 9MPa，密度为695g/cm3，其余各项指标也满足GB13544-2000和 GB6566-2001要求的轻质多孔保温隔热材料。其中，发泡剂的粒径小于O. 075mm，其余固体原料的粒径小于O. 15mm ;所述固体废弃物为铁尾矿、旧砖瓦按照质量比17 3组成；温度制度为低于400°C，升温速率为50C /min ;400°C 900°C，升温速率为8V /min ;900°C 1130°C，升温速率为5°C /min，并于1130°C保温3小时。其余原料的化学分析见表1_3。实施例5 将铁尾矿等固体废弃物、页岩、长石、云母、发泡剂按照质量比为 I 1.3 0.4 O. 23 O. 03混合并搅拌均匀，加入原材料总质量的14%水造粒，获得适宜的可塑性后使放入SiC模具中，在1140°C下烧成3小时左右，可得到导热系数为 O. 119ff/m · K，抗压强度为5. 6MPa，密度为560g/cm3，其余各项指标也满足GB13544-2000 和GB6566-2001要求的轻质多孔保温隔热材料。其中，发泡剂的粒径小于O. 075mm，其余固体原料的粒径小于o. 15mm;所述固体废弃物为铁尾矿、煤矸石与旧砖瓦按照质量比 13 5 2组成；温度制度为低于400°C，升温速率为5°C/min;400°C 900°C，升温速率 为9°C /min ；900°C 1140°C，升温速率为4°C /min，并于1140°C保温3小时。其余原料的 化学分析见表1-3附表表1铁尾矿的化学分析/Wt %
SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO CaO57.10 16.26~8 0441 ““2M1.64表2煤矸石的化学分析/Wt %
化学成分 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O煤石干石 13.32 55.50 18.15 5.42 3.38 1.23 0.64 1.67 0.64表3旧砖瓦的化学分析/Wt%
化学成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O R2O旧砖瓦 21.74 5.06 3.56 66.6 0.88 0.81 0.55 0.05 0.41表4制品的物理性能
项目导热系数/W/nvK抗压强度/MPa体积密度/ g/cm3
实施例 10.1279.61023
实施例 20.1148.3942
实施例 30.0997.5829
实施例 40.1086.9695
实施例 5_0.119_16_560
权利要求
1.一种轻质多孔保温隔热材料，其特征在于其组分及其组分含量按质量比计为固体废弃物粘结剂助熔剂增韧剂发泡剂=1 :0. 58 I. 7 :0. 18 O. 56 :0. 04 O. 24 :0. 02 O. 03 经混合烧结而成，所述的粘结剂为页岩，所述助熔剂为长石，所述的增韧剂为云母，所述的发泡剂为热分解型复合发泡剂，其由磷酸钙、煤粉和碳酸钙按质量比I :1 3的混合物。
2.根据权利要求I所述的轻质多孔保温隔热材料，其特征是所述的固体废弃物为铁尾矿与煤矸石、旧砖瓦、陶瓷粉末、碎玻璃废渣中的任意一种或多种混合磨细而成，其粒径为O.07、. 15mm，其中铁尾矿占固体废弃物总质量的55 90%。
3.根据权利要求I所述的轻质多孔保温隔热材料，其特征是所述的页岩的粒径在O.15mm 以下。
4.根据权利要求I所述的轻质多孔保温隔热材料，其特征是所述的发泡剂的粒径小于 O. 075mmo
5.根据权利要求I所述的轻质多孔保温隔热材料，其特征是所述的长石与云母二者混合时质量比为长石:云母=1 0. 5" . 5。
6.权利要求I所述的轻质多孔保温隔热材料的制备方法，其特征在于包括有以下步骤按质量比计为固体废弃物粘结剂助熔剂增韧剂发泡剂=1 :0. 58 I. 7 :0. 18 O. 56 O.04、. 24 :0. 02、. 03取固体废弃物、粘结剂、助熔剂、增韧剂和发泡剂，备用，将固体废弃物磨细至粒径约为O. 07、. 15_，再与粘结剂、助熔剂、增稠剂、发泡剂混合，并向混合均匀后的原材料中加入原材料总质量的疒16%水造粒，置于SiC或者Al2O3耐火模具中在设定的烧成制度下烧成广4小时，冷却后制得轻质多孔保温隔热材料。
7.根据权利要求6所述的轻质多孔保温隔热材料制备方法，其特征在于所述的烧成制度为低于400°C，升温速率为3 5。。/min ；400°C 900°C，升温速率为5 10。。/min ； 900 0C 烧成温度，升温速率为f5°C /min，并于烧成温度下保温广4小时，所述的烧成温度为 108(Tll60°C。
全文摘要
本发明涉及一种利用铁尾矿等固体废弃物制备的轻质轻质多孔保温隔热材料及其制备方法，其组分及其组分含量按质量比计为固体废弃物粘结剂助熔剂增韧剂发泡剂=10.58~1.70.18~0.560.04~0.240.02~0.03经混合烧结而成。本发明可由发泡剂的添加量和温度制度控制制品的体积密度和气孔的大小及分布，具有利用固体废弃物、节约资源、保温隔热、轻质耐用、防火阻燃、防水耐腐蚀、施工便捷等优点。
文档编号B09B3/00GK102584321SQ20121000649
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者宋雪峰, 李相国, 肖慧, 蹇守卫, 马保国, 黄健 申请人:武汉理工大学